[摘要]： 水准测量是公路工程中确定高程最常用的方法，因受多种因素影响，实际测量过程中不可避免地会出现误差甚至错误。严重的测量误差不仅会导致工程质量下降、影响工程的正常使用，甚至会造成整个工程的返工。重点指出：测量错误和测量误差是两个不同的概念，测量错误是人为造成的，是完全可以避免的；测量的误差是不能完全消除的，测量误差主要来源于如下三个方面：仪器的误差、观测误差和外界条件影响产生的误差。
　　[关键词]：公路测量；水准测量；误差分析
　　中图分类号：F54 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）32- 0089 -02
　　一、 常见水准测量的误差分析
　　水准测量的误差主要来源于三个方面：仪器误差、观测误差和外界条件影响产生的误差。
　　1 . 1 仪器误差
　　1） 水准仪的视准轴不平行于水准管轴（即i角误差）仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差，由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。为减小这项误差的影响，观测时可通过中间法（尽量使前后视距相等）加以消除。此法简单易行，立尺人可通过步测距离选择适当的转点。如受地形条件限制而无法使用中间法时，可采用距离补偿法（前视距离总和等于后视距离总和）消除此误差。
　　2）水准尺误差
　　主要包含尺长误差（即水准尺长度不准确）、刻划误差（水准尺上的分划不均匀）和零点误差（尺的零刻划位置不准确）、水准尺随着外界温度、湿度的变化而发生的伸缩、弯曲，以及水准尺底部、接头处磨损而引起的误差等。水准尺在每次使用前，都应进行检验，合格后方可使用。对于较精密的水准测量，应选用尺长误差和刻划误差小的标尺，必要时在成果中加入尺长改正。尺的零点误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，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，使其相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。
　　1 . 2 观测误差
　　1） 符合水准管气泡未严格居中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居中=0.1.τ .s/p，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20，视线长度S为75m，p=206265，那么，m居中=0.4mm。因此，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，就可以消除此类误差。
　　2） 视差未消除当存在视差时，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，仔细进行物镜对光就可以消除视差。
　　3） 估读毫米数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，所以在估读毫米数時，不可能十分准确，尤其在视线长或成像不良的天气条件下，对估读的影响更大。该项误差与观测者个人有关，无法完全消除。为了提高估读的准确性，应适当控制视线长度，尽量选择在成像好的天气条件下进行观测。
　　4 ）水准尺的倾斜误差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。该误差可用式△ a=a （1/cos Y— 1）进行计算。式中，a是水准尺的正确读数，Y为水准尺与铅垂线的夹角。由上式可知，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。当Y=30，a=1.5m时，△ a=2.1mm。由此可见，水准尺的倾斜误差是不可忽视的。在水准测量中，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。受条件所限时，可采用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部沿视线方向前后慢慢摇动，抢读最小读数，该读数即为正确读数。
　　1 . 3 外界条件影响产生的误差
　　1） 仪器下沉误差
　　仪器下沉误差是指在同一测站上，读后视读数和前视读数之间的时间段里，仪器发生下沉，使得前视读数减小，导致测出的高差增大。为减弱其影响，测站点应选在坚实的地面上。当采用双面尺法或变更仪器高法时，第一次读后视读数再读前视读数，第二次则先读前视读数再读后视读数。即采用“后、前、前、后”的观测顺序。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 ）水准尺下沉误差
　　水准尺下沉的误差是指仪器在转站过程中，转点发生下沉，使转站后的后视读数增大，算得的高差也增大。可采取往返测的方法来消除或减少该误差的影响。往测高差增大，返测高差减小，取往返高差的平均值，可以减弱水准尺下沉的影响。同时，转点应选在坚实、稳固处，如受地形条件所限，则必须使用尺垫，并将其踩实，尽量减少水准尺在观测过程中的下沉。
　　3 ）风力和震动影响误差
　　在风力较大的条件下测量时，经常会出现十字丝抖动的现象，这势必会对观测精度造成影响，因此，应尽量避免在大风天气下观测。如不可避免，可选用自重较大的三角架（如全站仪的三角架），对测站进行防风措施，或等到风力减小时再观测，以尽量减少风力引起的误差。测站附近如有工程机械作业，或者有往来通行车辆，也会引起仪器震动，严重的还可造成测站点下沉。因此，选择测站时应远离工程机械和过往车辆。
　　4 ）温度影响误差
　　温度的变化不仅会引起大气折光的变化，而且当阳光直射水准管时，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，从而影响了水准管轴的水平，产生了气泡居中误差；同时，温度升高后，地表水分蒸发形成的水蒸气也会对观测造成影响，容易产生误差。所以，测量时应尽量避开温度高的时段，并随时注意为仪器打伞遮阳。
　　5 ）地球曲率的影响
　　用水平面代替水准面对高程的影响，可以用公式△h=D2/（2R）进行计算，地球半径R=6371km，当视距D=lOOm时， △H=0.8mm；当D=150m时，△ h=1.8mm；当D=200m时，△h=3.1mm。显然，在进行水准测量时，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面考虑，应考虑地球曲率对高程的影响。实测时可采用中间法，使前后视距相等，以消除该影响，否则应进行地球曲率影响改正。 　　6 ）大气垂直折光的影响
　　近地面大气层的密度分布一般随离开地面的高度而变化。因此，光线通过在不断按梯度变化的大气层时，会引起折射系数的不断变化，导致视线成为一条各点具有不同曲率的曲线，在垂直方向产生弯曲，并且弯向密度较大（靠近地面）的一方，这种现象叫做大气垂直折光。该现象可使读数减小，视线离地面越近，折射越大，对水准测量的精度影响也越大。实验得出：大气折光误差比地球曲率误差要小，是地球曲率误差的K倍，在一般大气情况下，K=1/ 7 ，故大气折光误差r=Ks2/2R=s2/ 14R。为了减弱垂直折光对观测精度的影响，在进行精密水准测量时，应使前后视距尽量相等，并使视线离地面）有足够的高度，最小不得低干0.3m。在坡度较大的水准路线上进行作业时应适当缩短视距。另外，应选择大气稳定的时间进行观测
　　二、 常见的水准测量错误及控制方法
　　2 . 1 水准点错误发生的原因
　　1）设计单位在导线测量时产生错误而未发现，施工单位未进行导线复测就直接使用。
　　2）因粗心大意而用错水准点高程，如后视BM6，却误采用BM5的高程进行计算。
　　3）未保护好水准点，水准点产生下沉或移动。
　　4）临时水准点标识不清，致使立尺人员找不到水准点的准确位置。
　　2 . 2 测量仪器不满足要求由于测量仪器的原因而产生的错误
　　1）水准仪本身不合格，未经检校就直接使用。
　　2）水准尺因磨损而引起接头松动，产生“缩尺”现象。
　　3）尺垫质量低劣，使用过程中有较大的变形。
　　2 . 3 测量人员操作错误
　　1）记录人员听错读数，或把前、后视读数位置记错。
　　2）误使用十字丝的上丝或下丝读数。
　　3）仪器未精平就直接讀数。
　　4）三角架未踩实、仪器固定螺栓未拧紧或三角架出现松动，致使测量过程中仪器不稳定。
　　5）等级测量时，用错水准尺的红、黑面， 或后、前、前、后读数次序混乱。上述错误在工程实践过程中屡见不鲜。
　　防止测量错误的方法，一是要求测量人员加强业务学习；二是要求提高测量人员以高度负责的态度，认真对待测量工作养成良好的测量习惯；三是要加强对测量器材的定期检验，四是要建立校核机制，加强对观测成果的核对，如用两次读数来发现错误；记录员要复述读数，经观测人员核对无误再记入手薄；计算结果换人校核等，都可以及时发现错误，杜绝错误的发生。
　　三、 结束语
　　总而言之测量工作没有捷径可言，要想减小测量误差，消除错误，一定要做到经常检校仪器，选择合适的观测条件，熟练操作，提高观测速度，采取规范的方法，严格要求并执行正确步骤，保证测量员与立尺员、记录员之间的密切配合，互相校核，才能提高测量精度和效率，更好地为工程建设提供更高质量的服务。