公路工程水准测量的误差及控制

【摘要】水准测量是采用几何原理，利用水平视线测定两点间高差。公路工程测量过程中会出现各种误差，本文简要的分析水准测量的误差及控制方法。
    【关键词】水准测量 误差 控制
   
    一、概述
   
    公路工程水准测量是采用几何原理，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。公路工程测量一般都使用微倾式自动安平水准仪，每公里精度能达到3mm，水准仪在一个测站的基本程序是：安置仪器，粗略整平，瞄准水准尺精平和读数，在每一测段测定完后复核结果。同一施工路线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。两台水准仪总是同时观测一个水准尺进行读数，一个水准点段测完后，进行检核，每一测站如果没有检查和复核，将为误差的积累创造条件，容易返工，耽误时间，浪费人力，在工程实践中，这一方法经常出现错误。现在我们将水准点与中桩分开观测，水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=∑h往 ∑h返)达到平原微丘地区影响水准测量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，精度越低。
   
    二、水准测量的误差分析及控制
   
    水准测量误差产生有仪器误差，观测误差和外界条件的影响三个方面。
    1.仪器误差。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，但仍会在残余误差，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)和距离补偿法(前视距离和等于后视距离总和)消除。中间法在实际操作过程中立尺人是关键，可采用普通皮尺测定距离之后立尺。而补偿法却不易操作。另外有水准尺误差：水准尺误差有尺长误差(尺子长度不准确)，刻划误差(尺上的分划不均匀)和零点差(尺的零刻划位置不准确)，三种情况组成。施工测量前对所使用的水准尺进行检查，尽可能不使用尺长误差和刻划误差的标尺，如只能使用应找出误差特点，进行数据修正后进行使用，对于尺的零误差，控制方法可通过在一个水准测段内，交替轮换使用两根水准尺(本测站用作视尺，下测站用作前视尺)，并把测段站数目布设成偶数，以在高差中相互抵消，同时可减弱刻划误差和尺长误差的影响。
    2.观测误差。(1)符合水准管气泡居中的误差：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面，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，景要是水准管分划值J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.J，根据人公式m居=0.1.s/p，因此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，此误差可消除。(2)视差的影响当存在视差时，尺像与十字丝平面不重合，观测时眼睛所在的位置不同，读数也不同，产生读数误差。所以在读数前，要进行仔细物镜对光，消除视差。(3)水准尺的倾斜误差水准尺如果是向视线的在右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉。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(即视线距地面主高度)有关。尺的倾斜角越大，对读数的影响也越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。所产生的读数误差为△a=(1-r)当r=30，a=1.5时，△a=2㎜。因此，此项影响是不容忽视的。通常我们立镜高度是1.6m～1.7m，则△a就超过2㎜以上，因此，在施工测量中，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。 3.外界条件的影响。用水平面代替水准面对高程的影响，可以用公式△h=D2/(2R)表式：地球半径R=6371km，当D=75m时，△h=0.44㎝；当D=100m时，△h=0.08㎝时；当D=500m时，△h=2㎝时，当D=1km时，△h=8㎝；当D=2km时，△h=31㎝。显然，以水平面代替水准面时，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，实测中可采用中间法消除。大气折光使视线成为一条曲率为地球半径7倍的曲线，使读数减小，可用公式△h=D/2( 2×7R)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，应避开光照强烈的中午时间。此外，应选择有利的时间，一日之中，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，应避开这段时间，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后视读数。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迁过程中，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过程中下沉。
   
    三、结语
   
    减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的步骤为代价。在测量中操作熟练，才能提高观测的速度，采取规范的办法，严格执行正确步骤，司仪与立尺互相配合，才能得到正确结果。只有认真细心，反复校核，相信测量误差会减小到最低。
   
    参考文献：
    [1]钟孝顺，聂让.测量学.北京：人民交通出版社，2005，8. 来源: 《www.jianzhu518.com》.