精密水准测量误差控制策略探讨

池国民,闫万晓,胡尊迎（.山东省地震局安丘地震台,山东　安丘　600;　.山东省地震局郯城马陵山地震台,山东　郯城　7600）



精密水准测量误差控制策略探讨

池国民1,闫万晓2,胡尊迎2
（1.山东省地震局安丘地震台,山东安丘262100;2.山东省地震局郯城马陵山地震台,山东郯城276100）

摘 要：本文主要是探讨在地震监测中如何精密水准测量，对精密水准测量的误差进行分析，并提出解决方案。通过对水准测量误差控制的分析，总结误差产生的原因，从而找出有效的控制方法，这是本文的研究意义。

关键词：地震；精密水准测量；误差控制

0　引言

我国是一个地震多发的国家，地震活动比较频繁，同时地震的强度也很大，分布还十分广泛。对于地震带来的灾害，大家都是印象深刻，一般都会造成很坏影响，国家对于这方面的重视也是很认真的。目前的地震监测手段主要是这几种：甚长基线干涉测量VLBI卫星测距、SLR、全球定位系统GPS和精密水准测量等方式。在实际的监测中有很多造成误差的原因，以下就是针对这些误差进行的分析同时提出一定的解决方案，供精密水准测量工作者参考。

1　关于仪器误差的分析

仪器误差一般包括角误差、气泡居中误差、水准尺刻画误差、水准尺每米长度误差、一对水准尺零点差引起的误差等等。在实际工作中由于现在科技的进步，所以仪器和标尺准确度都相当高了，在观测的时候工作人员需要在操作手法上进行规范。接下来主要是分析仪器中常见的一些问题和控制方法。

（1）角误差。角误差一般就是我们说的视准轴和水准轴不是平行的状态，在校正水准仪各轴之间的平行度之后，调整水准仪，保持前后视距的相等。I角保持不变，这样可以有效消除误差；I角变化不大的时候这种误差相对的比较小，一等精密水准一般不会超过±4s。

（2）气泡居中误差。仪器中的气泡在实际工作中是很难完全居中的，只能说是工作人员尽量保持气泡居中，一般在工作中都是采用一半矫正法[1]。现在由于科技的进步，比较先进的一些电子仪器也可以消除这种误差，使用先进的电子水准仪，可以有效消除这种误差。

（3）水准尺刻划误差。刻尺在生产过程中可能会出现一些一些残次品或不合格的产品，工作人员在使用的时候要避免这种产品，发现之后应该及时更换呈准确的刻尺，避免这种误差出现。

（4）水准尺每米长度误差。f是水准尺每米间隔平均真长误差，h是一个测站的观测高差，其改正数为a=fh，对整个测段来说，∑a=∑fh，h为整个测段各个测站观测高差之和。对于水准尺零点差引起的误差可以通过测站总数为偶数来消除。

2　关于人为误差的分析

（1）水准标尺不稳。水准尺在测量中必须要垂直于尺桩或者是尺台，如果水准标尺发生偏移，就会导致读数比实际值偏大，累积下来就会使这一段的数值出现误差，降低水准测量的精度，如果误差严重，很有可能返工重测[2]。为减小这种误差，可以使用装有水准器的标尺，可以有效减小标尺的倾斜程度，降低误差影响。

（2）三脚架不稳定。测量的设备要架在结石稳定的地面上，如果地面不平就会产生误差，所以在测量的时候先要用脚把地面踩实，增加地面的稳定性和结实性。

（3）尺垫或尺桩稳定性差。在转点如果尺标有下沉的现象，后视读数就很有可能会增加，这样就会导致严重的误差现象。工作人员为避免这种情况，就应该把尺垫放在牢固的土壤里，用往返测量的方式减小误差[3]。这样可以节省工作人员的时间。

（4）视差.十字丝平面和水准尺影像不重合就会产生读数上的错误，工作人员在看的时候要小心调节焦距，避免出现错误，同时在观测的时候不可以经常调节焦距。为避免这种误差，在观测的时候要保持前后视距相等，或者保持在一定的范围内，可以有效降低读数方面的误差。

（5）照准和读数误差。水准尺上的毫米位一般是估读，这对工作人员自身的专业素质要求就比较高了，需要工作人员根据自己的工作经验进行估读，读数的误差有可能会大，也有可能会小，一般的计算公式是：mv=60"D/vρ"。在这个公式中v是望远镜的放大率，60"是人眼能分辨的最小角度。想要避免这种误差。就需要工作人员在读数的时候仔细认真，防止出现类似的情况。

（6）其他人为因素。水准仪和水准标尺的距离不应该太长，在实际测量中，坡度大的山路一般是10—20m，平路为20—30m。夹十字丝要养成一个良好的习惯，用眼睛定住十字丝，一般来说往返的测量者应该是同一个人，这样可以有效避免换人带来的误差。通常的读数顺序是：往测奇数站：后，前，前，后；往测偶数站：前，后，后，前。

3　对自然因素误差的分析

（1）温度变化。温度发生变化，水标尺很可能因热胀冷缩的原理发生变化，造成读数出现误差，这是自然因素，工作人员本身是难以抗拒的，所以在测量读数的时候要避免温度过高或过低的时候测量，要选择一个比较合适的温度进行测量，这样的出的数据是比较准确的。

（2）大气折光引起的误差。空气中的温度如果不均匀就会产生光线折射，这样仪器的视线就很难达到统一，天气热的时候，地面的温度比较高，所以靠近地面的标尺就会变大，为了避免这种状况，一般都要求视线必须高出地面0.5m，同时避免在中午前后观测。大气折光误差公式是：r=p/7=D2/14R。地球曲率和大气折光的影响是同时存在的，两者读数的总影响值为f=p-r。

（3）受水面反射的影响。观测时不可以让仪器和前后标尺三者共线，要让仪器、前后标尺三者形成一条折线向前推进，同时也可以缩短视距，减小读数误差。在观测的时候要尽力避开比较大的振动源或者高压，必要时可停止观测。

（4）气候、热力、引力等影响因素。在观测过程中，日月位置会发生变化，测线方向变化等不可抗拒的因素会导致读数产生误差，还需要我们进一步去研究、探索，科技的进步会逐渐改善这些误差的影响。

4　结束语

引起精密水准测量的误差有很多因素，包括仪器设备、自然环境、人为因素等多个方面。在实际工作中应该尽量，取得最好的测量结果，为地震监测提供准确的消息，避免灾难事故的发生。目前我国对于精密水准测量的误差控制已经取得了初步的成效，但是还需要更多的研究，本文主要是对误差的控制提供了一个研究方向，希望可以为测量工作者提供一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]梁振英,牟秀珍,李明.论精密水准测量的误差传播、精度估计和质量控制[J].测绘学报,1997(03):13-20.

[2]郝明.基于精密水准数据的青藏高原东缘现今地壳垂直运动与典型地震同震及震后垂直形变研究[D].中国地震局地质研究所,2012.

[3]王利.地质灾害高精度GPS监测关键技术研究[D].长安大学,2014.

作者简介：池国民（1987-），男，山东诸城人,本科，助理工程师，主要从事：大地水准测量工作。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.207