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公路工程测量中水准仪产生的误差及控制
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-09-11 17:23:19

     摘要 在公路工程设计施工过程中,测量是必不可少的重要环节,而其中水准仪的误差控制从某种程度上说直接影响到公路工程质量的好坏。在实际的工程测量中,通常要花费大量的时间、采取更多的步骤将误差的影响降至最低。可以说公路工程测量过程中,应用水准仪所产生的误差控制是一项至关重要的工作。本文就针对该问题展开讨论。

  关键词 公路测量;水准仪;误差控制

  1 公路工程中的水准测量

  在公路测量过程中,水准测量通常根据几何原理,通过测量水平视线上两点间的高差来实现。一般采用水准仪进行辅助测量,常用的型号有DS3型微倾式自动安平水准仪,其在单位公里内可以将测量误差控制在3 mm以内。在测站使用水准仪的基本步骤如下:首先将仪器安置于适当的位置,再进行粗略整平,调整好水准尺后再进行精确的整平,最后读取测量数据。当测量完每个水准点后,再进行结果复合。在进行水准测量时要注意,同一个公路项目要参照相同的高程系统,同时测量基平和中平,同一个水准尺要由两台水准仪同时观测,在进行间视与转点时,要两个人同时立水准尺,不过两台水准仪对同一个水准尺进行观测是不变的。需要注意的是,如果每个测站没有对每个水准点段的测量结果进行检核,则会提高出现误差的机率。因此水准测量的误差控制非常有必要。

  2 水准测量的误差与控制

  通常进行水准测量会产生误差,主要是由三个原因造成的,即仪器自身精度误差、观测过程中的操作误差以及测量环境对测量操作的影响所引起的误差。

  2.1 仪器自身的精度误差

  当水准仪的望远镜视准轴与水准管轴不平行时,就会导致测量结果出现误差。尽管在实际测量前均会对仪器进行校正,但是残余误差是在所难免的,所以水准管气泡处于居中的位置,相应的水准管轴处于水平位置,而此时望远镜的视准轴是处于倾斜的状态,于是读数误差自然就会产生。通常视距长度和所产生的误差二者为正比关系,因此在观测时消除这种误差可以通过距离补偿法或者中间法来实现。所谓的距离补偿法是指前视距离和与后视距离和相等,这种方法在实际操作时相对复杂,因此多采用中间法。中间法前后视距是一样的,在实际测量时,立尺人利用普通皮尺将测量距离确定下来后再立尺。

  此外,仪器自身的精度误差还有可能是水准尺造成的。水准尺误差三种:一种是由于尺长误长,即水准尺的长度不够精确;一种是刻度误差,即水准尺上的刻度划分不精确;还有一种是零点差,即水准尺归零的刻度位置错位等。在实际测量前,要先检查水准尺,如果尺子存在尺长误差或者刻度误差等现象,则尽量不要使用;如果在必要的情况下一定要用,则要找出水准尺的误差特点,要先对数据进行修正才能正常使用。针对水准尺的零误差,可以采用同一水准段内两根水准尺交替使用的办法,即如果在一个测站作为后视尺用,则在下一个测站作前视尺用。而且要把测段站数尺量布置成偶数,以便于在高差中互杨抵消,并将刻度误差与尺长误差控制在最小的范围。

  2.2 仪器操作误差

  在测量过程中,有时候会由于人为的操作问题使得水准测量产生较大误差,比较常见的有以下几种。

  1)符合水准管气泡居中所产生的误差:在测量过程中,如果符合水准气泡无法严格居中,会导致望远镜视准轴发生倾斜,最终导致测量结果出现误差。水准管的灵敏度决定了测量结果精度的高低,其中最主要的是水准管分划值J的大小。需要注意的是,视线长度与测量结果读数误差二者成正比关系,通常水准管居中误差为0.1 J,按照相关公式m居=0.1.s/p,在观测过程中,只需保证符合水准管气泡可以居中并且限制视线长度,即可消除该误差。

  2)视差:如果有视差出现,尺像和十字丝平面是无法重合的,在观测过程中,眼睛所处的位置不一样,则读取的测量结果也会产生差异,从而出现读数误差。因此在读取测量结果前,要先做物镜对光,将视差的影响消除。

  3)水准尺的倾斜误差:如果水准尺倾斜于视线的前方,则在观测时很容易就可以通过望远镜十字丝发现这一问题。尺子倾斜的度数越大,尺子上的读数就会越大,其对读数的影响受到水准尺倾斜解以及水准尺读数大小的影响,即水准尺倾斜角度越大,对读数准确度的影响就越大;同样的水准尺读数越大,读数准确度受其影响的程度就越大。其所产生的读数误差可以通过下式来表达,即:△a=(1-r),如果r=30,a=1.5,则△a=2 mm。由此可见,水准尺的倾斜误差对测量结果有着很大的影响。在实际测量时,一般立镜高度设置在1.6 m-1.7 m的范围内,此时读数误差△a就会大于2 mm。所以测量过程中的立尺非常重要,要保证水准尺处于铅垂位置,如果有圆水准水泡,要保证气泡的居中。

  2.3 测量环境所导致的误差

  2.3.1 外界条件

  假如用水平面取代水准面影响高程的程度,则可以采用下列公式表达:△h=D2/(2R),其中D为视距,R为地球的半径取6371 km;如果D为75 m,则△h为0.44 cm;如果D为100 m,则△h为8 cm;如果D为2 km,则△h为31 cm。由上述数据可以看出,当水平面取代水准面时,高程所产生的误差要大幅度高于测量高程误差。因此,对于高程来说,在很短距离的条件下也可用水平面来取代水准面,要将地球曲率对高程的影响因素充分的考虑进去,实际测量过程中,可以通过中间法将误差消除。大气折光的原因造成视线成为一条曲线,其曲率是地球半径的七倍,使得测量结果读数有所减小。可以通过下列公式来表达,即△h=D/2(2×7R)。当视线与地面的距离越短,则折射就越大,所以视线和地面的至少要大于0.3 m,同样可以通过中间法消除或者降低其对于测量精度的影响。不过实际测量时最好不要在光照较强的中午时段进行,尽量选择比较有利的时间,一天中从上午十点到下午四点之间,大气相对稳定,这对于消除大气折光影响比较有利,不过中午前后时段会导致尺像的跳动,同样会对读数产生影响,因此最好避开这段时间;在阴天或者微风天气时,可以全天观测。

  2.3.2 仪器下沉

  所谓仪器下沉,是在同一测站上进行前视与后视读数时,仪器出现下沉的现象,减小了前视读数,使得高差有所增大。要降低仪器下沉对测量精度的影响,可以采用双面尺法或者变更仪器高等方法,第一次测量时先将后视读数读出,再读前视读数;接下来进行第二次测量时则将读数的顺序反过来即可。通过这种方法可以获取两次高差的平均值,从而将仪器下沉所导致的误差控制在最小的范围内。水准尺下沉所造成的误差,是由于在迁移仪器的过程中,转点出现下沉现象,在迁站完成后增大了后视读数,相应的高差也随之增大。此时可以通过往返测量的方法来消除或减小误差,因为往测的高差会增大,而反测的高差则是减小,取二者的平均值即可把水准尺下沉所造成的误差控制在最小的范围内。不过最有效的措施还是采用尺垫,将尺垫垫实,以避免观测过程中水准尺出现下沉的现象。

  参考文献

  [1]苏登天,工程测量[M].北京:科技出版社,2007.

  [2]成亚宣,田宝明,葛志成.基于数字水准仪的测试与误差分析的探讨[J].测绘标准化,2009,4.

  [3]王学刚,水准仪几项误差的检验与校正[J].呼伦贝尔学院学报,2011,1.

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