测绘工程专业精密水准测量误差分析读书报告

精密水准测量误差分析及处理方法

【摘要】 在进行精密水准测量时，会受到各种误差的影响。本文从精密水准测量的仪器误差、观测误差和外界因素等方面分析了误差的来源，通过采取一系列的观测措施，可以有效减弱误差。

【关键词】 精密水准测量 误差来源 采取措施 1.精密水准测量的主要误差来源 1.1 仪器误差

（１）视准轴与水准管轴不平行的误差 ①ｉ角误差

水准仪视准轴与水准管轴在水平面上投影所产生的交角为ｉ角误差，这主要是仪器校正不完善的残余误差，这种影响与距离成正比。

如图１中，Ｓ前、Ｓ后为前后视距，由于存在ｉ角，在前后视水准标尺上的读数对高差的误差影响为：

?s?i''?(S后?S前) （1）

‘’?

图1 i角误差的影响

对于两个水准点之间一个测段的高差总和的误差影响为：

??s?②交叉误差的影响

i''?(?S后??S前)?'' （2）

水准仪视准轴与水准管轴在铅锤面上投影所产生的交角，这也是仪器校正不完善的残余差。当仪器不存在ｉ角时，在仪器的垂直轴严格垂直时，交叉误差并

不影响在水准标尺上的读数。但当仪器的垂直轴倾斜时，视准轴虽然仍在水平位置，但水准轴两端却产生倾斜，从而水准气泡偏离居中位置。仪器在水平方向转动时，水准气泡将移动，当重新调整水准气泡居中进行观测时，视准轴就会背离水平位置而倾斜，显然它将影响在水准标尺上的读数。 （２）水准标尺每米长度误差的影响

在精密水准测量作业中必须使用经过长度检验的水准标尺。设，为水准标尺每米间隔平均真长误差，则对一个测站的观’测高差ｈ应加的改正数为：

?f?h?f (3)

对于一个测段来说，应加的改正数为：

??f?f??h (4)

（３）一对水准标尺零点差的影响一对水准标尺的零点误差一般不等，因而对观 测高差必然产生影响。如图２中，设ｄ、ｂ水准标尺的零点误差分别为Ａａ和Ａｂ，它们都将影响在水准标尺上的读数。

图2 水准标尺零点差的影响

则1、3点的高差为：

H13=（a1-b1）+(b2-a2)

由此可见，尽管两水准标尺的零点误差５ａ≠Ａｂ，但在两相邻测站的观测高差求和中，抵消了这种误差的影响。 1.2 外界因素的影响而产生的误差 （１）大气垂直折光的影响

由于近地面大气层的密度分布一般是随高度而变化，视线通过时就要在垂直

方向上因折射产生弯曲，并且弯向密度较大的一方。如果在地势较为平坦的地区进行水准测量时，前后视相等，则折光影响基本相同，使视线弯曲的程度也基本相同，在观测高差中就可以消除这种误差的影响。如果水准测量通过一个较长的坡度时，前后视线离地面的高度不同，视线．所通过大气层的密度也不同，折光影响也就不同，所以前后视线在垂直面内的弯曲程度也不同，这时，垂直折光对高差将产生系统性质的误差影响。

（２）仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响

仪器和水准标尺在垂直方向位移所产生的误差，是精密水准测量系统误差的重要来源如图３中，设观测一测站高差的观测程序为：后视基本分划中丝——前视基本分划中丝——前视辅助分划中丝——后视辅助分划中丝，则当仪器的脚架随时间而逐渐下沉时，在读完后视基本分划读数转向前视基本分划渎数的时间内，由于仪器的下沉，视线将有

图3 仪器垂直位移的影响

同理，仪器脚架和尺台（或尺桩）也会发生上升现象。根据研究表明，这种反弹引起的误差可以达到相当大的数值。 （３）温度变化对ｉ角的影响

外界因素的影响而产生的误差高差将产生系统性质的误差影响，由于i角受温度影响很复杂。因而对观测高差的影响是难以用改变观测程序的办法来完全消除，而且，这种误差的影响往返测不符值中也不能完全被发现，这就使高差中数受到系统性的误差影响。

（４）电磁场对水准测量的影响

根据研究发现输电线经过的地带所产生的电磁场，对光线，其中包括对水准测量视线位置的正确性有系统性的影响，并与电流强度有关。输电线所形成的电磁场对平行于电磁场和正交于电磁场的视线将有不同影响，因此，在设计高程控制网布设水准路线时，必须考虑到通过大功率、超高压输电线附近的视线直线性所发生的重大变形。 1.3 观测误差

精密水准测量的观测误差，主要有水准器气泡不居中的误差、照准水准标尺上分划的误差和读数误差。由于精密水准仪有微倾螺旋和符合水准器，并有光学测微器装置，可以提高水准器气泡居中的精度和读数精度，同时用楔形丝照准标尺上的分划线，可以减小照准误差，因此，这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。根据试验结果分析表明，这些误差对每测站上由基辅分划所得观测高差的平均值的影响还不到0.1mm。 2. 精密水准测量误差的减弱措施

根据各种误差的性质及其影响规律，精密水准测量的施测应按以下规定进行，目的在于尽可能消除或减弱各种误差对观测结果的影响。

（１）观测前，应使仪器与环境温度趋于一致；观测时应打伞遮阳；迁站时应罩以仪器罩。这样可以减弱视准轴受温度变化的影响。 （２）同一测站的观测中，不得两次调焦。

（３）仪器前、后视距应尽量相等，其差应小于规定的限值。对于二等水准测量，一测站前、后视距差应不大于1.0m；前、后视距累积差应不大于3.0m。这样，可以消除或削弱与距离有关的各种误差对观测高差的影响，如ｉ角误差和垂直折光等影响。

（４）相邻测站，应按奇、偶数测站的观测程序进行观测，返测的观测程序与往测相反。这样，可以消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差对观测高差的影响，如ｉ角随时间的变化和仪器标尺的垂直位移等误差的影响。

（５）在一测段的水准测量路线上，测站的数目应安排成偶数站。这样，可以消除或减弱一对标尺零点不等差对观测高差的影响及交叉误差在仪器垂直轴倾斜时对观测高差的影响。

（６）每一测段应进行往测和返测，这样可以消除或减弱性质相同、正负号也相同的误差影响，如水准标尺垂直位移的误差影响。

（７）一个测段水准测量路线的往测和返测应在不同的气象条件下进行（如上午和下午）。对于观测时间、视线长度和视线高度也都有相应的规定，这些规定的主要作用，是为了消除或减弱大气垂直折光对观测高差的影响。

（８）为了避免电磁场的影响，必须使水准路线离输电线50M以外，如果水准路线与输电线相交，测量时水准仪严格安置在输电线的正下方，这样，照准后视和前视水准标尺的视线直线性的变形可以互相抵消。 3 .总结

在工程中进行的精密水准测量，误差来源广泛，影响也大小不同。测量时应严格执行正确的操作步骤，采取规范的办法，同时，在测量时应熟练操作仪器，互相配合，提高观测速度，这样才能提高观测精度，有效地减弱误差。 参考文献

［１］孔祥元，等．大地测量学基础［Ｍ］．武汉：武汉大学出版 ［２］孔样元，梅是义．控制测量学［Ｍ］。武汉：武汉大学出版社，2002 ［３]杨国清．控制测量学［Ｍ］．郑州：黄河水利出版社．2005 ［４］林玉祥．控制测量技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2007

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