浅谈水准测量及误差分析

田开龙

摘 要：水准测量是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。只有了解了误差来源才能采取有效的措施减少误差影响，另外在实地作业中要结合实际情况，严格执行规范，从而提高测量精度。本文通过具体实例分析了水准测量的误差来源及其影响。

关键词：水准测量；水准高程引测；标高控制

1 水准测量

1.1 水准测量原理

水准测量是在地面两点间安置水准仪，利用一条水平视线观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高差，从而由已知点的高程推算出未知点的高程。

1.2 仪器和工具

水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DS3和DSl0等四个等级。建筑工程测量广泛使用DS3级水准仪。

1.3 水准仪的使用

水准仪的使用包括仪器的安置、粗略整平、瞄准水准尺、精平和读数等操作步骤。

1.4 水准测量的外业工作

1.4.1 水准点

为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点（Bench Mark），简记为BM。水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。水准点有永久性和临时性两种。

1.4.2 水准路线布设形式

根据测区的情况和要求，导线可以布设成以下几种常用形式：

（1）闭合导线：由某一高级控制点出发最后又回到该点，组成-个闭合多边形，这种导线布设形式叫闭合导线。它适用于面积较宽阔的独立地区作测图控制。

（2）附合导线：自某一高级控制点出发最后附合到另一高级控制点上的导线，叫附合导线。它适用于带状地区的测图控制，此外也广泛用于公路、铁路、管道、河道等工程的勘测与施工控制点的建立。

（3）支导线：从一控制点出发，既不闭合也不附合于另一控制点上的单一导线，叫支导线。这种导线没有已知点进行校核，错误不易发现，所以导线的点数不得超过2-3个。

1.4.3 水准测量的实施

在松花江某枢纽水利工程建设中，在两岸山上布设五个永久性控制未知点（1-5），A为该测区内已知高程点，满足了坝体建设及建后大坝变形观测的需要。要求通过水准测量推算出1-5号点的高程。由于江面较宽夏季，难以进行水准测量，所以在冬季冰冻期在江面上进行逐点网状施测。此次测量，为了满足平差需要，水准路线呈网状分布，如图所示：

当欲测的高程点距水准点较远或高差很大时，就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。在线路上增加若干水准测站。每一测站仅起传递高程的作用，称为转点。转点无固定标志，无需算出高程，但要进行高差累积。

2 水准测量的误差

2.1 仪器误差

2.1.1 i角的误差影响

即使经过i角的检验校正，但要使两轴完全保持平行是困难的。因此，当水准气泡居中时，视准轴仍不能保持水平，使水准尺上的读书产生误差，并且与视距成正比。在i角保持不变的情况下，一个测站上的前后视距相等或一个测段的前后视距总和相等，则在观测高差中由于i角的误差影响

可以得到消除。

为了顾及观测时各种外界因素的影响，此次水准测量作业工程中，前后视距差（S后-S前）始终小于1m。为了使各种误差不致累积起来，由测段第一个测站开始至每一测站前后视距累积差

Σ（S后-S前）小于等于3m。

2.1.2 两水准标尺零点差的影响

两水准标尺的零点误差不等，设α，b水准标尺的零点误差分别为Δα和Δb，它们都会在水准标尺上产生误差。尽管两水准标尺的零点误差Δα≠Δb，但在两相邻测站的观测高差之和中，抵消了这种误差的影响。所以在此次水准测量工作中，各测段的测站数目均为偶数，并且在相邻测站上使两水准尺轮流作为前视尺和后视尺。

2.2 外界因素引起的误差

2.2.1 风力影响

在实地外业测量过程中，山区作业风是不可避免的。风力如果超过了四级，就会产生扶尺不稳、水准仪十字丝晃动等现象，读数不准从而直接影响观测精度。所以，在进行水准观测时一定要避免风天作业。同时在观测过程中，上丝读数要小于2.8m，下线读数应大于0.3m。

2.2.2 水准标尺（尺垫）的垂直位移影响

水准标尺（尺垫）的垂直位移主要发生在迁站的过程中。由原来的前视尺转为后视尺而产生下沉，于是总使后视读数偏大，使各测站的观测高差都偏大，成为系统性的误差来源。这种误差影响在往返测高差的平均值中可以得到有效的抵偿，所以水准测量必须进行往返测。有时仪器脚架和水准尺垫也会发生上升现象，当脚架或水准尺垫压入地下，我们不再用力的情况下，土壤的反作用力有时会使脚架或尺垫逐渐上升。所以在实际作业中，我们要尽量设法减少仪器脚架或水准标尺的垂直位移，如将仪器架置处和立尺处的冰雪清除干净，用力踩紧；水准标尺立于尺垫后半分钟再进行观测。尽量减少其垂直位移量，从而减少其误差影响。

2.2.3 大气折光影响

当视线通过地面大气层，由于近地面大气层的密度分布一般是随离地面的高度而变化，水准视线会发生折射，这种现象叫做大气垂直折光。在实地测量过程中，由于各测段高差较大，前后视线离地面的高度总是大于（小于）后视视线离地面的高度，为了减弱垂直折光对观测高差的影响，要使前后视距尽量相等，并视线离地面有足够的高度（下丝读数大于0.3m）。另外在坡度较大的水准路线进行作业时适当缩短视距。

事实证明，只有了解了误差来源才能采取有效的措施较少误差影响，另外在实地作业中要结合实际情况，严格执行规范，从而提高测量精度。■

参考文献

[1]建筑施工手册编写组.建筑施工手册.第4版[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]水运工程测量规范，2013-1-1.

[3]合肥工业大学等合编.测量学.第3版[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.

[4]周建郑.工程测量[M].郑州：黄河水利出版社，2006.8.