解放军32023部队 辽宁 大连 116023
摘要：水准测量是高程测量的基本方法之一，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。要使测量准确可靠，必须减小误差；要控制误差，必须了解误差的来源。因此，有必要分析水准测量的误差，找出控制纠正的方法，避免错误的出现，保证项目的顺利施工。
关键词：水准仪；测量；原理；误差
由于水准测量在社会生活中的到越来越广泛的应用，对于测量中存在的问题及控制也引发了人们越来越多的关注。进行水准测量时，会受到各种误差影响，包括仪器误差、外界因素等影响而产生的误差。通过对水准测量的误差分析和控制可以有效的解决施工中存在的问题，对于设计施工具有深远的意义。
1数字水准仪的测量原理
数字水准仪又称电子水准仪，其基本构造有光学机械部分，自动安平补偿装置和电子设备组成。电子设备主要包括：调焦编码器（仅徕卡数字水准仪），光电传感器线阵CCD（电荷祸合器件是以电荷作为信号的固体摄像器材，其基本功能是电荷的存储和转移，基本工作过程是信号电荷的产生、存储、传输和检测），读数电子元件，单片微处理机，Csl接口（外部电源和外部存储记录），显示器件，键盘和测量键以及影像数据处理软件等。它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器CCD，并采用条码标尺和数字图像处理系统而构成的光机电测量一体化的高科技产品，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。标尺条码一方面被成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD器件上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，数字水准仪又可以像普通自动安平水准仪一样使用。不过这时的测量精度低于电子测量的精度。数字水准仪没有光学测微器，配合普通标尺使用时，其精度更低。
2数字水准仪的误差分析
2.1水准器安置误差
圆水准器位置不正确，各厂家的精密数字水准仪上安装有灵敏度为8′/2mm（索佳、蔡司、徕卡）或10′/2mm（拓普康）的圆水准器，如果其位置安置不正确，将导致水准仪的竖轴倾斜，同补偿误差联合形成“水平面倾斜”误差。
2.2补偿器误差
数字水准仪的补偿器属于交叉吊带重力摆补偿器，只要整置仪器使圆水准气泡在圆圈之内，则可起到补偿作用。评价补偿器水准仪最重要的标准为下述特征量：补偿器的安置误差、补偿剩余误差、补偿器滞后误差、补偿器磁致误差。
2.2.1补偿器安置误差（安平精度）
补偿器的安置误差反映了补偿器建立水平视线的重复精度，是确定补偿器系统的一个重要特征量，通常作为仪器出厂的重要技术指标。它不能通过观测方法来改善，但它能代表整个系统的质量。我国规范规定用于一等水准测量的水准仪补偿器安平精度应高于0.4″，二等水准测量应高于0.55″。
2.2.2补偿器滞后误差
指补偿器的平衡位置和静止位置之差，反映了补偿器在时间上的延迟。补偿器都需要一段稳定时间，这就要求置平仪器后不要立即测量，要有1一2秒的时间延迟。
2.2.3补偿器补偿剩余误差
由于补偿器性能不完善导致的仪器视准轴倾斜，会对前后观测带来“水平面倾斜”误差。当气泡前后偏离与左右偏离时，该项误差的影响不同。实验表明，当圆水准器气泡前、后偏离时，水准仪读数变化量的分布大致为一条倾斜直线，说明观测值中含有线性系统误差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆圆气泡倾斜r的补偿剩余误差为：
2.2.4补偿器的磁致误差
补偿器水准仪处于磁场中，其摆动部件将受到磁场的影响，从而影响视准线的位置，造成读数误差。规范规定，补偿器水准仪在均匀磁场（如地球磁场）中，其视线偏差不得大于0.1mm/km。目前的数字水准仪的补偿器是用铝或非磁性材料制造的，从而保证在均匀磁场下无显著影响。各种测试表明，数字水准仪在均匀磁场中磁致误差均未超过限差。但在交变磁场中，能检测到补偿器的偏转量，并且摆幅同磁场强度的平方有关。因此，测区通过大功率的发电厂、变电枢纽或测线沿高压输电线、电气化铁路时，要注意检测磁致误差的影响幅度。
2.3视准线误差（i角误差）
数字水准仪具有两个视准轴，一个是光视准轴，同常规光学水准仪的相同，是由光学分划板十字丝中心和望远镜物镜的光心构成。另一个是电视准轴，它是由CCD器件上中点附近的一个象素和望远镜物镜光心构成。由此也可以说数字水准仪有光i角和电i角之分。对用于一、二等水准测量的精密数字水准仪而言，光视准轴用于照准和调焦，电视准轴用于读数。由于环境温度变化、机械振动、望远镜调焦和磁场（包括地球磁场和外部电磁场）会引起i角变化，因此i角误差通常指环境温度为20℃，在目标无穷远时，仪器视准轴与水平面间的夹角。数字水准仪在电子读数时，是以CCD器件上认定的中点附近的这个象素为参考基准的，改正电i角，或说电视准轴，就是用软件改变认定的这个参考象素的位置。经过仪器内置软件计算出电i角的值，该值己存储到仪器中，并自动对测量结果进行改正。但是，还存在电i角的剩余误差，影响数字水准仪测量结果的，正是这部分误差。
2.4数字水准仪测量中配套使用的铟钢尺误差
2.4.1标尺零点误差
标尺底面应当是标尺分划的零位置，若不为零，其差值称零点差。两根标尺的零点差一般不会相等，它们的零点差的差值通常简称为一对标尺的零点差。标尺零点差是由于标尺制造上的缺陷，或标尺使用磨损产生的。一对标尺存在零点差对观测高差就会带来误差，必须预先加以检验，以便在观测时考虑这种影响。在一个测段内，使标尺交替前进，且设置偶数站，则两标尺零点差的影响在测段高差中可以充分消除。
2.4.2尺底面不平和标尺底面垂直性误差
若存在该项误差，则当标尺底面的不同部位同水准点或尺台接触时，测得的视线高读数将不同，从而对水准测量带来系统性影响。因此，该项误差必须检验。
2.5水准尺的倾斜误差
水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉。尺子倾斜使尺上读数增大。它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距地面的高度）有关。尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。所产生的读数误差为Δa=a（1-cosγ）。当γ=3o，a=1.5m时，Δa=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m，则Δa=2.33mm。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，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。必要时可用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数，最重要的是在转点位置。
结语
总之，引起水准测量的误差有很多因素，要采取有效方法，在实际工作中应该尽量减小误差，取得最好的测量结果，提供准确的监测信息，使项目顺利进行，避免事故的发生。希望测量工作者要提高测量的精准意识。
参考文献
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作者简介
徐杰然，（1989-），男，安徽阜阳人，学士，2010年毕业于解放军信息工程大学测量工程专业，主要从事航外及无人机测绘工作。
论文作者:徐杰然,曾令沙,王睿
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：误差论文; 水准仪论文; 测量论文; 标尺论文; 读数论文; 水准论文; 补偿器论文; 《防护工程》2017年第27期论文;