水准测量误差原因分析及控制方法-建筑机械

122建筑机械水准测量误差原因分析及控制方法

刘超

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

［摘要］水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、使用最普遍的一种测量方法。结合自身的工作经验并参考大量书籍，对水准测量的误差及预控谈谈个人的看法和理解。

［关键词］水准测量；误差；预控

［中图分类号］P224.1 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2017）06-0122-03

Error cause analysis and control method of leveling

LIU Chao

水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。它是高程测量的主要方法，用于建立国家水准网，监测地壳垂直运动和人为原因引起的地面沉降，以及建立工程测量所需要的高程控制网［1］。水准测量的误差按其来源可分为3类：仪器误差、观测误差和外界条件影响产生的误差。在水准测量中，误差受各种条件的制约直接影响测量结果，但是测量者可以采取一些措施、办法创造条件减小甚至消除误差，使得测量值更接近真实值，提高工作效率，减小误差。

1 仪器误差

1.1 视准轴与水准管轴不平行的误差

成因：仪器虽经过检验校正，但不可能绝对完善，还会存在残余误差；同时，在使用时间过长或受到震动后，使得视准轴与水准管轴不平行而产生一定夹角。即使在水准气泡居中时，视准轴也不会水平，结果会造成在水准尺上的读数误差。实验证明，在一个测站的水准测量中，如果使前视距与后视距相等，则夹角误差对高差测量的影响可以消除。

预控措施：严格地检校仪器和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、刻划误差、尺底零点误差，以及在使用过程中造成的尺身弯曲的误差。

预控措施：观测前应对水准尺进行检验，对尺长误差和刻划误差不符合规定要求的水准尺应停止使用。对于尺长误差较大的水准尺，使用时应在最后的高差加上水准尺每1m的尺长改正。对由于尺底磨损引起的零点误差，可采用测偶数站的方法来消除。

2 观测误差

2.1 视差

由于对光不完善，造成水准尺的成像面与十字丝面不重合而引起的读数误差。

预控措施：切实做好对光工作，即先转动目镜螺旋，使十字丝成像清晰，再转动对光螺旋使水准尺成像清晰，此时水准尺成像面与十字丝面重合，消除了视差的影响［2］。

2.2 整平误差

水准测量是利用水平视线测定高差的，当仪器没有精确整平，则倾斜的视线将使标尺读数产生误差。公式如下

l D

p

∆=⨯

DOI:10.14189/ki.cm1981.2017.06.020

［收稿日期］2017-04-05

［通讯地址］刘超，天津市津南区双港科技产业园丽港园33号

2017/06总第496期

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CONSTRUCTION MACHINERY

由图1可知，设水准管的分化值为30″，如果气泡偏离半格（即i =15″），则当距离为50m 时，Δ=2.4mm ；当距离为100m 时，Δ=4.8mm ；误差随距离的增大而增大。因此，在读数前，必须使符合水准气泡精确吻合。

i

D

图1 整平误差对读数的影响

预控措施：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，且视线不能太长，则该误差会大为减少。2.3 读数误差

由于观测者视力的不同以及受望远镜的放大

倍数V 和观测距离D 的影响，造成读数的误差。试验证明，要保证估读至mm 的精度，则十字丝与标尺cm 分划的影像宽度需要满足1∶10的关系。眼睛的分辨能力一般为60″，十字丝影像宽度经放大后在人的明视距离上约为0.1mm 。按上述比例关系，标尺cm 的分划的影像宽度应不小于1mm ，这就要求在75m 的距离内，望远镜的放大倍率不得小于30倍。故保证估读精度的前提是，视线的长度和望远镜的放大率必须符合规定要求。

望远镜在标尺上读数误差，可用下式计算：Mv =±60″×D /（v ρ″）″=±60″×75000/ （30×206265″）=0.7mm

计算表明，放大率为30倍，视线长在75～80m 的范围内，可保证估读1mm 的精度。 2.4 水准尺倾斜的误差

测量时，水准尺左右倾斜在目镜中可以看到并可以纠正，但尺子前后倾斜时则会产生读数误差（如图2所示）。

设水准尺沿视线方向前（后）倾斜角为θ，视线在倾斜尺上的读数为b ′，未倾斜的尺读数为b =b ′cos θ，由此产生的读数Δb 为：Δb =b ′

-b = b ′（1-cos θ）=b ′/（θ″/ρ″）2例如，当θ=30°，b ′=2m 时，则Δb =3mm 。

b b

`

θ

b `

图2 水准尺不竖直的误差

预控措施：作业时应保证水准尺竖直，并且水准尺上读数不能太大，一般不应大于2.7m 。

3 外界条件的影响

3.1 仪器升降的误差

由于土壤的弹性及仪器的自重等原因，可能引起仪器上升或下沉，将使尺上读数减小或增大（如图3所示）。

1

2

Δ2

Δ1

b 21

A

B

图3 仪器下沉引起的误差

若后视完毕转向前视时，仪器下沉了Δ1，使

前视读数b 1小了Δ1，即测得的高差h 1=a 1-b 1大了Δ1。设在一侧站上进行两次测量，第二次先前视再后视，若从前视转向后视过程中仪器又下沉了Δ2，则第二次测得的高差h 2=a 2-b 小了Δ2。

预控措施：为减小下沉的影响，仪器应安置在土质坚实的地方，脚架要稳固，采用后、前、前、后的顺序观测，提高观测速度，可消弱其 影响。

3.2 尺垫下沉的误差

与仪器升降情况类似，当仪器转站时，由于尺垫的自重或土质松软的原因，使尺垫随时间逐渐下沉，后视读数增大。

预控措施：采用往返观测取平均值的方法来减小尺垫下沉的影响。