水准测量误差分析及消减方法

水准测量误差分析及消减方法

水准测量中的误差分析及消减方法

分析水准测量中的误差来源，寻求减小误差的方法，对提高水准测量成果的精度具有积极意义。我通过参加测站考证水准测量的实践，结合理论知识，针对误差产生的原因以及消减误差的方法进行了探讨，谈一点体会，供大家参考。 一、仪器误差

1.仪器校正不完善产生的误差

仪器虽然经过校正，但不可能绝对完善，还会存在一些残余误差，其中主要是水准管轴不平行于视准轴的误差。这项误差在水准测量中引起的读数误差大小与仪器距水准尺的距离成正比。在同一测站，只要将仪器安置于距前、后视尺等距离处，就可消除该项误差。

2. 调焦误差

由于仪器制造加工不够完善，当转动对光螺旋调焦时，对光透镜产生非直线移动而改变视线位置，产生调焦误差。这项误差，只要将仪器安置于距前、后视尺等距离处，后视完毕转向前视，不再重新对光，就可消除这项误差。 3.水准尺误差

随着水准尺使用年限的延长，水准尺就会弯曲变形，产生尺面刻划不准和尺底零点不准等误差。因此，在水准测量前应对水准尺进行检验。水准尺的零点误差，使仪器站数为偶数或在由往测转入返测时前后视标尺互换即可消除。

二、观测误差 1.整平误差

整平误差与水准管分划值及视线长度成正比。若以DS3型水准仪进行水准测量，视线长D=100m时，则在读数上引起的误差为0.73mm。因此在观测时必须切实使气泡居中，视线不能太长，后视完毕转向前视，要注意重新转动微倾螺旋使气泡居中才能读数，但不能转动脚螺旋，否则将改变仪器高产生错差。若在日光强烈的晴天进行测量时，必须打伞遮阳保护仪器，特别要注意保护水准管。

2.估读误差和照准误差

估读误差是估读水准尺上的毫米产生的误差。它与十字丝的粗细、望远镜放大倍率和视线长度有关。在一般水准测量中，当视线长度为100m时，估读误差约为±1.5mm。当望远镜放大倍率为30、视线长度为100m时，照准误差约为±0.97mm。若望远镜放大倍率较小或视线过长，尺子成像小，显得不够清晰，照准误差和估读误差都将增大。故对各等级的水准测量，规定了仪器应具有的望远镜放大倍率及视线的最大长度。 3.水准尺竖立不直产生的误差

如果水准尺不垂直于地面时，其读数比水准尺竖直时的读数要大，而且视线越高，误差越大。因此测量时一定要将水准尺竖直，并且水准尺读数不能太大，一般应不大于2.7m。 三、外界条件影响

1.仪器升降的误差

由于土壤的弹性和仪器的自重，可能引起仪器的上升或下沉，从而产生误差。若后视完毕转向前视时，仪器下沉了Δ1，使前视读数小了Δ1，即测得的高差大了Δ1；若前视完毕转向后视过程中仪器又下沉了Δ2，则第二次测得的高差小了Δ2。如果仪器随时间均匀下沉，即Δ2≈Δ1，取两次所测高差的平均值，这项误差就可能得到有效削减。因此在国家三等以上等级的水准测量中，应按后、前、前、后的顺序进行观测。 2.尺垫升降的误差

与仪器升降情况相类似。如转站时尺垫下沉，所测高差增大，如上升则使高差减小。故对一条水准路线采用往返观测取平均值，这项误差可以得到有效地削弱。 3.地球曲率影响

地球是一个旋转的椭圆球体，在普通测量中，当测区面积不大时，可以把球面视为平面，即以水平面代替水准面。但是地球曲率对高程测量的影响是不能忽略的，当视距为100m时，在高程方面的误差就接近1mm，其影响是很大的。由于水准仪提供的是水平视线，因此后视读数和前视读数中都含有地球曲率误差，但只要将仪器安置于距前、后视尺等距离处，就可消除地球曲率的影响。 4.大气折光影响

地面上空气存在密度梯度，光线通过不同密度的媒质时，将会发生折射，而且总是由疏媒质折向密媒质，因而水准仪的视线往往

不是一条理想的水平线。一般情况下，大气层的空气密度上疏下密，视线通过大气层时成一条向下弯折的曲线，使尺上读数减小，它与水平线的差值即为折光差。在晴天，靠近地面的温度较高，致使下面的空气密度比上面稀，这时视线成为一条向上弯折的曲线，使尺上读数增大。视线离地面越近，折射也越大，因此一般规定视线必须高出地面一定高度，如高出地面0.3m，就是为了减少这种影响。若在平坦地面，地面覆盖物基本相同，而且前后视距相等，这时前后视读数的折光差方向相同，大小基本相等，折光差的影响即可大部分得到抵消或削弱。当在山地连续上坡或下坡时，前后视视线离地面高度相差较大，折光差的影响将增大，而且带有一定的系统性，这时应尽量缩短视线长度，提高视线高度，以减小大气折光的影响。 四、对策

以上对各种误差进行了逐项分析，实际上由于误差产生的随机性，其综合影响在实际测量中将会相互抵消一部分。在实际测量中应该注意以下几点，可以减小各项误差的影响，确保测量成果的精确度。

1．尽量做到前视距离与后视距离相等，前后视距离累积差不宜太大，等级水准测量前后视距差及累积差不能超过相应的限差，这样就可以减小多项误差的影响。

2．视线长度要符合规范的要求，在不平坦地区应缩短视线长度，这样就可以减小整平误差、估读误差和照准误差的影响。 3．视线离地面高度应保持一定的数值，不宜太高，也不宜太

低，这样就可以减小水准尺竖立不直的误差和大气折光的影响。 4．每一测段的往测和返测，仪器站数应为偶数，由往测转向返测时，两水准尺必须互换位置。

5．在每一测站都应立即计算出后距、前距、前后视距差、前后视距离累积差、黑红面读数差、黑红面所测高差之差，并按后、前、前、后的顺序进行观测；否则，如果有一个环节出现问题，就会前功尽弃，事倍功半。