蔡敏
天津市测绘院 天津 300381
摘要：为了高精度测定地面点的高程,精密水准测量仍然是目前唯一行之有效的野外观测方法。它除了作为建立国家统一高程系统的基础工作,为各类地形测绘和工程建设提供高程起算数据外,同时还被用于研究地球的形状和大小,确定各海洋面的高差和倾斜,获取现代地壳运动的垂直分量,建立地球重力场的理论与方法以及探索分析地震活动趋势等各类科学问题。随着科学技术的发展,对地面点高程的精度要求也在不断提高。显然,要提高地面高程点的精度,关键是要提高其测定的精度,减小外业测量工作的误差。与常规的测量工作一样,精密水准测量的误差来源主要有三个,即测量仪器误差、观测者受身理条件限制而造成的人为误差以及外界条件的影响。按其对观测成果影响的性质来考虑,测量误差又分为偶然误差与系统误差两类。在主要误差来源中,一、三项误差的影响基本上具有系统误差的性质,而第二项造成的测量误差为偶然误差。过去由于受到仪器制造技术的限制,精密水准测量的精度受偶然误差的影响较大,因此对测量误差的分析多为对偶然误差的分析。随着高精度电子水准仪的问世,使得精密水准测量工作的自动化程度大大提高,同时基本上克服了过去水准观测过程中所存在的人为误差,使水准测量的精度有了明显提高,偶然误差对测量成果的影响与系统误差相比,已处于次要地位。因此,从误差理论的角度来看,要进一步提高地面高程点的精度,就需要对精密水准测量中存在的各项系统误差进行研究分析,根据其对观测成果的影响规律,提出减弱或消除系统误差影响的措施。
关键词：精密水准测量；系统误差；初探
引言
精密水准测量是确定工程地面点高程的一种重要方法规在已经在很多领域得到推广和应用。与过去的测量方法相比,精密水准测量大大提高了测量数据的精确度担是仍然存在着一定的误差。从观测成果影响的性质来分类精密水准测量中的误差可以分为系统误差和偶热误差系统误差的形成主要是由测量仪器、外界因素影响等原因造成的而偶然误差主要是由观测者自身造成的人为误差。过去,由于受到科学技术水平的限制精密水准测量工作受到偶然误差的影响比较大担是规在随着精密水准测量中自动化程度的不断提高偶然误差对测量精度的影响就大大降低了,影响测量精度的误差主要来源于系统误差。因此在今后的测量工作中要加强对系统误差的研究分析从而不断提高地面点高程测量工的精度。
1精密水准测量中的系统误差的影响因素
1.1水准面曲率对测量精度的影响
水准面曲率是造成测量系统误差的一个常见因素。从水准测量的工作原理来看水准测量是借助于水准仪来提供一个水平视线依据前后标尺在水平视线中显示的数值进而得到高差数值。从理论上讲高差反应的是两点间的水准面的距离胆是在实际的操作过程中,高差是两点间的水平距离这样油于在精密水准测量中使用的是水平面而不是水准面,因此水准面曲率就对测量的高差数值产生了影响。
1.2仪器本身缺陷造成的误差
仪器本身的缺陷是导致精密水准测量产生系统误差的原因之一。首先，当水准仪的视准轴与水准管轴不平行时便会产生误差，以至于最终测量到的数据缺乏精准性，难以满足测量要求；其次，水准标尺刻度不够精准，比如零点标注不准确、水准尺本身发生形变等，也会导致最终测量的数据存在误差，进而影响了测量工作的有效性。
1.3外界条件影响造成的误差
外界条件的变化常会对精密水准测量结果造成一定的影响，其主要体现在以下3方面：①水准仪沉降带来的影响。当测量设备放置时间过久时，由于自重原因，水准仪和水准尺会对地面产生荷载力，进而出现仪器沉降现象，影响实验的科学性，其随机误差也会慢慢增大。②温度变化带来的影响。由于仪器本身材质的不同，其受温度变化影响的程度也不同。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当温度变化时，便会出现不同程度的热胀冷缩，相关仪器测量的结果便会产生误差，比如水准仪i角大小发生变化、视准轴和水准管轴的相对位置发生偏移等。③大气折射带来的影响。由于大气层密度不够均匀，光线在到达地面时便会产生不同的折射效果，此时便会使水平视线的测量高差产生误差，进而影响读数的精准度。
2精密水准测量中的系统误差控制措施
2.1减少外界条件的干扰与影响
在测量时，还应减少外界环境带来的不良影响。首先，应严格控制水准仪的沉降问题，事先确保选择好最佳的观测地点，比如在坚实的地面测量等。同时，可采用往返观测的方式来减小测量过程中的系统误差。其次，应降低温度变化带来的影响。在实际测量中，避免在温度差较大的情况下测量，而应在一个最佳的温度环境下展开工作，以减少热胀冷缩给水准标尺及相关仪器带来的不良影响，进而提高读数的准确性。最后，还应减少大气折射带来的影响。在山区测量时，由于受到光线折射的影响较大，因此，在测量时应确保水平视线高出地面一定的距离，比如50cm，以减小误差。在平原地区测量时，其影响程度较小，加之在阴天时受到大气折射的影响较小，因此可根据实际需要尽量选择在阴天及一些平原地区测量。此外，应注意避免在中午前后测量，以减少大气折射对测量结果的不良影响。
2.2减少人为操作不当产生的影响
要想减小水准测量系统误差，还应充分考虑人为因素方面给测量结果带来的影响，因此，还需不断提高测量人员的专业技能，避免出现人为操作不当而影响测量结果的情况。具体可从以下几方面做起：①在开始工作前，应对测量人员的专业技能进行严格考核。②在测量过程中，可使用带有水准器的水准标尺，以降低其倾斜程度；同时，在测量时，应确保测量人员用脚将不平的地面踩实，增强三脚架的稳定性。③应将尺垫放置于坚固的土壤中，以便借助往返测量方式降低系统误差。④应在测量过程中尽量减小视觉误差，避免出现经常调节焦距的现象，并保证测量时前后视距相等。
2.3对外界影响误差的控制
(1)对温度误差的控制。温度会对水准仪i角和水准气泡居中造成影响，所以在观测作业开始前，应该事先取出仪器放置于实验环境中，使仪器温度与周围环境温度相同。观测时尽量避免阳光直射导致仪器温度发生较大变化，从而减少i角的变化，保证观测精度。避免仪器受热使水准气泡受热缩短并向较热的一端移动，直接导致观测结果出现偏差。(2)对水准仪沉降误差的控制。水准尺沉降的误差会使迁站后的后视读数相对于迁站前的读数增大，计算出的高差也增大。如果采取往、返测量，将会使往测高差增大，返测高差减小。对于水准仪沉降的问题，我们作业时应注意选择最佳的观测地点，如选择比较坚实的地面作为观测点，并踩实三脚架和尺垫，使其稳定，避免水准仪沉降。(3)对大气折射误差的控制。在平原地区进行测量作业时，由于视线离地面的高度基本是相同的，前后视距相等，光线的折射对前、后视读数的影响不大，对实验结果不会造成较大影响。但在山区进行观测作业时，光线折射对前后视读数的影响会比较大。所以在进行观测时，应该保持视线高出地面50cm，这样可避免视线靠近地面发生不规则折射而引起的误差。在坡段较大较长处进行观测作业时，观测视线不能太长，应尽量减小观测距离，提高实验数据的科学性和准确性。
结语
水准测量中的系统误差对地面点高程的精度有着直接影响,为了提高精密水准测量精度,我们必须加强对影响系统误差因素的分析。一般来说,准测量中系统误差的产生是由仪器标尺、水准面曲率、大气折光等多种因素而造成的通过对这些因素的分析我们可以采取一些相应的措施进行预防进而提高水准测量的精度使精密水准测量方法更好地我国工程建设服务。
参考文献：
［1］孙维成，马宗海．测量观测误差的来源和消除方法［J］．黑龙江水利科技，2016，34(3):55．
［2］孔祥元，梅是义．控制测量学［M］．武汉:武汉大学出版社，2016．
论文作者:蔡敏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/3
标签：误差论文; 测量论文; 水准论文; 精密论文; 水准仪论文; 系统论文; 高差论文; 《防护工程》2018年第9期论文;