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公路中线水准测量误差浅析
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-09-11 17:06:04

    [摘 要]公路路线纵断面测量又称中线水准测量,它的任务是在道路中线测定之后,测定中线各里程桩的地面高程,绘制路线纵断面图,供路线纵坡设计之用。本文分析了公路勘测中线水准测量误差产生的来源,并提出了相应的解决办法。 

  [关键词]中线 水准测量 误差 

  中图分类号:P224.1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)24-0177-01 

  一、前言 

  水准测量是公路工程地面点高程测量的方法之一,其精度较高且在我国应用范围较广。实施过程中,误差允许范围内的精度由于仪器、人为以及外界的影响而不容易控制,而且易出现隐蔽性错误,如果不及早发现,易造成基础资料错误,从而使水准点高程不正确,直接影响路线纵断面设计和道路的施工。 

  二、公路勘察设计过程中水准测量的问题与现状 

  水准测量的原理是利用水准仪的水平视线,在已知高程点和未知高程点上竖立水准尺并读取读数,测定两点间的高差,从而可由已知点的高程推算出未知点的高程。测量仪器包括水准仪,水准尺和尺垫。公路工程测量一般使用DS3型微倾式自动安平水准仪,每公里能达到的精度是3mm,水准仪在一个测站使用的基本程序是安置仪器、粗平、瞄准、精平和读数。我们在实际勘测过程中按这个顺序施行,在每一水准点段测完后复核结果。 

  三、水准测量的误差分析及控制方法 

  经实践检验,水准测量的误差主要包括仪器误差、观测误差和外界条件的影响三个方面。 

  (一)仪器误差 

  1.仪器校正后的残余误差 

  水准仪经检验和校正后,仍存有视准轴不平行于水准管轴的残余误差。因此造成水准管气泡居中,水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜,致使读数误差。这种误差大多是系统性的,观测时可通过保持前后视距相等的方法消除或减弱此项误差的影响,在实际操作过程中,立尺人是关键,通过应用普通皮尺测距离,之后立尺,简单易行。如在某地区无法做到前后视距相等时,也可采用相邻几个测站的前视距离总和等于后视距离总和的方法,此方法较为繁琐,并且不容易掌握。 

  2.水准尺误差?主要包含尺长不准确、刻划不均匀和零点位置不准确。对于较精密的水准测量,水准尺要经过检验才能使用,一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。当零点位置不准确时,可用在一个水准测段内,两根水准尺交替轮换使用(在本测站用作后视尺,下测站则用为前视尺),并把测段站数目布设成偶数的方法,使其在总高差中自行消除水准尺零点误差,同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。 

  (二)观测误差 

  1.水准管气泡的居中误差 

  由于符合水准气泡未能做到严格居中,造成望远镜视准轴倾斜,产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关,主要是水准管分划值τ的大小。此外,读数误差与视线长度成正比。 

  2.估读水准尺的误差 

  由于观测者眼睛的鉴别能力有限,而十字丝又有一定的宽度,所以在估读毫米数时,不可能十分准确。在水准尺上估读毫米数的误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大倍率以及视距长度有关。 

  3.视差的影响 

  当存在视差时,尺像不与十字丝平面重合,观测时眼睛所在的位置不同,读出的数也不同,因此,产生读数误差。所以在每次读数前,控制方法就是要仔细进行物镜对光,消除视差。 

  4.水准尺倾斜的影响 

  水准尺如果是向视线的左右倾斜,观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。但是,如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致,即水准尺前后倾斜,则不易察觉。尺子倾斜总是使尺上读数增大。它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小(即视线距地面的高度)有关。尺的倾斜角越大,对读数的影响就越大;尺上读数越大,对读数的影响就越大。 

  (三)外界条件的影响外界条件和下沉的影响 

  1.仪器下沉 

  是指在一测站上读的后视读数和前视读数之间仪器发生下沉,使得前视读数减小,算得的高差增大。为减弱其影响,当采用双面尺法或变更仪器高法时,第一次是读后视读数再读前视读数,而第二次则先读前视读数再读后视读数。即“后、前、前、后”的观测程序。这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。 

  2.水准尺下沉 

  也即水准尺下沉,其误差是指仪器在搬迁过程中,转点发生下沉,使迁站后的后视读数增大,算得的高差也增大。如果采取往返测,往测高差增大,返测高差减小,所以取往返高差的平均值,可以减弱水准尺下沉的影响。最有效的方法是应用尺垫,在转点的地方必须放置尺垫,并将其踩实,以防止水准尺在观测过程中下沉。其次基平与中平分开,在每一个测站检核,在同一测站上以不同的仪器高度(或称视线高度)观测两次,两次所测高差之差不超过规定的容许值2.0mm,取其算术平均值作为本测站的观测结果。严格执行上述控制误差的方法。就能够有效的把误差控制在精度要求内。 

  3.地球曲率及大气折光的影响 

  视线离地面越近,折射越大,因此,视线距离地面的角度不应小于0.3m,并且其影响也可用前后视距相等的方法消除或减弱。此外,应选择有利的时间,一日之中,上午10时至下午4时这段时间大气比较稳定,便于消除大气折光的影响,但在中午前后观测时,尺像会有跳动,影响读数,应避开这段时间,阴天、有微风的天气可全天观测。 

  4.温度、太阳光及风力的影响 

  温度的变化可引起大气折光的变化,当强烈的日光照射水准仪时,仪器各部分受热不均匀而引起变形,特别是水准气泡因烈日照射而缩短,使观测产生误差。另外,由于水准管本身和管内液体温度的升高,气泡向着温度高的方向移动,从而影响仪器水平,产生气泡居中误差。所以当日照较强时,应随时注意撑伞保护仪器。由于大风可使水准尺竖不直,使水准仪的水准气泡不稳定,故应避免在大风的天气时进行水准测量。 

  四、结语 

  减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的步骤为代价的。在测量过程中,操作熟练才能提高观测的速度;采取规范的办法,严格执行正确步骤,司仪与立尺互相配合,才能得到正确结果。通过实践证明,将控制方法应用到实际工作中后,没有或极少出现过错误,杜绝了勘测的返工,为公路设计保质保量的完成奠定了基础。 

  参考文献 

  [1] 钟孝顺、聂让.测量学.[M].北京:人民交通出版社,1997. 

  [2] JTG D20―2006,公路路线设计规范[S]. 

  [3] JTJ 061―99,公路勘测规范[S].

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