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公路工程水準測量的誤差及控制論文
【摘要】水準測量是采用幾何原理，利用水平視線測定兩點間高差。公路工程測量過程中會出現(xiàn)各種誤差，本文簡要的分析水準測量的誤差及控制方法。
【關(guān)鍵詞】水準測量 誤差 控制
一、概述
公路工程水準測量是采用幾何原理，利用水平視線測定兩點間高差，儀器使用水準儀，工具是水準尺和尺墊。公路工程測量一般都使用微傾式自動安平水準儀，每公里精度能達到3mm，水準儀在一個測站的基本程序是：安置儀器，粗略整平，瞄準水準尺精平和讀數(shù)，在每一測段測定完后復(fù)核結(jié)果。同一施工路線采用同一個高程系統(tǒng)測量方法是基平與中平同時測量，兩臺水準儀同時觀測一個水準尺，間視和轉(zhuǎn)點由兩個人立水準尺。兩臺水準儀總是同時觀測一個水準尺進行讀數(shù)，一個水準點段測完后，進行檢核，每一測站如果沒有檢查和復(fù)核，將為誤差的積累創(chuàng)造條件，容易返工，耽誤時間，浪費人力，在工程實踐中，這一方法經(jīng)常出現(xiàn)錯誤�，F(xiàn)在我們將水準點與中樁分開觀測，水準點觀測采取往返測量，成果整理要求高差閉合差fh容(fh容=∑h往+∑h返)達到平原微丘地區(qū)影響水準測量精度的主要因素是水準路線的長度，長度越長，精度越低，山區(qū)則是測站，測站越多，精度越低。
二、水準測量的誤差分析及控制
水準測量誤差產(chǎn)生有儀器誤差，觀測誤差和外界條件的影響三個方面。
1.儀器誤差。準儀的望遠鏡視準軸不平行于水準管軸所產(chǎn)生的誤差；儀器雖在測量前經(jīng)過校正，但仍會在殘余誤差，因此造成水準管氣泡居中，水準管軸居于水平位置，而望遠鏡視準軸卻發(fā)生傾斜，致使讀數(shù)誤差。這種誤差與視距長度成正比，觀測時可通過中間法(前后視距相等)和距離補償法(前視距離和等于后視距離總和)消除。中間法在實際操作過程中立尺人是關(guān)鍵，可采用普通皮尺測定距離之后立尺。而補償法卻不易操作。另外有水準尺誤差：水準尺誤差有尺長誤差(尺子長度不準確)，刻劃誤差(尺上的分劃不均勻)和零點差(尺的零刻劃位置不準確)，三種情況組成。施工測量前對所使用的水準尺進行檢查，盡可能不使用尺長誤差和刻劃誤差的標尺，如只能使用應(yīng)找出誤差特點，進行數(shù)據(jù)修正后進行使用，對于尺的零誤差，控制方法可通過在一個水準測段內(nèi)，交替輪換使用兩根水準尺(本測站用作視尺，下測站用作前視尺)，并把測段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)，以在高差中相互抵消，同時可減弱刻劃誤差和尺長誤差的影響。
2.觀測誤差。
(1)符合水準管氣泡居中的誤差：由于符合水準氣泡未能做到嚴格居中，造成望遠鏡視準軸傾斜面，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準管的靈敏度有關(guān)，景要是水準管分劃值J的大小。此外，讀數(shù)誤差與視線長度成正比，水準管居中誤差一般認為是0.1.J，根據(jù)人公式m居=0.1.s/p，因此只要觀測時符合水準管氣泡能夠認真仔細進行居中，且對視線長度加以限制，與中間法一致，此誤差可消除。
(2)視差的影響當存在視差時，尺像與十字絲平面不重合，觀測時眼睛所在的位置不同，讀數(shù)也不同，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。所以在讀數(shù)前，要進行仔細物鏡對光，消除視差。
(3)水準尺的傾斜誤差水準尺如果是向視線的在右傾斜，觀測時通過望遠鏡十字絲很容易察覺。尺子傾斜總是使尺上讀數(shù)增大，它對讀數(shù)的影響與尺的傾斜角和尺上讀數(shù)的大小(即視線距地面主高度)有關(guān)。尺的傾斜角越大，對讀數(shù)的影響也越大；尺上讀數(shù)越大，對讀數(shù)的影響就越大。所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差為△a=(1-r)當r=30，a=1.5時，△a=2㎜。因此，此項影響是不容忽視的。通常我們立鏡高度是1.6m～1.7m，則△a就超過2㎜以上，因此，在施工測量中，一定要認真立尺，使尺處于鉛垂位置尺上有圓水準的應(yīng)使氣泡居中。 3.外界條件的影響。用水平面代替水準面對高程的影響，可以用公式△h=D2/(2R)表式：地球半徑R=6371km，當D=75m時，△h=0.44㎝；當D=100m時，△h=0.08㎝時；當D=500m時，△h=2㎝時，當D=1km時，△h=8㎝；當D=2km時，△h=31㎝。顯然，以水平面代替水準面時，高程所產(chǎn)生的誤差要遠大于測量高程的誤差，所以，對于高程而言，即使距離很短，也不能將水準面當作水平面，一定要考慮地球曲率對高程的影響，實測中可采用中間法消除。大氣折光使視線成為一條曲率為地球半徑7倍的曲線，使讀數(shù)減小，可用公式△h=D/2( 2×7R)表示，視線離地面越近，折射越大，因此視線距離地面的角度不應(yīng)小于0.3m，并且其影響也可用中間法消除或減弱，應(yīng)避開光照強烈的中午時間。此外，應(yīng)選擇有利的時間，一日之中，上午10時至下午4時這段時間大氣比較穩(wěn)定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測時，尺像會有跳動，影響讀數(shù)，應(yīng)避開這段時間，陰天、有微風的天氣可全天觀測。
儀器下沉是指在一測站上讀的后視讀數(shù)和前視讀之間儀器發(fā)生下沉，使得前視讀數(shù)減小，算得的高差增大。為減弱其影響，當采用雙面尺法或變更儀器高法時，第一次是讀后視讀數(shù)再讀前視讀數(shù)，而第二次則先讀前視讀數(shù)再讀后視讀數(shù)。即“后、前、前、后”的觀測程序。這樣的兩次高差的平均值即可消除或減弱儀器下沉的影響。
水準尺下沉的誤差是指儀器在遷過程中，轉(zhuǎn)點發(fā)生下沉，使遷站后的后視讀數(shù)增大，算得的高差也增大。如果采取往返測，往測高差增大，返測高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準尺下沉的影響。最有效的方法是應(yīng)用尺墊，在轉(zhuǎn)點的地方必須放置尺墊，并將其踩實，以防止水準尺在觀測過程中下沉。
三、結(jié)語
減小和消除誤差的方法都是以增加時間或采取更多的步驟為代價。在測量中操作熟練，才能提高觀測的速度，采取規(guī)范的辦法，嚴格執(zhí)行正確步驟，司儀與立尺互相配合，才能得到正確結(jié)果。只有認真細心，反復(fù)校核，相信測量誤差會減小到最低。
參考文獻：
[1]鐘孝順，聶讓.測量學.北京：人民交通出版社，2005，8.
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