1. 0勘察設(shè)計過程中水準(zhǔn)測量的問題

水準(zhǔn)測量是采用幾何原理，利用水平視線測定兩點(diǎn)間高差。儀器使用水準(zhǔn)儀，工具是水準(zhǔn)尺和尺墊。公路工程測量一般使用DS3型微傾式自動安平水準(zhǔn)儀，每公里能達(dá)到的精度是3mm，水準(zhǔn)儀在一個測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)。我們在實際勘測過程中按這個順序施行，在每一水準(zhǔn)點(diǎn)段測完后復(fù)核結(jié)果。

同一條公路采用同一個高程系統(tǒng)，測量方法是基平與中平同時測量，兩臺水準(zhǔn)儀同時觀測一個水準(zhǔn)尺，間視和轉(zhuǎn)點(diǎn)由兩個人立水準(zhǔn)尺，但兩臺水準(zhǔn)儀總是同時觀測一個水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)，一個水準(zhǔn)點(diǎn)段測完后檢核，在每一測站，沒有檢查、復(fù)核，為誤差的積累創(chuàng)造了條件，容易返工，耽誤時間、浪費(fèi)人力。通過工程實踐證明，這一方法經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，節(jié)選五個水準(zhǔn)點(diǎn)連續(xù)錯誤中的一個測段結(jié)果如表1.1和1.2所示：

表1.1 廊泊一級公路BM4至BM5水準(zhǔn)點(diǎn)外業(yè)測量結(jié)果

點(diǎn)號	后視	視線高	間視	前視	高程		點(diǎn)號	后視	視線高	間視	前視	高程
BM4	3.300	15.750		3.286	15.529		557.8	1.483	15.765		1.450	14.282
254.6			1.442		14.308		600			1.386		14.379
284.6			1.424		14.326		650			1.357		14.408
314.6	1.425	15.715		1.460	14.290		700	1.672	16.005		1.432	14.333
344.6			1.420		14.295		750			1.482		14.523
374.6			1.387		14.328		800			1.476		14.529
406.2	1.493	15.716		1.492	14.223		lang=EN-US style='mso-bidi-font-size:10.0pt;font-family:宋體'>850	1.488	16.021		1.472	14.533
ZD1	1.175	15.732		1.159	14.557		900			1.475		14.546
C6			1.415		14.317		lang=EN-US style='mso-bidi-font-size:10.0pt;font-family:宋體'>950			1.428		14.593
437.8			1.425		14.307		K4	1.540	16.204		1.357	14.664
467.8			1.363		14.369	lang=EN-US style='mso-bidi-font-size:10.0pt;font-family:宋體'>	50			1.439		14.765
497.8			1.312		14.420		ZD2	2.240	17.684		0.760	15.444
527.8			1.41		14.322		BM5				0.826	16.864

表1.2 廊泊一級公路BM4至BM5水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)核測量結(jié)果

點(diǎn)號	后視	視線高	間視	前視	高程	點(diǎn)號	后視	視線高	間視	前視	高程	平均高程
BM4	1.637			1.637	12.585	BM4	1.798			1.798	12.539	12.562
ZD1	1.848			0.202	14.020	ZD1	1.884			0.366	13.971
ZD2	1.424			1.399	14.469	ZD2	1.452			1.436	14.419
ZD3	1.372			1.359	14.534	ZD3	1.436			1.388	14.483
ZD4	1.330			1.283	14.623	ZD4	1.392			1.349	14.570
ZD5	1.348			1.301	14.652	ZD5	1.364			1.367	14.595
ZD6	1.413			1.279	14.721	ZD6	1.521			1.295	14.664
ZD7	1.533			1.200	14.934	ZD7	1.580			1.307	14.878
ZD8	1.525			1.065	15.402	ZD8	1.531			1.113	15.345
ZD9	2.012			1.350	15.577	ZD9	1.890			1.355	15.521
BM5				0.485	17.104	BM5				0.363	17.048	17.076

表1.1經(jīng)過成果整理，讀數(shù)差Δh=Σ后視-Σ前視，Δh小于2mm滿足規(guī)范要求。但是施工過程中，施工單位提出問題，經(jīng)過表1.2復(fù)核補(bǔ)充測量成果證實，外業(yè)測量的結(jié)果不正確，因此，有必要分析水準(zhǔn)測量的誤差，找出控制糾正的方法，避免錯誤的出現(xiàn)，保證項目的順利施工。

2. 0水準(zhǔn)測量的現(xiàn)狀

現(xiàn)在應(yīng)用水準(zhǔn)點(diǎn)與中樁分開觀測的方法，水準(zhǔn)點(diǎn)觀測采取往返測量，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)測量的精度不大于±20·L（1/2）。平原微丘地區(qū)影響水準(zhǔn)測量精度的主要因素是水準(zhǔn)路線的長度，長度越長，精度越低。山區(qū)，則是測站，測站越多，精度越低。

3. 0水準(zhǔn)測量的誤差分析及控制方法

水準(zhǔn)測量誤差有儀器誤差、觀測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

儀器雖在測量前經(jīng)過校正，仍會存在殘余誤差。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。這種誤差與視距長度成正比。觀測時可通過中間法（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。針對中間法在實際過程中的控制，立尺人是關(guān)鍵，通過應(yīng)用普通皮尺測距離，之后立尺，簡單易行。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

主要包含尺長誤差（尺子長度不準(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），對于較精密的水準(zhǔn)測量，一般應(yīng)選用尺長誤差和刻劃誤差小的標(biāo)尺。尺的零誤差的影響，控制方法可以通過在一個水準(zhǔn)測段內(nèi)，兩根水準(zhǔn)尺交替輪換使用（在本測站用作后視尺，下測站則用為前視尺），并把測段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)，即在高差中相互抵消。同時可以減弱刻劃誤差和尺長誤差的影響。

3.3觀測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級水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)管的分劃值一般為20″，視線長度S為75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此看來，只要觀測時符合水準(zhǔn)管氣泡能夠認(rèn)真仔細(xì)進(jìn)行居中，且對視線長度加以限制，與中間法一致，此誤差可以消除。

3.4觀測誤差之二是視差的影響

當(dāng)存在視差時，尺像不與十字絲平面重合，觀測時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)行物鏡對光，消除視差。

3.6觀測誤差之三是水準(zhǔn)尺的傾斜誤差

水準(zhǔn)尺如果是向視線的左右傾斜，觀測時通過望遠(yuǎn)鏡十字絲很容易察覺而糾正。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。尺子傾斜總是使尺上讀數(shù)增大。它對讀數(shù)的影響與尺的傾斜角和尺上讀數(shù)的大小（即視線距地面的高度）有關(guān)。尺的傾斜角越大，對讀數(shù)的影響就越大；尺上讀數(shù)越大，對讀數(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=3o，a=1.5m時，Δa=2mm，由此可以看出，此項影響是不可忽視的，通常我們立鏡高度是1.7m, 則Δa=2.33mm，。因此，在水準(zhǔn)測量中，立尺是一項十分重要的工作，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。必要時可用搖尺法，即讀數(shù)時尺底置于點(diǎn)上，尺的上部在視線方向前后慢慢搖動，讀取最小的讀數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫫露容^大時，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，Δh=0.44cm；當(dāng)D=100m時，Δh=0.08cm；當(dāng)D=500m時，Δh=2cm；當(dāng)D=1Km時，Δh=8cm；當(dāng)D=2Km時，Δh=31cm；顯然，以水平面代替水準(zhǔn)面時高程所產(chǎn)生的誤差要遠(yuǎn)大于測量高程的誤差。所以，對于高程而言，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高程的影響。實測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)選擇有利的時間，一日之中，上午10時至下午4時這段時間大氣比較穩(wěn)定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測時，尺像會有跳動，影響讀數(shù)，應(yīng)避開這段時間，陰天、有微風(fēng)的天氣可全天觀測。

儀器下沉是指在一測站上讀的后視讀數(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，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，往測高差增大，返測高差減小，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，以防止水準(zhǔn)尺在觀測過程中下沉。

根據(jù)誤差來源分析表1.1，應(yīng)用偶然中誤差MΔ=±（[Δ·Δ]/[4·n·R]）（1/2）計算合格，附合路線閉合差公式計算同樣合格。那么，這個比較隱蔽的錯誤主要來源是立尺方向出現(xiàn)傾斜和轉(zhuǎn)點(diǎn)位置下沉或移動，中間法距離控制不好。解決的方法是首先改變水準(zhǔn)測量的模式，基平與中平分開。其次在每一個測站檢核，在同一測站上以不同的儀器高度（或稱視線高度）觀測兩次，兩次所測高差之差不超過規(guī)定的容許值2.0mm，取其算術(shù)平均值作為本測站的觀測結(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. 0結(jié)語

減小和消除誤差的方法都是以增加時間或采取更多的步驟為代價。在測量中操作熟練，才能提高觀測的速度，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。

通過實踐證明，將控制方法應(yīng)用到實際工作中后，沒有出現(xiàn)過錯誤，達(dá)到了“多干事、動作快、效率好、省時間”的目的。