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摘要：本文概括了水准测量的工作原理，分析了水准测量误差的影响因素，提出了一些相應的控制对策。
关键词：水准侧量；误差控制；分析
中图分类号： P207 文献标识码： A
1 水准测量的原理
水准测量是利用水准仪提供的一条水平视线，测出两地面点之间的高差，然后根据已知点的高程和高差，推算出另一个点的高程。已知地面上A点的高程为HA，欲测定B点的高程HB，需要先测出A、B两点问的高差HAB，为此在A、B之间安置一台水准仪，再在A、B两点上各竖立一根水准尺。根据仪器的水平视线，分别读取A、B尺上的读数a和b，则B点对于A点的高差为：HAB=a-b。如果水准测量是由A到B进行的，则A点尺上的读数称为后视读数，记为a；B点为待定高程点，B点尺上的读数称为前视读数记为b；两点问的高差等于后视读数减去前视读数，即HAB=a-b。若a大于b，则高差为正，B点高于A点；反之高差为负，则B点低于A点。因为水准仪提供的水平视线可认为与大地水准面平行，水准测量是采用几何原理，利用水平视线测定两点问高差。
2 水准测量中误差来源主要有三个方面:仪器误差、观测误差和外界条件的影响
2.1仪器误差
仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。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。这种误差与视距长度成正比。观测时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除。针对中间法在实际过程中的控制，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。而距离补偿法不仅繁琐，并且不容易掌握。
水准尺误差主要包含尺长误差(尺子长度不准确)、刻划误差(尺上的分划不均匀)和零点差(尺的零刻划位置不准确),对于较精密的水准测量,一般应选用尺长误差和刻划误差小的水准尺。
另外，由于仪器制造加工不够完善，当转动对光螺旋调焦时，对光透镜产生非直线移动而改变视线位置，产生对光误差，即调焦误差。
2.2 测量人员观测误差
通常,我们在水准仪精平时进行读数,而忽略了在读数时水准气泡是否居中。同时由于观测方式的影响,导致读数的误差；其次，由于观测者视力的不同以及受望远镜的放大倍数V和观测距离D的影响,造成读数的误差。试验证明,要保证估读至mm的精度,则十字丝与标尺cm分划的影像宽度需要满足1∶10的关系。眼睛的分辨能力一般为60",十字丝影像宽度经放大后在人的明视距离上约为0.1 mm。按上述比例关系,标尺cm的分划的影像宽度应不小于1 mm,这就要求在75 m的距离内,望远镜的放大倍率不得小于30倍；再者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。水准管居中误差一般认为是0.1・τ，根据公式m居=0.1・τ・S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20″，视线长度S为75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm，另外，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，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。
2.3 外界环境对水准测量误差的影响
2.3.1 温度对测量误差的影响
精密水准仪的水准管框架是同望远镜筒固连的，为了使水准轴与视准轴的联系比较稳固，这些部件是采用因瓦合金钢制造的，并把镜筒和框架整体装置在一个隔热性能良好的套筒中，以防止由于温度的变化，使仪器有关部件产生不同程度的膨胀或收缩，而引起角的变化。
但是当温度变化时，完全避免角的变化是不可能的。例如仪器受热的部位不同，对角的影响也显著不同，当太阳射向物镜和目镜端影响最大，旁射水准管一侧时，影响较小，旁射与水准管相对的另一侧时，影响最小。因此，温度的变化对角的影响是极其复杂的，实验结果表明，当仪器周围的温度均匀地每变化时，角将平均变化约为0.5"，有时甚至更大些，有时竟可达到1"。
2.3.2 垂直折光造成的误差
水准测量中，由于地面大气密度在垂直方向上的分布不均匀，因而视线在垂直方向产生了弯曲。若前后视距弯曲程度相同，则要前后视距相等，这种影响在高差中就可以得到消除。如果前后视线离开地面的高度不同，则视距所通过的大气密度一般也不同，而弯曲程度也随之而异。
2.3.3 磁场对水准测量误差的影响
在国民经济建设中敷设大功率、超高压输电线，为的是使电能通过空中电线或地下电缆向远距离输送。根据研究发现输电线经过的地带所产生的电磁场，对光线，其中包括对水准测量视准线位置的正确性有系统性的影响，并与电流强度有关。输电线所形成的电磁场对平行于电磁场和正交于电磁场的视准线将有不同影响，因此，在设计高程控制网布设水准路线时，必须考虑到通过大功率、超高压输电线附近的视线直线性所发生的重大变形。
3 水准测量误差的消除措施
3.1 仪器误差消除措施
整平仪器时，为便于观测，先确定水准仪的脚架高度，检查水准仪脚螺旋是否处于合适位置，且处于中间位置。在圆水准气泡很扁的情况下，不要过于依赖脚螺旋，应重置水准仪，使其基本水平，保证脚螺旋在调整范围之内。
仪器的粗平，遵守“左手大拇指规则”，即圆水准气泡和左手大拇指的移动方向是一致的。长水准气泡的调整应注意，长水准气泡是与调整螺旋的方向一致还是相反，以利于后边各站的操作。
3.2 观测误差的消除
由于精密水准仪有倾斜螺旋和符合水准器，并有光学测微器装置，可以提高读数精度，同时用楔形丝照准水准标尺上的分划线，这样可以减小照准误差，因此，这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。实验结果分析表明，这些误差在每测站上由基辅分划所得观测高差的平均值中的影响还不到0.lmm。
3.3 温度影响误差的消除
减弱温度误差，尽量选择无风或风小的天气进行测量，在测量前将仪器取出，使其与外界温度保持一致，仪器须用浅色测伞遮蔽阳光；迁站时仪器应罩上白色布罩，这样就可以减弱受热方向有关的i角的变化的系统误差。另外，还可以采取观测时打伞，避免日光直接照射仪器，以减小角的复杂变化，同时，在观测开始前应将仪器预先从箱中取出，使仪器充分地与周围空气温度一致的方式减少或者避免温度带给水准测量的误差。
3.4 大气折光影响误差的消除
为了减弱垂直折光的影响，测量时前后视距应尽量相等，视线离开地面应有足够的高度。在坡度较大的地段应适当缩短仪器与水准尺之间的距离。
3.5 电磁场影响误差的消除
为了避免电磁场系统性的影响，在布设与输电线平行的水准路线时，必须使水准线路离输电线50m以外，如果水准线路与输电线相交，则其交角应为直角，并且应将水准仪严格地安置在输电线的下方，标尺点与输电线成对称布置，这样，照准后视和前视水准标尺的视准线直线性的变形可以互相抵消。
水准测量是测量中的一个需要频繁操作的工作。水准测量成果的精确与否,直接影响到工程的质量。所以,我们要熟练掌握技术,把水准测量的误差降到最小,做到精益求精,以更好地为工程服务。
参考文献：
[1] 吴祖仰，刘国辉.再论水准测量往、返测高差较差的相关性[J].测绘信息与工程，2009，（03）.
[2] 邹自力.水准测量外业记录程序设计[J].北京测绘，2008，（02）.
关键词：水准侧量；误差控制；分析
中图分类号： P207 文献标识码： A
1 水准测量的原理
水准测量是利用水准仪提供的一条水平视线，测出两地面点之间的高差，然后根据已知点的高程和高差，推算出另一个点的高程。已知地面上A点的高程为HA，欲测定B点的高程HB，需要先测出A、B两点问的高差HAB，为此在A、B之间安置一台水准仪，再在A、B两点上各竖立一根水准尺。根据仪器的水平视线，分别读取A、B尺上的读数a和b，则B点对于A点的高差为：HAB=a-b。如果水准测量是由A到B进行的，则A点尺上的读数称为后视读数，记为a；B点为待定高程点，B点尺上的读数称为前视读数记为b；两点问的高差等于后视读数减去前视读数，即HAB=a-b。若a大于b，则高差为正，B点高于A点；反之高差为负，则B点低于A点。因为水准仪提供的水平视线可认为与大地水准面平行，水准测量是采用几何原理，利用水平视线测定两点问高差。
2 水准测量中误差来源主要有三个方面:仪器误差、观测误差和外界条件的影响
2.1仪器误差
仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。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。这种误差与视距长度成正比。观测时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除。针对中间法在实际过程中的控制，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。而距离补偿法不仅繁琐，并且不容易掌握。
水准尺误差主要包含尺长误差(尺子长度不准确)、刻划误差(尺上的分划不均匀)和零点差(尺的零刻划位置不准确),对于较精密的水准测量,一般应选用尺长误差和刻划误差小的水准尺。
另外，由于仪器制造加工不够完善，当转动对光螺旋调焦时，对光透镜产生非直线移动而改变视线位置，产生对光误差，即调焦误差。
2.2 测量人员观测误差
通常,我们在水准仪精平时进行读数,而忽略了在读数时水准气泡是否居中。同时由于观测方式的影响,导致读数的误差；其次，由于观测者视力的不同以及受望远镜的放大倍数V和观测距离D的影响,造成读数的误差。试验证明,要保证估读至mm的精度,则十字丝与标尺cm分划的影像宽度需要满足1∶10的关系。眼睛的分辨能力一般为60",十字丝影像宽度经放大后在人的明视距离上约为0.1 mm。按上述比例关系,标尺cm的分划的影像宽度应不小于1 mm,这就要求在75 m的距离内,望远镜的放大倍率不得小于30倍；再者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。水准管居中误差一般认为是0.1・τ，根据公式m居=0.1・τ・S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20″，视线长度S为75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm，另外，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，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。
2.3 外界环境对水准测量误差的影响
2.3.1 温度对测量误差的影响
精密水准仪的水准管框架是同望远镜筒固连的，为了使水准轴与视准轴的联系比较稳固，这些部件是采用因瓦合金钢制造的，并把镜筒和框架整体装置在一个隔热性能良好的套筒中，以防止由于温度的变化，使仪器有关部件产生不同程度的膨胀或收缩，而引起角的变化。
但是当温度变化时，完全避免角的变化是不可能的。例如仪器受热的部位不同，对角的影响也显著不同，当太阳射向物镜和目镜端影响最大，旁射水准管一侧时，影响较小，旁射与水准管相对的另一侧时，影响最小。因此，温度的变化对角的影响是极其复杂的，实验结果表明，当仪器周围的温度均匀地每变化时，角将平均变化约为0.5"，有时甚至更大些，有时竟可达到1"。
2.3.2 垂直折光造成的误差
水准测量中，由于地面大气密度在垂直方向上的分布不均匀，因而视线在垂直方向产生了弯曲。若前后视距弯曲程度相同，则要前后视距相等，这种影响在高差中就可以得到消除。如果前后视线离开地面的高度不同，则视距所通过的大气密度一般也不同，而弯曲程度也随之而异。
2.3.3 磁场对水准测量误差的影响
在国民经济建设中敷设大功率、超高压输电线，为的是使电能通过空中电线或地下电缆向远距离输送。根据研究发现输电线经过的地带所产生的电磁场，对光线，其中包括对水准测量视准线位置的正确性有系统性的影响，并与电流强度有关。输电线所形成的电磁场对平行于电磁场和正交于电磁场的视准线将有不同影响，因此，在设计高程控制网布设水准路线时，必须考虑到通过大功率、超高压输电线附近的视线直线性所发生的重大变形。
3 水准测量误差的消除措施
3.1 仪器误差消除措施
整平仪器时，为便于观测，先确定水准仪的脚架高度，检查水准仪脚螺旋是否处于合适位置，且处于中间位置。在圆水准气泡很扁的情况下，不要过于依赖脚螺旋，应重置水准仪，使其基本水平，保证脚螺旋在调整范围之内。
仪器的粗平，遵守“左手大拇指规则”，即圆水准气泡和左手大拇指的移动方向是一致的。长水准气泡的调整应注意，长水准气泡是与调整螺旋的方向一致还是相反，以利于后边各站的操作。
3.2 观测误差的消除
由于精密水准仪有倾斜螺旋和符合水准器，并有光学测微器装置，可以提高读数精度，同时用楔形丝照准水准标尺上的分划线，这样可以减小照准误差，因此，这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。实验结果分析表明，这些误差在每测站上由基辅分划所得观测高差的平均值中的影响还不到0.lmm。
3.3 温度影响误差的消除
减弱温度误差，尽量选择无风或风小的天气进行测量，在测量前将仪器取出，使其与外界温度保持一致，仪器须用浅色测伞遮蔽阳光；迁站时仪器应罩上白色布罩，这样就可以减弱受热方向有关的i角的变化的系统误差。另外，还可以采取观测时打伞，避免日光直接照射仪器，以减小角的复杂变化，同时，在观测开始前应将仪器预先从箱中取出，使仪器充分地与周围空气温度一致的方式减少或者避免温度带给水准测量的误差。
3.4 大气折光影响误差的消除
为了减弱垂直折光的影响，测量时前后视距应尽量相等，视线离开地面应有足够的高度。在坡度较大的地段应适当缩短仪器与水准尺之间的距离。
3.5 电磁场影响误差的消除
为了避免电磁场系统性的影响，在布设与输电线平行的水准路线时，必须使水准线路离输电线50m以外，如果水准线路与输电线相交，则其交角应为直角，并且应将水准仪严格地安置在输电线的下方，标尺点与输电线成对称布置，这样，照准后视和前视水准标尺的视准线直线性的变形可以互相抵消。
水准测量是测量中的一个需要频繁操作的工作。水准测量成果的精确与否,直接影响到工程的质量。所以,我们要熟练掌握技术,把水准测量的误差降到最小,做到精益求精,以更好地为工程服务。
参考文献：
[1] 吴祖仰，刘国辉.再论水准测量往、返测高差较差的相关性[J].测绘信息与工程，2009，（03）.
[2] 邹自力.水准测量外业记录程序设计[J].北京测绘，2008，（02）.