【摘 要】水準(zhǔn)測(cè)量是確定公路工程地面點(diǎn)高程的方法之一，是高程測(cè)量中精度較高且常用的方法。實(shí)施過(guò)程中，需要幾個(gè)人合作才能完成，誤差允許范圍內(nèi)的精度由于儀器和人為的影響而不容易控制，而且易出現(xiàn)隱蔽性錯(cuò)誤，如果不能及早發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)資料是錯(cuò)誤的，從而水準(zhǔn)點(diǎn)高程不正確，直接影響路線縱斷面設(shè)計(jì)和施工。 

　　【關(guān)鍵詞】水準(zhǔn)測(cè)量；水準(zhǔn)儀；高程；誤差 

　　1 勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中水準(zhǔn)測(cè)量的問(wèn)題 

　　水準(zhǔn)測(cè)量是采用幾何原理，利用水平視線測(cè)定兩點(diǎn)間高差。儀器使用水準(zhǔn)儀，工具是水準(zhǔn)尺和尺墊。公路工程測(cè)量一般使用DS3型微傾式自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，每公里能達(dá)到的精度是3mm，水準(zhǔn)儀在一個(gè)測(cè)站使用的基本程序是安置儀器、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精確整平和讀數(shù)。我們?cè)趯?shí)際勘測(cè)過(guò)程中按這個(gè)順序施行，在每一水準(zhǔn)點(diǎn)段測(cè)完后復(fù)核結(jié)果。 

　　同一條公路采用同一個(gè)高程系統(tǒng)，測(cè)量方法是基平與中平同時(shí)測(cè)量，兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)觀測(cè)一個(gè)水準(zhǔn)尺，間視和轉(zhuǎn)點(diǎn)由兩個(gè)人立水準(zhǔn)尺，但兩臺(tái)水準(zhǔn)儀總是同時(shí)觀測(cè)一個(gè)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)，一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)段測(cè)完后檢核，在每一測(cè)站，沒(méi)有檢查、復(fù)核，為誤差的積累創(chuàng)造了條件，容易返工，耽誤時(shí)間、浪費(fèi)人力。因此，有必要分析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差，找出控制糾正的方法，避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)，保證項(xiàng)目的順利施工。 

　　2 水準(zhǔn)測(cè)量的現(xiàn)狀 

　　現(xiàn)在應(yīng)用水準(zhǔn)點(diǎn)與中樁分開(kāi)觀測(cè)的方法，水準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)采取往返測(cè)量，成果整理要求高差閉合差 fh容（fh容=Σh往+Σh返）達(dá)到平原微丘區(qū)三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度不大于±20・L（1/2）。平原微丘地區(qū)影響水準(zhǔn)測(cè)量精度的主要因素是水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，精度越低。山區(qū)，則是測(cè)站，測(cè)站越多，精度越低。 

　　3 水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析及控制方法 

　　水準(zhǔn)測(cè)量誤差有儀器誤差、觀測(cè)誤差和外界條件的影響。 

　　3.1 儀器誤差之一是水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸所產(chǎn)生的誤差 

　　儀器雖在測(cè)量前經(jīng)過(guò)校正，仍會(huì)存在殘余誤差。因此造成水準(zhǔn)管氣泡居中，水準(zhǔn)管軸居于水平位置而望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸卻發(fā)生傾斜，致使讀數(shù)誤差。這種誤差與視距長(zhǎng)度成正比。觀測(cè)時(shí)可通過(guò)中間法（前后視距相等）和距離補(bǔ)償法（前視距離和等于后視距離總和）消除。針對(duì)中間法在實(shí)際過(guò)程中的控制，立尺人是關(guān)鍵，通過(guò)應(yīng)用普通皮尺測(cè)距離，之后立尺，簡(jiǎn)單易行。而距離補(bǔ)償法不僅繁瑣，并且不容易掌握。 

　　3.2 儀器誤差之二是水準(zhǔn)尺誤差 

　　主要包含尺長(zhǎng)誤差（尺子長(zhǎng)度不準(zhǔn)確）、刻劃誤差（尺上的分劃不均勻）和零點(diǎn)差（尺的零刻劃位置不準(zhǔn)確），對(duì)于較精密的水準(zhǔn)測(cè)量，一般應(yīng)選用尺長(zhǎng)誤差和刻劃誤差小的標(biāo)尺。尺的零誤差的影響，控制方法可以通過(guò)在一個(gè)水準(zhǔn)測(cè)段內(nèi)，兩根水準(zhǔn)尺交替輪換使用（在本測(cè)站用作后視尺，下測(cè)站則用為前視尺），并把測(cè)段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)，即在高差中相互抵消。同時(shí)可以減弱刻劃誤差和尺長(zhǎng)誤差的影響。 

　　3.3 觀測(cè)誤差之一是符合水準(zhǔn)管氣泡居中的誤差 

　　由于符合水準(zhǔn)氣泡未能做到嚴(yán)格居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準(zhǔn)管的靈敏度有關(guān)，主要是水準(zhǔn)管分劃值τ的大小。此外，讀數(shù)誤差與視線長(zhǎng)度成正比。水準(zhǔn)管居中誤差一般認(rèn)為是0.1・τ，根據(jù)公式m居=0.1・τ・S/ρ，DS3級(jí)水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)管的分劃值一般為20″，視線長(zhǎng)度S為75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此看來(lái)，只要觀測(cè)時(shí)符合水準(zhǔn)管氣泡能夠認(rèn)真仔細(xì)進(jìn)行居中，且對(duì)視線長(zhǎng)度加以限制，與中間法一致，此誤差可以消除。 

　　3.4 觀測(cè)誤差之二是視差的影響 

　　當(dāng)存在視差時(shí)，尺像不與十字絲平面重合，觀測(cè)時(shí)眼睛所在的位置不同，讀出的數(shù)也不同，因此，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。所以在每次讀數(shù)前，控制方法就是要仔細(xì)進(jìn)行物鏡對(duì)光，消除視差。 

　　3.5 觀測(cè)誤差之三是水準(zhǔn)尺的傾斜誤差 

　　水準(zhǔn)尺如果是向視線的左右傾斜，觀測(cè)時(shí)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡十字絲很容易察覺(jué)而糾正。但是，如果水準(zhǔn)尺的傾斜方向與視線方向一致，則不易察覺(jué)。尺子傾斜總是使尺上讀數(shù)增大。它對(duì)讀數(shù)的影響與尺的傾斜角和尺上讀數(shù)的大�。�即視線距地面的高度）有關(guān)。尺的傾斜角越大，對(duì)讀數(shù)的影響就越大；尺上讀數(shù)越大，對(duì)讀數(shù)的影響就越大。 

　　所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差為Δa=a（1-cosγ）。當(dāng)γ=3°，a=1.5m時(shí)，Δa=2mm，由此可以看出，此項(xiàng)影響是不可忽視的，通常我們立鏡高度是1.7m， 則Δa=2.33mm。因此，在水準(zhǔn)測(cè)量中，立尺是一項(xiàng)十分重要的工作，一定要認(rèn)真立尺，使尺處于鉛垂位置。尺上有圓水準(zhǔn)的應(yīng)使氣泡居中。必要時(shí)可用搖尺法，即讀數(shù)時(shí)尺底置于點(diǎn)上，尺的上部在視線方向前后慢慢搖動(dòng)，讀取最小的讀數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫫露容^大時(shí)，尤其應(yīng)注意將尺子扶直，并應(yīng)限制尺的最大讀數(shù)。最重要的是在轉(zhuǎn)點(diǎn)位置。 

　　3.6 外界條件和下沉的影響 

　　用水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)高程的影響，可以用公式Δh=D2/（2R）表示，地球半徑R=6371Km，當(dāng)D=75m時(shí)，Δh=0.44cm；當(dāng)D=100m時(shí)，Δh=0.08cm；當(dāng)D=500m時(shí)，Δh=2cm；當(dāng)D=1Km時(shí)，Δh=8cm；當(dāng)D=2Km時(shí)，Δh=31cm；顯然，以水平面代替水準(zhǔn)面時(shí)高程所產(chǎn)生的誤差要遠(yuǎn)大于測(cè)量高程的誤差。所以，對(duì)于高程而言，即使距離很短，也不能將水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面，一定要考慮地球曲率對(duì)高程的影響。實(shí)測(cè)中采用中間法可消除。大氣折光使視線成為一條曲率約為地球半徑7倍的曲線，使讀數(shù)減小，可以用公式Δh=D2/（2x7R）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。此外，應(yīng)選擇有利的時(shí)間，一日之中，上午10時(shí)至下午4時(shí)這段時(shí)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(cè)時(shí)，尺像會(huì)有跳動(dòng)，影響讀數(shù)，應(yīng)避開(kāi)這段時(shí)間，陰天、有微風(fēng)的天氣可全天觀測(cè)。 

　　儀器下沉是指在一測(cè)站上讀的后視讀數(shù)和前視讀數(shù)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(dāng)采用雙面尺法或變更儀器高法時(shí)，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(cè)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(zhǔn)尺下沉的誤差是指儀器在遷過(guò)程中，轉(zhuǎn)點(diǎn)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(cè)，往測(cè)高差增大，返測(cè)高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準(zhǔn)尺下沉的影響。最有效的方法是應(yīng)用尺墊，在轉(zhuǎn)點(diǎn)的地方必須放置尺墊，并將其踩實(shí)，以防止水準(zhǔn)尺在觀測(cè)過(guò)程中下沉。 

　　根據(jù)誤差來(lái)源分析表1.1，應(yīng)用偶然中誤差MΔ=±（[Δ・Δ]/[4・n・R]）（1/2）計(jì)算合格，附合路線閉合差公式計(jì)算同樣合格。那么，這個(gè)比較隱蔽的錯(cuò)誤主要來(lái)源是立尺方向出現(xiàn)傾斜和轉(zhuǎn)點(diǎn)位置下沉或移動(dòng)，中間法距離控制不好。解決的方法是首先改變水準(zhǔn)測(cè)量的模式，基平與中平分開(kāi)。其次在每一個(gè)測(cè)站檢核，在同一測(cè)站上以不同的儀器高度（或稱(chēng)視線高度）觀測(cè)兩次，兩次所測(cè)高差之差不超過(guò)規(guī)定的容許值2.0mm，取其算術(shù)平均值作為本測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果。嚴(yán)格執(zhí)行上述控制誤差的方法。就能夠有效的把誤差控制在精度要求內(nèi)。 

　　4 結(jié)語(yǔ) 

　　減小和消除誤差的方法都是以增加時(shí)間或采取更多的步驟為代價(jià)。在測(cè)量中操作熟練，才能提高觀測(cè)的速度，采取規(guī)范的辦法，嚴(yán)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。 

　　通過(guò)實(shí)踐證明，將控制方法應(yīng)用到實(shí)際工作中后，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)錯(cuò)誤，達(dá)到了“多干事、動(dòng)作快、效率好、省時(shí)間”的目的。