水準(zhǔn)測(cè)量論文稿

1、談水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析、應(yīng)用及逐步控制摘 要：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。公路工程測(cè)量過程中會(huì)出現(xiàn)各種誤差，本文簡(jiǎn)要分析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差及控制方法。關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)測(cè)量；誤差；控制1. 概述水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理是根據(jù)幾何關(guān)系， 利用儀器提供的水平視線觀測(cè)立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺以測(cè)定兩點(diǎn)間的高差。具體作業(yè)方法如下：在選取了合適的水準(zhǔn)路線和固定點(diǎn)之后（水準(zhǔn)路線見附圖） ，開始進(jìn)行第一測(cè)站的觀測(cè)， 將水準(zhǔn)尺立于固定點(diǎn)上做為后視， 水準(zhǔn)儀放置雜水準(zhǔn)路線附近合適位置， 然后在施測(cè)路徑前進(jìn)方向上取儀器與后尺大致相等距離放置尺墊， 在尺墊上樹立前尺。 隨后觀測(cè)員對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行整平，并按“后后前前”的

2、順序?qū)蟪咔俺哌M(jìn)行讀數(shù)。在一測(cè)站完畢后，進(jìn)行檢核，每一測(cè)站沒有檢查和復(fù)核，將會(huì)增大積累誤差值，容易造成返工，耽誤時(shí)間，浪費(fèi)人力，在水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)習(xí)中，這一錯(cuò)誤的問題經(jīng)常出現(xiàn)，只有即使處理好誤差，然后通知后尺移站，此時(shí)前一站的前視點(diǎn)變?yōu)楹笠徽镜暮笠朁c(diǎn)， 按照與前一站相同的工作程序完成該站的測(cè)量， 直到完成該測(cè)段為止。 現(xiàn)在水準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)采取往返測(cè)量，成果整理要求高差閉合差 h 容（ h 容 = h 往 + h 返） ，達(dá)到工程測(cè)量規(guī)范要求； 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 . 2. 水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析及逐步控制通過大量的實(shí)踐證明，水準(zhǔn)測(cè)量主

3、要存在儀器誤差、觀測(cè)誤差、外界因素的影響等幾種。2.1 儀器誤差水準(zhǔn)測(cè)量之前，雖然進(jìn)行儀器檢驗(yàn)和校正，但儀器然存在誤差，一方面是制造誤差， 即儀器在制造過程中就存在制造缺陷誤差， 這項(xiàng)誤差是無法消除的；另一方面是檢驗(yàn)和校正后的殘余誤差。影響最大、表現(xiàn)最突出的就是照準(zhǔn)軸和水準(zhǔn)管軸不平行的誤差， 即 i 角誤差。 通過管水準(zhǔn)軸應(yīng)平行于照準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)原理可知， i 角誤差對(duì)高差的影響：每站高差為 h= （ a-b） +i/p. （ sa-sb）每測(cè)段的高差為各站觀測(cè)高差之和，則 h= （ a-b ） +i/p （ sa-sb）通過上式分析， i 角的影響與儀器至前后視標(biāo)尺的視距差及視距累積差有關(guān)?？匆?/p>

4、要消除 i 角的誤差影響，在實(shí)際作業(yè)中，只要做到前后視距相等即可。 但完全做到前后視距相等是非常困難的， 所以測(cè)量當(dāng)中采取前后視距接近， i 角誤差的影響就可忽略不計(jì)。對(duì)一個(gè)測(cè)段來說，若使前后視距累積差很小，就可以使 i 角誤差的影響 i/p （ sa-sb） 接近于零， 從而減弱前后視距不等對(duì)測(cè)段高差所造成的影響。故水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)前后視距差及前后視距累積差可以在限定的范圍差內(nèi)。除儀器誤差對(duì)高差具有影響外， 還有水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)差誤差的影響。 水準(zhǔn)標(biāo)尺誤差：水準(zhǔn)尺誤差有尺長(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（尺子的零刻劃位置不準(zhǔn)確） ，三種情況組成。 實(shí)踐之前都要對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)

5、行檢查， 盡可能不使用尺長(zhǎng)誤差和刻劃誤差的標(biāo)尺。對(duì)于標(biāo)尺零點(diǎn)差的影響，可以在水準(zhǔn)測(cè)量中，每測(cè)段的測(cè)站數(shù)取為偶數(shù)，可以消除標(biāo)尺的零點(diǎn)差對(duì)高差的影響。 . 由于水準(zhǔn)標(biāo)尺使用的磨損等原因， 有時(shí)不能完全一致， 測(cè)量過程中盡量拿水準(zhǔn)標(biāo)尺刻度清晰的尺子。2.2 觀測(cè)誤差氣泡居中和水準(zhǔn)標(biāo)尺估數(shù)的誤差： 水準(zhǔn)測(cè)量的主要條件是視線必須水平。但由于管水準(zhǔn)器氣泡未居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。因此， 在中絲讀數(shù)之前就要注意氣泡居中情況，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整， 以減少此類誤差的影響。 水準(zhǔn)測(cè)量是通過望遠(yuǎn)鏡獲取標(biāo)尺讀數(shù)，所以存在估讀誤差， 而估讀誤差的大小與厘米分劃寬度的大小及十字絲的粗細(xì)有關(guān)， 這兩者又與望遠(yuǎn)鏡

6、的放大率及視線長(zhǎng)度有關(guān)。 為削弱估讀誤差的影響，盡量使誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。2.2.1 視差的影響：當(dāng)存在視差時(shí)，尺像與十字絲平面不重合，觀測(cè)時(shí)眼睛所在的位置不同，讀數(shù)也不同，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。所以在讀數(shù)前，要進(jìn)行仔細(xì)物鏡對(duì)光，消除誤差。2.3 標(biāo)尺的傾斜誤差水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，豎立在尺墊上的水準(zhǔn)標(biāo)尺是傾斜的，傾斜標(biāo)尺上的讀數(shù)總是比垂直豎立的標(biāo)尺讀數(shù)為大，當(dāng)水準(zhǔn)標(biāo)尺的傾斜角為 a時(shí)，其尺上讀數(shù)為 a1，則由圖可知： a=a 1.cosa a=a1-a=a 1. （ 1-cosa ）即 a 的大小取決于水準(zhǔn)標(biāo)尺傾斜角 a 和標(biāo)尺上讀數(shù) a1 的大小。當(dāng) a=1 ， a1=3m時(shí)，則 a=0.5mm，這種影響

7、在圖根水準(zhǔn)測(cè)量中是不算大的。要消除該誤差的影響，必須認(rèn)真扶尺。2.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理2.3.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理（ 1）尺長(zhǎng)改正。用標(biāo)尺尺長(zhǎng)檢定改正數(shù)乘以各測(cè)段高差值，反符號(hào)加入往返測(cè)段高差中，即： f =f h f 為一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺每 m 長(zhǎng)度的平均誤差； h 為本測(cè)段累計(jì)高差。（ 2）正高改正。 = ahi （ ） hi 為測(cè)段始末兩點(diǎn)的近似高程平均數(shù)，以米為單位；（ ） 為測(cè)段始末點(diǎn)緯度之差，以分為單位；a根據(jù)整條水準(zhǔn)路線的平均緯度為引數(shù)查表得出；的計(jì)算結(jié)果以 mm 為單位。（ 3）水準(zhǔn)路線閉合差的改正。 此項(xiàng)改正在進(jìn)行平差時(shí)予以改正。（ 4）平差計(jì)算將經(jīng)過尺長(zhǎng)和正高改正的外業(yè)測(cè)段高差，輸入

8、計(jì)算機(jī)，采用清華山維軟件進(jìn)行平差。2.4 外界因素的影響2.4.1 儀器和標(biāo)尺的升降誤差由于土質(zhì)疏松及土壤的回彈性等原因， 都會(huì)造成儀器或水準(zhǔn)標(biāo)尺的升降。 為了減少這種誤差的影響， 讀取紅面讀數(shù)時(shí)采用先讀前視的辦法。 由此可知， 如果作業(yè)時(shí)對(duì)一條水準(zhǔn)路線采用往返方向進(jìn)行觀測(cè)，往返測(cè)的平均值中這種誤差的影響將會(huì)得到減弱。2.4.2 地球彎曲和大氣折光差的影響當(dāng)水平面代替水平面的限制時(shí)， 由于地球曲率的緣故， 對(duì)兩標(biāo)尺的讀數(shù)產(chǎn)生誤差，可以通過測(cè)量前后視距相等，即令 s1=s2，就可以消除地球曲率差對(duì)每站高差的影響。 大氣折光使視線成為一條曲率為地球半徑 7 倍的曲線，使讀數(shù)減少可用公式 h=d/2

9、（ 2x7r）表示，視線里地面越近，折射越大，因此視線距離地面不應(yīng)小于 0.3m，其影響可以通過中間法消除或減弱， 應(yīng)避開強(qiáng)烈的陽光照射。 因此測(cè)量時(shí)選擇有利的時(shí)間，一天之中，上午 10 時(shí)至下午 4 時(shí)這段時(shí)間大氣較穩(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)減少，算出的高差增大。為減弱其影響，當(dāng)采用雙面尺法或變更儀器高差時(shí)，第一次是讀后視讀數(shù)再讀前視讀數(shù)。即“后 - 前 - 前 - 后”的觀測(cè)順序。這樣的兩次高差的平均值即可消除或減弱

10、儀器下沉的影響。水準(zhǔn)尺下沉的誤差是指儀器在遷站過程中， 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。 最有效果的方法是利用尺墊， 在轉(zhuǎn)點(diǎn)的地方必須放置尺墊，并將其踩實(shí)，以防水準(zhǔn)尺在觀測(cè)時(shí)下沉。3. 水準(zhǔn)測(cè)量的應(yīng)用3.1 由 +-0.000 向屋頂傳遞高程當(dāng)井字梁屋頂做頂棚時(shí)， 常要求在梁側(cè)面抄測(cè)水平線如圖 3.1 所示。 如為了測(cè)設(shè) +3.800m水平線， 安置水準(zhǔn)儀先在 +-0.000m 上立水準(zhǔn)尺 ， 后 視 讀 數(shù) a=1.472m, 然 后 計(jì) 算 前 視b=3.800-a=3.8

11、00-1.472=2.328m, 將水準(zhǔn)尺倒立并上下移動(dòng)，當(dāng)水準(zhǔn)視線前視正對(duì)準(zhǔn) b=2.328 時(shí)，則水準(zhǔn)尺 0 點(diǎn)即為 +3.800m高程處。圖 3.1 向屋頂傳遞高程3.2 測(cè)設(shè)坡度線如圖 3.2 為某小區(qū)一段污水管線混凝土平基的測(cè)設(shè)情況， 1樁處的設(shè)計(jì)高程 h1=41.600m，設(shè)計(jì)坡度 i=-1.4% ，已知 bm7 高程h7=44.027m，測(cè)設(shè)步驟是：圖 3.2 測(cè)設(shè)坡度線1. 計(jì)算各樁設(shè)計(jì)高程 hi ：2設(shè)計(jì)高程 h2=41.600m+10.000mx（ -1.4%） =41.460m 3設(shè)計(jì)高程 h3=41.600m+20.000mx（ -1.4%） =41.320m 4 設(shè)計(jì)

12、高程 h4=41.600m+30.000mx（ -1.4%） =41.180m 5設(shè)計(jì)高程 h5=41.600m+40.000mx（ -1.4%） =41.040m 2. 求出視線高 hi 安置水準(zhǔn)儀、在 bm7 上讀后視讀數(shù)a=1.412m，則視線高 hi =44.027+1.412=45.439m 3. 計(jì)算各樁上的應(yīng)讀前視 bi ：1 應(yīng)讀前視 b1=45.439m-41.600m=3.839m 2 應(yīng)讀前視 b2=45.439m-41.460m=3.979m 3應(yīng)讀前視 b3=45.439m-41.320m=4.119m 4應(yīng)讀前視 b4=45.439m-41.180m=4.259m 5應(yīng)讀前視 b5=45.439m-41.040m=4.399m 5 應(yīng)讀前視 b5=3.839m+40.000 m x1.4% =4.399m 計(jì)算無誤3. 結(jié)束語減少和消除誤差的方法都是以增加時(shí)間或采取更多步驟作為代價(jià)。在觀測(cè)中操作熟練，才能提高觀測(cè)速度，采取規(guī)范的辦法，嚴(yán)格執(zhí)行正確的步驟，觀測(cè)與扶尺相互配合，才能得到正確的結(jié)果。測(cè)量需要認(rèn)真細(xì)心，反復(fù)校核， 相信能把誤差減少到最低。水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)用中，多找方法來提高效率。參考文獻(xiàn)：1 武漢大學(xué)測(cè)量學(xué)