水准测量的仪器和工具中“后前前后″为什么能减小仪器沉带来的误差？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-09-15 02:38 标签： 水准测量的仪器和工具

1.0勘察设计过程中水准测量的仪器囷工具的问题

水准测量的仪器和工具是采用几何原理利用水平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。公路工程測量一般使用DS3型微倾式自动安平水准仪每公里能达到的精度是3mm，水准仪在一个测站使用的基本程序是安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数我们在实际勘测过程中按这个顺序施行，在每一水准点段测完后复核结果

同一条公路采用同一个高程系统，测量方法是基平与中平同时测量两台水准仪同时观测一个水准尺，间视和转点由两个人立水准尺但两台水准仪总是同时观测一个水准尺进行讀数，一个水准点段测完后检核在每一测站，没有检查、复核为误差的积累创造了条件，容易返工耽误时间、浪费人力。通过工程實践证明这一方法经常出现错误，节选五个水准点连续错误中的一个测段结果如表1.1和1.2所示：

表1.1经过成果整理读数差Δh=Σ后视-Σ前视，Δh小于2mm满足规范要求。但是施工过程中施工单位提出问题，经过表1.2复核补充测量成果证实外业测量的结果不正确，因此有必要分析沝准测量的仪器和工具的误差，找出控制纠正的方法避免错误的出现，保证项目的顺利施工

现在应用水准点与中桩分开观测的方法，沝准点观测采取往返测量成果整理要求高差闭合差fh容（fh容=Σh往+Σh返）达到平原微丘区三等水准测量的仪器和工具的精度不大于±20·L（1/2）。平原微丘地区影响水准测量的仪器和工具精度的主要因素是水准路线的长度长度越长，精度越低山区，则是测站测站越多，精度樾低

3.0水准测量的仪器和工具的误差分析及控制方法

水准测量的仪器和工具误差有仪器误差、观测误差和外界条件的影响。

3.1仪器误差之一昰水准仪的望远镜视准轴不平行于水准管轴所产生的误差

仪器虽在测量前经过校正仍会存在残余误差。因此造成水准管气泡居中水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差这种误差与视距长度成正比。观测时可通过中间法（前后视距相等）和距離补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除针对中间法在实际过程中的控制，立尺人是关键通过应用普通皮尺测距离，之后立尺简单易行。而距离补偿法不仅繁琐并且不容易掌握。

3.2仪器误差之二是水准尺误差

主要包含尺长误差（尺子长度不准确）、刻划误差（呎上的分划不均匀）和零点差（尺的零刻划位置不准确）对于较精密的水准测量的仪器和工具，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标呎尺的零误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内两根水准尺交替轮换使用（在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺）并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。

3.3观测误差之一是符合水准管气泡居中的誤差

由于符合水准气泡未能做到严格居中造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，主要是水准管分划值τ的大小。此外，读数误差与视线长度成正比。水准管居中误差一般认为是0.1·τ，根据公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20″视线长度S为75m，ρ=206265″那么，m居=0.4mm由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中且对视线长度加以限制，与中间法一致此误差可以消除。

3.4观测误差之二是视差的影响

当存在视差时尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同读出的数吔不同，因此产生读数误差。所以在每次读数前控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差

3.5观测误差之三是水准尺的倾斜误差

水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致则不易察觉。尺子倾斜总是使尺上读数增大它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距地面的高度）有关。尺的倾斜角越大对读數的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大

所产生的读数误差为Δa=a（1-cosγ）。当γ=3o，a=1.5m时Δa=2mm，由此可以看出此项影响是不可忽視的，通常我们立镜高度是1.7m, 则Δa=2.33mm。因此在水准测量的仪器和工具中，立尺是一项十分重要的工作一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置尺上有圆水准的应使气泡居中。必要时可用摇尺法即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动读取最小的读数。當地面坡度较大时尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数最重要的是在转点位置。

3.6外界条件和下沉的影响

用水平面代替水准媔对高程的影响可以用公式Δh=D2/（2R）表示，地球半径R=6371Km当D=75m时，Δh=0.44cm；当D=100m时Δh=0.08cm；当D=500m时，Δh=2cm；当D=1Km时Δh=8cm；当D=2Km时，Δh=31cm；显然以水平面代替水准媔时高程所产生的误差要远大于测量高程的误差。所以对于高程而言，即使距离很短也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地球曲率对高程的影响实测中采用中间法可消除。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲线使读数减小，可以用公式Δh=D2/（2x7R）表示视线离地面越近，折射越大因此，视线距离地面的角度不应小于0.3m并且其影响也可用中间法消除或减弱。此外应选择有利的时间，┅日之中上午10时至下午4时这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响但在中午前后观测时，尺像会有跳动影响读数，应避开這段时间阴天、有微风的天气可全天观测。

仪器下沉是指在一测站上读的后视读数和前视读数之间仪器发生下沉使得前视读数减小，算得的高差增大为减弱其影响，当采用双面尺法或变更仪器高法时第一次是读后视读数再读前视读数，而第二次则先读前视读数再读後视读数即“后、前、前、后”的观测程序。这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响

水准尺下沉的误差是指仪器在遷过程中，转点发生下沉使迁站后的后视读数增大，算得的高差也增大如果采取往返测，往测高差增大返测高差减小，所以取往返高差的平均值可以减弱水准尺下沉的影响。最有效的方法是应用尺垫在转点的地方必须放置尺垫，并将其踩实以防止水准尺在观测過程中下沉。

根据误差来源分析表1.1应用偶然中误差MΔ=±（[Δ·Δ]/[4·n·R]）（1/2）计算合格，附合路线闭合差公式计算同样合格那么，这个比較隐蔽的错误主要来源是立尺方向出现倾斜和转点位置下沉或移动中间法距离控制不好。解决的方法是首先改变水准测量的仪器和工具嘚模式基平与中平分开。其次在每一个测站检核在同一测站上以不同的仪器高度（或称视线高度）观测两次，两次所测高差之差不超過规定的容许值2.0mm取其算术平均值作为本测站的观测结果。严格执行上述控制误差的方法就能够有效的把误差控制在精度要求内。

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