浅谈水准测量的误差分析及控制方法

发布于:2021-09-27 02:06:32

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 浅谈水准测量的误差分析及控制方法 作者:熊高松 来源:《卷宗》2017 年第 11 期 摘 要:高程测量是测量任务中的一部分。其中,水准测量是高程测量中精度最高、用途 最广、一种普遍采用的测量方法。笔者结合自身的工作经验对水准测量的误差谈一点自己的看 法,与同行们共勉。 关键词:测量;误差 水准测量是采用几何原理,利用水*视线测定两点间高差。仪器使用水准仪,工具是水准 尺和尺垫。在进行水准测量时,会受到各种误差的影响,本文将就水准测量过程可能出现的误 差进行分析。水准测量中误差来源主要有三个方面:仪器误差、观测误差和外界条件的影响。 1 仪器误差 1.1 视准轴与水准管轴不*行的误差 成因:经过校正的仪器,在使用时间过长或受到震动后,使得视准轴与水准管轴不*行而 产生一定夹角。即使在水准气泡居中时,视准轴也不会水*,结果在水准尺上引起了读数误 差,该误差与视距的大小成正比。 预控措施:使用前后视距相等的方法测量,可消除或减小该误差的影响。 1.2 水准尺的误差 成因:水准尺的误差,包括尺长误差、分划误差和零点误差。作业前应对水准尺进行检 验,对尺长误差和分划误差不符合规定要求的尺应停止使用。 控制措施:对于尺长误差较大水准尺,使用时,应在最后的高差加上水准尺每 1 m 的尺长 改正。对由于尺底磨损引起的零点误差,可采用设偶数站的方法来消除。 2 观测误差 2.1 水准管气泡居中的误差 通常,我们在水准仪精*时进行读数,而忽略了在读数时水准气泡是否居中。同时由于观 测方式的影响,导致读数的误差。如果采用灵敏度高且装有符合水准器的仪器,在读数前后调 整气泡居中,则该误差会大为减少。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 2.2 估读水准尺的误差 由于观测者眼睛的鉴别能力有限,而十字丝又有一定的宽度,所以在估读毫米数时,不可 能十分准确。尤其在视线较长或成像不良的天气条件下,对估读的读数影响更大。操作过程 中,不同的人对水准尺上的数据估读不同,估读范围相差 2~3mm,如测量地面上任意两点 A、B 间高差,A、B 两点正中间安置水准仪,A 点和 B 点分别立水准尺。第一次测量时,水 准仪瞄准 A 点水准尺,甲读得水准尺上读数 a=1.626m,乙读得 a=1.624m,水准仪瞄准 B 点水 准尺,甲读得 b=1.363m,乙读得 b=1.365m,则甲、乙分别算得 A、B 两点间高差 hAB=ab=1.626m-1.363m=0.263m 和 hAB=a-b=1.624m-1.365m=0.259m,甲乙两位所得 A、B 两点间高 差相差了 0.004m(△ =0.263m-0.259m=0.004m)。第二次测量,用变仪高法将仪器抬高 15cm 进行测量,水准仪瞄准 A 点水准尺,甲读得水准尺上读数 a=1.784m,乙读得 a=1.783m,水准 仪瞄准点 B 水准尺,甲读数 b=1.525m,乙读数 b=1.531m,则甲、乙分别算得 A、B 两点间高 程 hAB=a-b=1.784m-1.525m=0.259m 和 hAB=a-b=1.783m-1.531m=0.252m。甲乙两人所得 A、B 两点间高差相差了 0.007m(△ =0.259m-0.252m=0.007m)。通过校核,仪器抬高后甲测得 A、 B 两点高差之差△ =0.004m±6mm(限差),超过规定的限差,说明测量数据不合格。因此,不 同的人估读出不同的毫米数,导致测量误差大小不一致,误差太大超过规定的限值就得重新测 量,浪费大量的时间和精力。针对这种误差,建议测量过程中采取最少让 2 人同时估读毫米数 据,取最接*的毫米值作为最后的测量数据,避免重复操作,节省时间。 其次估读毫米数误差与观测者个人有关,无法完全消除。为了提高估读的准确性,应适当 控制视线长度,并尽量选择在成像好的天气条件下进行观察测量。 2.3 水准尺倾斜的误差 测量时,水准尺左右倒在目镜中可以看到并可以纠正,但尺子前后倒时则会产生读数误 差。设水准尺沿视线方向前(后)倾斜角为 δ,视线在倾斜尺上的读数为 b',未倾斜的 尺读数为 b= b'cosδ,由此产生的读数误差△ b 为: △ b=b'-b=b'(1-cosδ)=b'/(δ/ρ)2 例如,当 δ=30°,b'=2m 时,则△ b=3 mm 3 外界条件的影响 3.1 地球曲率的影响 由于地球曲率的缘故,在同一水准面上的两个点其高差并不为零,由此产生的读数影响 c 的计算如下: C=D2/2R 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 其中,D:两点之间的距离; R:地球的半径。 如果将仪器置于前后视尺中间大致等距离处,利用等距等影响的原则,使测站高差计算中 自动消除曲率对前后视读数的影响。 3.2 大气折光的影响 大气层的空气密度一般是上疏下密,但在距地面 1.5 m 以内的某些局部地区,由于受到地 面辐射热的缘故,空气密度也会发生下疏上密的现象。当视线通过不同密度的大气层时,就会 连续发生折射而呈现弯曲状。这种现象为大气折光。 在*坦地区,当视线离地面 1.5 m 以上时,视线将发生向下弯曲,使水准尺读数减小 ν,ν 约等于地球曲率影响的 1/7。 大气折光对高差的影响,亦可用前、后视距相等的方法来加以消弱。但是,在地面坡度较 大,前视或后视一端视线接*地面时,视线将发生向上弯曲,使尺上读数增大 ν,而且随着地 面覆盖物的性质不同而变化。因此不能采用前、后视距相等方法来消弱,只能缩短视线的长 度,增加视线的高度,选择良好的观测时间等方法来减小大气折光的影响。一般规定视线高度 不要低于 0.3 m。 3.3 仪器升沉的影响 在观测中,由于仪器的自重、测站上土质松软等原因,使仪器随时间逐渐下沉;或由于土 壤的弹性会使仪器上升,它将使尺上读数减小或

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