摘要 在公路工程設(shè)計(jì)施工過程中,測(cè)量是必不可少的重要環(huán)節(jié),而其中水準(zhǔn)儀的誤差控制從某種程度上說直接影響到公路工程質(zhì)量的好壞。在實(shí)際的工程測(cè)量中,通常要花費(fèi)大量的時(shí)間、采取更多的步驟將誤差的影響降至最低。可以說公路工程測(cè)量過程中,應(yīng)用水準(zhǔn)儀所產(chǎn)生的誤差控制是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。本文就針對(duì)該問題展開討論。
關(guān)鍵詞 公路測(cè)量;水準(zhǔn)儀;誤差控制
1 公路工程中的水準(zhǔn)測(cè)量
在公路測(cè)量過程中,水準(zhǔn)測(cè)量通常根據(jù)幾何原理,通過測(cè)量水平視線上兩點(diǎn)間的高差來實(shí)現(xiàn)。一般采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行輔助測(cè)量,常用的型號(hào)有DS3型微傾式自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀,其在單位公里內(nèi)可以將測(cè)量誤差控制在3 mm以內(nèi)。在測(cè)站使用水準(zhǔn)儀的基本步驟如下:首先將儀器安置于適當(dāng)?shù)奈恢,再進(jìn)行粗略整平,調(diào)整好水準(zhǔn)尺后再進(jìn)行精確的整平,最后讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)量完每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)后,再進(jìn)行結(jié)果復(fù)合。在進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)要注意,同一個(gè)公路項(xiàng)目要參照相同的高程系統(tǒng),同時(shí)測(cè)量基平和中平,同一個(gè)水準(zhǔn)尺要由兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)觀測(cè),在進(jìn)行間視與轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí),要兩個(gè)人同時(shí)立水準(zhǔn)尺,不過兩臺(tái)水準(zhǔn)儀對(duì)同一個(gè)水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測(cè)是不變的。需要注意的是,如果每個(gè)測(cè)站沒有對(duì)每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)段的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行檢核,則會(huì)提高出現(xiàn)誤差的機(jī)率。因此水準(zhǔn)測(cè)量的誤差控制非常有必要。
2 水準(zhǔn)測(cè)量的誤差與控制
通常進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生誤差,主要是由三個(gè)原因造成的,即儀器自身精度誤差、觀測(cè)過程中的操作誤差以及測(cè)量環(huán)境對(duì)測(cè)量操作的影響所引起的誤差。
2.1 儀器自身的精度誤差
當(dāng)水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行時(shí),就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。盡管在實(shí)際測(cè)量前均會(huì)對(duì)儀器進(jìn)行校正,但是殘余誤差是在所難免的,所以水準(zhǔn)管氣泡處于居中的位置,相應(yīng)的水準(zhǔn)管軸處于水平位置,而此時(shí)望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸是處于傾斜的狀態(tài),于是讀數(shù)誤差自然就會(huì)產(chǎn)生。通常視距長(zhǎng)度和所產(chǎn)生的誤差二者為正比關(guān)系,因此在觀測(cè)時(shí)消除這種誤差可以通過距離補(bǔ)償法或者中間法來實(shí)現(xiàn)。所謂的距離補(bǔ)償法是指前視距離和與后視距離和相等,這種方法在實(shí)際操作時(shí)相對(duì)復(fù)雜,因此多采用中間法。中間法前后視距是一樣的,在實(shí)際測(cè)量時(shí),立尺人利用普通皮尺將測(cè)量距離確定下來后再立尺。
此外,儀器自身的精度誤差還有可能是水準(zhǔn)尺造成的。水準(zhǔn)尺誤差三種:一種是由于尺長(zhǎng)誤長(zhǎng),即水準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度不夠精確;一種是刻度誤差,即水準(zhǔn)尺上的刻度劃分不精確;還有一種是零點(diǎn)差,即水準(zhǔn)尺歸零的刻度位置錯(cuò)位等。在實(shí)際測(cè)量前,要先檢查水準(zhǔn)尺,如果尺子存在尺長(zhǎng)誤差或者刻度誤差等現(xiàn)象,則盡量不要使用;如果在必要的情況下一定要用,則要找出水準(zhǔn)尺的誤差特點(diǎn),要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正才能正常使用。針對(duì)水準(zhǔn)尺的零誤差,可以采用同一水準(zhǔn)段內(nèi)兩根水準(zhǔn)尺交替使用的辦法,即如果在一個(gè)測(cè)站作為后視尺用,則在下一個(gè)測(cè)站作前視尺用。而且要把測(cè)段站數(shù)尺量布置成偶數(shù),以便于在高差中互楊抵消,并將刻度誤差與尺長(zhǎng)誤差控制在最小的范圍。
2.2 儀器操作誤差
在測(cè)量過程中,有時(shí)候會(huì)由于人為的操作問題使得水準(zhǔn)測(cè)量產(chǎn)生較大誤差,比較常見的有以下幾種。
1)符合水準(zhǔn)管氣泡居中所產(chǎn)生的誤差:在測(cè)量過程中,如果符合水準(zhǔn)氣泡無法嚴(yán)格居中,會(huì)導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸發(fā)生傾斜,最終導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。水準(zhǔn)管的靈敏度決定了測(cè)量結(jié)果精度的高低,其中最主要的是水準(zhǔn)管分劃值J的大小。需要注意的是,視線長(zhǎng)度與測(cè)量結(jié)果讀數(shù)誤差二者成正比關(guān)系,通常水準(zhǔn)管居中誤差為0.1 J,按照相關(guān)公式m居=0.1.s/p,在觀測(cè)過程中,只需保證符合水準(zhǔn)管氣泡可以居中并且限制視線長(zhǎng)度,即可消除該誤差。
2)視差:如果有視差出現(xiàn),尺像和十字絲平面是無法重合的,在觀測(cè)過程中,眼睛所處的位置不一樣,則讀取的測(cè)量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生差異,從而出現(xiàn)讀數(shù)誤差。因此在讀取測(cè)量結(jié)果前,要先做物鏡對(duì)光,將視差的影響消除。
3)水準(zhǔn)尺的傾斜誤差:如果水準(zhǔn)尺傾斜于視線的前方,則在觀測(cè)時(shí)很容易就可以通過望遠(yuǎn)鏡十字絲發(fā)現(xiàn)這一問題。尺子傾斜的度數(shù)越大,尺子上的讀數(shù)就會(huì)越大,其對(duì)讀數(shù)的影響受到水準(zhǔn)尺傾斜解以及水準(zhǔn)尺讀數(shù)大小的影響,即水準(zhǔn)尺傾斜角度越大,對(duì)讀數(shù)準(zhǔn)確度的影響就越大;同樣的水準(zhǔn)尺讀數(shù)越大,讀數(shù)準(zhǔn)確度受其影響的程度就越大。其所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差可以通過下式來表達(dá),即:△a=(1-r),如果r=30,a=1.5,則△a=2 mm。由此可見,水準(zhǔn)尺的傾斜誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果有著很大的影響。在實(shí)際測(cè)量時(shí),一般立鏡高度設(shè)置在1.6 m-1.7 m的范圍內(nèi),此時(shí)讀數(shù)誤差△a就會(huì)大于2 mm。所以測(cè)量過程中的立尺非常重要,要保證水準(zhǔn)尺處于鉛垂位置,如果有圓水準(zhǔn)水泡,要保證氣泡的居中。
2.3 測(cè)量環(huán)境所導(dǎo)致的誤差
2.3.1 外界條件
假如用水平面取代水準(zhǔn)面影響高程的程度,則可以采用下列公式表達(dá):△h=D2/(2R),其中D為視距,R為地球的半徑取6371 km;如果D為75 m,則△h為0.44 cm;如果D為100 m,則△h為8 cm;如果D為2 km,則△h為31 cm。由上述數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)水平面取代水準(zhǔn)面時(shí),高程所產(chǎn)生的誤差要大幅度高于測(cè)量高程誤差。因此,對(duì)于高程來說,在很短距離的條件下也可用水平面來取代水準(zhǔn)面,要將地球曲率對(duì)高程的影響因素充分的考慮進(jìn)去,實(shí)際測(cè)量過程中,可以通過中間法將誤差消除。大氣折光的原因造成視線成為一條曲線,其曲率是地球半徑的七倍,使得測(cè)量結(jié)果讀數(shù)有所減小?梢酝ㄟ^下列公式來表達(dá),即△h=D/2(2×7R)。當(dāng)視線與地面的距離越短,則折射就越大,所以視線和地面的至少要大于0.3 m,同樣可以通過中間法消除或者降低其對(duì)于測(cè)量精度的影響。不過實(shí)際測(cè)量時(shí)最好不要在光照較強(qiáng)的中午時(shí)段進(jìn)行,盡量選擇比較有利的時(shí)間,一天中從上午十點(diǎn)到下午四點(diǎn)之間,大氣相對(duì)穩(wěn)定,這對(duì)于消除大氣折光影響比較有利,不過中午前后時(shí)段會(huì)導(dǎo)致尺像的跳動(dòng),同樣會(huì)對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生影響,因此最好避開這段時(shí)間;在陰天或者微風(fēng)天氣時(shí),可以全天觀測(cè)。
2.3.2 儀器下沉
所謂儀器下沉,是在同一測(cè)站上進(jìn)行前視與后視讀數(shù)時(shí),儀器出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象,減小了前視讀數(shù),使得高差有所增大。要降低儀器下沉對(duì)測(cè)量精度的影響,可以采用雙面尺法或者變更儀器高等方法,第一次測(cè)量時(shí)先將后視讀數(shù)讀出,再讀前視讀數(shù);接下來進(jìn)行第二次測(cè)量時(shí)則將讀數(shù)的順序反過來即可。通過這種方法可以獲取兩次高差的平均值,從而將儀器下沉所導(dǎo)致的誤差控制在最小的范圍內(nèi)。水準(zhǔn)尺下沉所造成的誤差,是由于在遷移儀器的過程中,轉(zhuǎn)點(diǎn)出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,在遷站完成后增大了后視讀數(shù),相應(yīng)的高差也隨之增大。此時(shí)可以通過往返測(cè)量的方法來消除或減小誤差,因?yàn)橥鶞y(cè)的高差會(huì)增大,而反測(cè)的高差則是減小,取二者的平均值即可把水準(zhǔn)尺下沉所造成的誤差控制在最小的范圍內(nèi)。不過最有效的措施還是采用尺墊,將尺墊墊實(shí),以避免觀測(cè)過程中水準(zhǔn)尺出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象。
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