怎樣減(jian)少(shao)水準儀測量(liang)誤差(cha) 減(jian)少(shao)水準儀測量(liang)中誤差(cha)的有效措施

水準(zhun)測(ce)量(liang)是確定水利工(gong)程(cheng)(cheng)中(zhong)地面點高(gao)程(cheng)(cheng)的(de)方法之一(yi)，是高(gao)程(cheng)(cheng)測(ce)量(liang)中(zhong)精度較高(gao)且常用(yong)的(de)方法。實施(shi)(shi)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，需要(yao)幾個人合作才(cai)能完(wan)成，誤(wu)差允許范圍內的(de)精度由于儀器和(he)人為的(de)影(ying)響而(er)不容易(yi)控(kong)制，而(er)且易(yi)出現(xian)隱蔽性(xing)錯誤(wu)，如(ru)果不能及早(zao)發(fa)現(xian)，基(ji)礎資(zi)料是錯誤(wu)的(de)，從而(er)水準(zhun)點高(gao)程(cheng)(cheng)不正確，直接影(ying)響水利工(gong)程(cheng)(cheng)的(de)設計和(he)施(shi)(shi)工(gong)。在實際測(ce)量(liang)工(gong)作中(zhong)總(zong)結出了(le)水準(zhun)測(ce)量(liang)的(de)誤(wu)差形成與如(ru)何避(bi)免誤(wu)差的(de)措(cuo)施(shi)(shi)，望(wang)大家共同學習研究。

一、水準測量的誤差分析及控制方法

水準測量誤差有(you)儀器(qi)誤差、觀測誤差和外界條(tiao)件的影響。

1、儀器誤差之一是水準儀的望遠鏡視準軸不平行于水準管軸所產生的誤差。

儀器雖在(zai)測(ce)量(liang)前經過(guo)(guo)校正(zheng)，仍會存在(zai)殘余誤(wu)(wu)差。因此造成水(shui)準(zhun)管氣泡居中(zhong)，水(shui)準(zhun)管軸(zhou)居于(yu)水(shui)平位置而望(wang)遠鏡視準(zhun)軸(zhou)卻發生傾斜，致使讀數誤(wu)(wu)差。這(zhe)種誤(wu)(wu)差與視距(ju)長度成正(zheng)比。觀(guan)測(ce)時可(ke)通(tong)過(guo)(guo)中(zhong)間(jian)法（前后(hou)視距(ju)相(xiang)等）和距(ju)離(li)補償法（前視距(ju)離(li)和等于(yu)后(hou)視距(ju)離(li)總和）消(xiao)除(chu)。針對中(zhong)間(jian)法在(zai)實(shi)際過(guo)(guo)程中(zhong)的控制，立尺人是關鍵，通(tong)過(guo)(guo)應用普通(tong)皮(pi)尺測(ce)距(ju)離(li)，之后(hou)立尺，簡單易行。而距(ju)離(li)補償法不(bu)僅繁瑣，并且(qie)不(bu)容(rong)易掌握。

2、儀器誤差之二是水準尺誤差

主要包含尺(chi)長(chang)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)（尺(chi)子長(chang)度不(bu)準(zhun)(zhun)確）、刻劃(hua)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)（尺(chi)上的(de)(de)分(fen)劃(hua)不(bu)均勻）和零(ling)點(dian)差(cha)(cha)(cha)(cha)（尺(chi)的(de)(de)零(ling)刻劃(hua)位置(zhi)不(bu)準(zhun)(zhun)確），對于較精密的(de)(de)水(shui)準(zhun)(zhun)測(ce)(ce)量，一般應(ying)選(xuan)用(yong)尺(chi)長(chang)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)和刻劃(hua)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)小的(de)(de)標尺(chi)。尺(chi)的(de)(de)零(ling)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)的(de)(de)影響，控(kong)制方法可以(yi)通(tong)過在(zai)(zai)一個水(shui)準(zhun)(zhun)測(ce)(ce)段內，兩根水(shui)準(zhun)(zhun)尺(chi)交替(ti)輪換使用(yong)（在(zai)(zai)本測(ce)(ce)站用(yong)作后視尺(chi)，下測(ce)(ce)站則用(yong)為(wei)前(qian)視尺(chi)），并把(ba)測(ce)(ce)段站數目布設成偶(ou)數，即在(zai)(zai)高差(cha)(cha)(cha)(cha)中相互(hu)抵(di)消(xiao)。同時可以(yi)減弱刻劃(hua)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)和尺(chi)長(chang)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)的(de)(de)影響。

3、觀測誤差之一是符合水準管氣泡居中的誤差

由于符合水準(zhun)氣(qi)泡未能做(zuo)到嚴格(ge)居(ju)(ju)(ju)中，造成望遠鏡視(shi)準(zhun)軸傾斜，產生讀(du)數(shu)誤差。讀(du)數(shu)誤差的(de)大小(xiao)與水準(zhun)管的(de)靈敏度有關，主要是(shi)水準(zhun)管分(fen)劃值(zhi)τ的(de)大小(xiao)。此(ci)外，讀(du)數(shu)誤差與視(shi)線(xian)長度成正比(bi)。水準(zhun)管居(ju)(ju)(ju)中誤差一(yi)(yi)般認(ren)為(wei)是(shi)0.1?τ，根據公(gong)式m居(ju)(ju)(ju)=0.1?τ?S/ρ，DS3級水準(zhun)儀(yi)水準(zhun)管的(de)分(fen)劃值(zhi)一(yi)(yi)般為(wei)20″，視(shi)線(xian)長度S為(wei)75m，ρ=206265″，那么，m居(ju)(ju)(ju)=0.4mm。由此(ci)看來，只(zhi)要觀測時符合水準(zhun)管氣(qi)泡能夠認(ren)真仔細(xi)進行居(ju)(ju)(ju)中，且(qie)對視(shi)線(xian)長度加以限(xian)制(zhi)，與中間法一(yi)(yi)致，此(ci)誤差可以消除。

4、觀測誤差之二是視差的影響

當存在(zai)視差時，尺像不(bu)與十字絲(si)平面重合，觀測時眼(yan)睛所在(zai)的位置不(bu)同，讀(du)出的數也不(bu)同，因此，產生讀(du)數誤差。所以在(zai)每(mei)次(ci)讀(du)數前(qian)，控制方(fang)法就是要仔(zi)細進行物鏡對光，消除視差。

5、觀測誤差之三是水準尺的傾斜誤差

水準尺(chi)(chi)(chi)(chi)如果(guo)是向視(shi)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)左右傾(qing)斜，觀測(ce)(ce)時(shi)通過望遠(yuan)鏡(jing)十字(zi)絲很容易察覺而糾正(zheng)。但是，如果(guo)水準尺(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傾(qing)斜方向與視(shi)線(xian)方向一(yi)致，則不易察覺。尺(chi)(chi)(chi)(chi)子傾(qing)斜總是使尺(chi)(chi)(chi)(chi)上(shang)讀數(shu)(shu)增大(da)(da)(da)(da)。它對讀數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)與尺(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傾(qing)斜角和(he)尺(chi)(chi)(chi)(chi)上(shang)讀數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)(da)(da)小（即(ji)視(shi)線(xian)距地面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高度）有關。尺(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傾(qing)斜角越大(da)(da)(da)(da)，對讀數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)就越大(da)(da)(da)(da)；尺(chi)(chi)(chi)(chi)上(shang)讀數(shu)(shu)越大(da)(da)(da)(da)，對讀數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)就越大(da)(da)(da)(da)。因此，在(zai)(zai)(zai)水準測(ce)(ce)量中，立尺(chi)(chi)(chi)(chi)是一(yi)項十分重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)，一(yi)定要認真立尺(chi)(chi)(chi)(chi)，使尺(chi)(chi)(chi)(chi)處于鉛垂(chui)位置。尺(chi)(chi)(chi)(chi)上(shang)有圓水準的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)使氣(qi)泡居中。必(bi)要時(shi)可(ke)用搖(yao)(yao)尺(chi)(chi)(chi)(chi)法，即(ji)讀數(shu)(shu)時(shi)尺(chi)(chi)(chi)(chi)底置于點(dian)上(shang)，尺(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)部在(zai)(zai)(zai)視(shi)線(xian)方向前后慢慢搖(yao)(yao)動，讀取最小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)讀數(shu)(shu)。當地面坡(po)度較大(da)(da)(da)(da)時(shi)，尤其應(ying)注意將尺(chi)(chi)(chi)(chi)子扶直，并應(ying)限制尺(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最大(da)(da)(da)(da)讀數(shu)(shu)。最重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是在(zai)(zai)(zai)轉(zhuan)點(dian)位置。

6、外界條件和下沉的影響

用(yong)水(shui)(shui)平(ping)面(mian)(mian)(mian)代替(ti)水(shui)(shui)準(zhun)面(mian)(mian)(mian)對高程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，可(ke)以(yi)(yi)用(yong)公式(shi)Δh=D2/（2R）表(biao)示(shi)，地(di)(di)球(qiu)半(ban)徑(jing)R=6371Km，當D=75m時(shi)(shi)，Δh=0.44cm；當D=100m時(shi)(shi)，Δh=0.08cm；當D=500m時(shi)(shi)，Δh=2cm；當D=1Km時(shi)(shi)，Δh=8cm；當D=2Km時(shi)(shi)，Δh=31cm；顯然，以(yi)(yi)水(shui)(shui)平(ping)面(mian)(mian)(mian)代替(ti)水(shui)(shui)準(zhun)面(mian)(mian)(mian)時(shi)(shi)高程(cheng)(cheng)(cheng)所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)誤差要遠大(da)于測(ce)量高程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)誤差。所(suo)以(yi)(yi)，對于高程(cheng)(cheng)(cheng)而言，即使(shi)距離很(hen)短，也不能將水(shui)(shui)準(zhun)面(mian)(mian)(mian)當作水(shui)(shui)平(ping)面(mian)(mian)(mian)，一定要考慮地(di)(di)球(qiu)曲率對高程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)。實測(ce)中采用(yong)中間(jian)(jian)法可(ke)消(xiao)除(chu)。大(da)氣折光(guang)(guang)使(shi)視線(xian)成(cheng)為一條曲率約為地(di)(di)球(qiu)半(ban)徑(jing)7倍(bei)的(de)(de)(de)(de)曲線(xian)，使(shi)讀數(shu)減(jian)小，可(ke)以(yi)(yi)用(yong)公式(shi)Δh=D2/（2x7R）表(biao)示(shi)，視線(xian)離地(di)(di)面(mian)(mian)(mian)越近(jin)，折射越大(da)，因此(ci)，視線(xian)距離地(di)(di)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)角(jiao)度不應小于0.3m，并且其(qi)影(ying)(ying)響(xiang)也可(ke)用(yong)中間(jian)(jian)法消(xiao)除(chu)或減(jian)弱。此(ci)外，應選擇有(you)利的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，一日之中，上午10時(shi)(shi)至下午4時(shi)(shi)這段(duan)時(shi)(shi)間(jian)(jian)大(da)氣比較穩定，便于消(xiao)除(chu)大(da)氣折光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，但在中午前后觀(guan)(guan)測(ce)時(shi)(shi)，尺像會有(you)跳動(dong)，影(ying)(ying)響(xiang)讀數(shu)，應避開這段(duan)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，陰(yin)天、有(you)微風(feng)的(de)(de)(de)(de)天氣可(ke)全天觀(guan)(guan)測(ce)。

儀器下沉(chen)(chen)是指在一測(ce)站上(shang)讀(du)(du)的(de)(de)后視(shi)讀(du)(du)數(shu)和前(qian)(qian)視(shi)讀(du)(du)數(shu)之間(jian)儀器發生下沉(chen)(chen)，使得前(qian)(qian)視(shi)讀(du)(du)數(shu)減(jian)(jian)小，算得的(de)(de)高差(cha)增大。為(wei)減(jian)(jian)弱其影響(xiang)，當(dang)采用(yong)雙面尺(chi)法或變更儀器高法時，第一次(ci)是讀(du)(du)后視(shi)讀(du)(du)數(shu)再(zai)讀(du)(du)前(qian)(qian)視(shi)讀(du)(du)數(shu)，而(er)第二次(ci)則(ze)先讀(du)(du)前(qian)(qian)視(shi)讀(du)(du)數(shu)再(zai)讀(du)(du)后視(shi)讀(du)(du)數(shu)。即(ji)“后、前(qian)(qian)、前(qian)(qian)、后”的(de)(de)觀測(ce)程序。這樣的(de)(de)兩次(ci)高差(cha)的(de)(de)平均值(zhi)即(ji)可消除或減(jian)(jian)弱儀器下沉(chen)(chen)的(de)(de)影響(xiang)。

水準(zhun)(zhun)尺(chi)下沉的(de)誤差(cha)是(shi)指儀器(qi)在(zai)遷過(guo)程(cheng)中，轉(zhuan)點發(fa)生下沉，使遷站(zhan)后的(de)后視讀數(shu)增大(da)，算(suan)得(de)的(de)高(gao)差(cha)也(ye)增大(da)。如果采取(qu)往返測(ce)(ce)，往測(ce)(ce)高(gao)差(cha)增大(da)，返測(ce)(ce)高(gao)差(cha)減(jian)小，所以取(qu)往返高(gao)差(cha)的(de)平均值(zhi)，可(ke)以減(jian)弱水準(zhun)(zhun)尺(chi)下沉的(de)影響(xiang)。最有效的(de)方法是(shi)應用(yong)尺(chi)墊，在(zai)轉(zhuan)點的(de)地(di)方必(bi)須放置尺(chi)墊，并將(jiang)其(qi)踩(cai)實(shi)，以防止水準(zhun)(zhun)尺(chi)在(zai)觀測(ce)(ce)過(guo)程(cheng)中下沉。

二、水準測量注意事項

由于(yu)測(ce)量(liang)(liang)(liang)誤(wu)(wu)差是(shi)(shi)不(bu)(bu)可避免的(de)(de)，我們無法完全消除其(qi)影響。但是(shi)(shi)可采取一定的(de)(de)措施(shi)減弱其(qi)影響，以(yi)(yi)提高測(ce)量(liang)(liang)(liang)成果的(de)(de)精度。同時(shi)應(ying)(ying)絕對避免在(zai)(zai)測(ce)量(liang)(liang)(liang)成果中存在(zai)(zai)錯(cuo)(cuo)誤(wu)(wu)，因(yin)此在(zai)(zai)進行(xing)水準(zhun)(zhun)測(ce)量(liang)(liang)(liang)時(shi)，應(ying)(ying)注意以(yi)(yi)下(xia)各點(dian)： ⑴、觀測(ce)前對所用儀器和(he)(he)工具，必(bi)須認真進行(xing)檢驗和(he)(he)校(xiao)正。 ⑵、在(zai)(zai)野外測(ce)量(liang)(liang)(liang)過程中，水準(zhun)(zhun)儀及水準(zhun)(zhun)尺(chi)(chi)應(ying)(ying)盡(jin)量(liang)(liang)(liang)安置在(zai)(zai)堅實(shi)的(de)(de)地面上(shang)(shang)。三腳架和(he)(he)尺(chi)(chi)墊(dian)要踩實(shi)，以(yi)(yi)防儀器和(he)(he)尺(chi)(chi)子下(xia)沉。 ⑶、前、后(hou)視距離(li)應(ying)(ying)盡(jin)量(liang)(liang)(liang)相等，以(yi)(yi)消除視準(zhun)(zhun)軸不(bu)(bu)平行(xing)水準(zhun)(zhun)管軸的(de)(de)誤(wu)(wu)差和(he)(he)地球(qiu)曲率與大(da)氣(qi)折(zhe)光(guang)的(de)(de)影響。 ⑷、前、后(hou)視距離(li)不(bu)(bu)宜太長，一般不(bu)(bu)要超過100m。視線高度應(ying)(ying)使上(shang)(shang)、中、下(xia)三絲都能在(zai)(zai)水準(zhun)(zhun)尺(chi)(chi)上(shang)(shang)讀數(shu)以(yi)(yi)減少大(da)氣(qi)折(zhe)光(guang)影響。 ⑸、水準(zhun)(zhun)尺(chi)(chi)必(bi)須扶直(zhi)不(bu)(bu)得傾斜。使用過程中，要經常(chang)檢查和(he)(he)清除尺(chi)(chi)底泥土。塔尺(chi)(chi)銜接(jie)處要卡住(zhu)，防止二、三節塔尺(chi)(chi)下(xia)滑。 ⑹、完數(shu)后(hou)應(ying)(ying)再次(ci)檢查氣(qi)泡是(shi)(shi)否仍然(ran)吻(wen)合，否則應(ying)(ying)重(zhong)讀。 ⑺、記錄(lu)員要復(fu)誦讀數(shu)，以(yi)(yi)便核對。記錄(lu)要整潔、清楚端(duan)正。如(ru)果有(you)錯(cuo)(cuo)，不(bu)(bu)能用橡(xiang)皮(pi)擦(ca)去而應(ying)(ying)在(zai)(zai)改正處劃一橫，在(zai)(zai)旁邊注上(shang)(shang)改正后(hou)的(de)(de)數(shu)字。 ⑻、在(zai)(zai)烈(lie)日下(xia)作業要撐傘遮(zhe)住(zhu)陽光(guang)避免氣(qi)泡因(yin)受熱(re)不(bu)(bu)均(jun)而影響其(qi)穩定性。

三、水準測量的檢核方法

1、測站檢核

待定點(dian)的高程是根據水準點(dian)和沿線各(ge)(ge)測(ce)站(zhan)所測(ce)的高差計算出來(lai)的。為了確保觀測(ce)高差正確無誤(wu)，須對(dui)各(ge)(ge)測(ce)站(zhan)的觀測(ce)高差進行檢(jian)核，這種檢(jian)核稱為測(ce)站(zhan)檢(jian)核。常(chang)用(yong)的檢(jian)核方法(fa)有變儀(yi)高法(fa)和雙(shuang)面(mian)尺法(fa)

雙面(mian)尺(chi)法是(shi)在一(yi)測(ce)站上，儀器(qi)高(gao)度不變，分別用雙面(mian)水準尺(chi)的(de)黑面(mian)和紅面(mian)兩次測(ce)定(ding)高(gao)差(cha)。若兩次測(ce)得高(gao)差(cha)之差(cha)未超過6mm，則取其平均值(zhi)作為(wei)該(gai)測(ce)站的(de)高(gao)差(cha)。否則需(xu)要重(zhong)測(ce)。

2.路線檢核

雖然每一(yi)測站(zhan)都進行了(le)檢核(he)(he)，但一(yi)條(tiao)水(shui)(shui)(shui)準(zhun)路(lu)(lu)(lu)線(xian)是否有(you)錯還是沒有(you)保證。例(li)如，在(zai)前、后視某(mou)一(yi)轉(zhuan)點(dian)時，水(shui)(shui)(shui)準(zhun)尺未放在(zai)同(tong)一(yi)點(dian)上，利用(yong)該(gai)轉(zhuan)點(dian)計算的相(xiang)鄰(lin)兩站(zhan)的高差雖然精(jing)度符合要求(qiu)，但這(zhe)一(yi)條(tiao)水(shui)(shui)(shui)準(zhun)路(lu)(lu)(lu)線(xian)卻含有(you)錯誤，因此必須進行路(lu)(lu)(lu)線(xian)檢核(he)(he)。水(shui)(shui)(shui)準(zhun)路(lu)(lu)(lu)線(xian)檢核(he)(he)方法一(yi)般有(you)以下三種：閉合水(shui)(shui)(shui)準(zhun)路(lu)(lu)(lu)線(xian)、附合水(shui)(shui)(shui)準(zhun)路(lu)(lu)(lu)線(xian)、支水(shui)(shui)(shui)準(zhun)路(lu)(lu)(lu)線(xian)。

減小和(he)消除誤(wu)差的(de)(de)方(fang)法都是以增加時間(jian)或采取更多(duo)的(de)(de)步驟(zou)為代價。在測量中操作(zuo)(zuo)熟練(lian)，才能提高觀測的(de)(de)速度，采取規范(fan)的(de)(de)辦法，嚴格執行正確步驟(zou)，司儀與立尺互相(xiang)配合，才能得(de)到正確結果。通(tong)過實(shi)踐證明，將控制(zhi)方(fang)法應用到實(shi)際(ji)工作(zuo)(zuo)中后，沒(mei)有(you)出現過錯誤(wu)，達到了“多(duo)干事(shi)、動作(zuo)(zuo)快、效率好(hao)、省時間(jian)”的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。