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[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）33-0145-01
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].
[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）33-0145-01
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].