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摘 要：水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、一种普遍采用的测量方法。实施过程中，需要几个人合作才能完成，误差允许范围内的精度由于仪器和人为的影响而不容易控制，而且易出现隐蔽性错误，如果不能及早发现，基础资料是错误的，从而水准点高程不正确，直接影响工程设计和施工。结合水准测量的现状对水准测量的误差进行了分析，并提出了误差的控制策略，以提高水准仪测量的精度，可供相关技术人员参考，与同行们共勉。
关键词：水准测量；误差来源；控制策略
水准测量是高程测量的基本方法之一，是采用几何原理，利用水平视线测定两点间高差。仪器使用水准仪，工具是水准尺和尺垫。要使测量准确可靠，必须减小误差；要控制误差，必须了解误差的来源。因此，有必要分析水准测量的误差，找出控制纠正的方法，避免错误的出现，保证项目的顺利施工。水准测量的误差与使用的仪器、观测者、外界条件等因素有关。
1设备精准误差
1.1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标尺。尺的零误差的影响，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（在本测站用后视尺，下测站则用前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。
1.2水准仪的望远镜视准轴不平行于水准管轴所产生的误差
仪器存在残余误差，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。而距离补偿法繁琐，不容易掌握。
2观测操作误差
2.1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。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。
所产生的读数误差为Δa=a（1-cosγ）。当γ=3o，a=1.5m时，Δa=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m，则Δa=2.33mm。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。尺上有圆水准的应使气泡居中。必要时可用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数，最重要的是在转点位置。
2.2符合水准管气泡居中的误差
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。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。由此看来，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，此误差可以消除。
2.3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，会产生读数误差。所以在每次读数前，要仔细进行物镜对光，消除视差。
3位移的影响
3.1仪器下沉的误差
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。
3.2水准尺下沉的误差
仪器在迁过程中，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。
3.3立尺方向出现倾斜和转点位置下沉或移动的误差
解决的方法是首先改变水准测量的模式，基平与中平分开。其次在每一个测站检核，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。测量中严格执行控制误差的方法，有效的把误差控制在最小精度要求内。
4自然环境产生的误差
4.1地球曲率对高程的影响
以水平面代替水准面时高程所产生的误差要远大于测量高程的误差。可以用公式Δh=D2/（2R）表示，地球半径R=6371Km，当D=75m时，Δh=0.44cm；当D=100m时，Δh=0.08cm；当D=500m时，Δh=2cm；当D=1Km时，Δh=8cm；当D=2Km时，Δh=31cm。对于高程而言，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地球曲率对高程的影响。
控制方法：实测中采用中间法可消除。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲线，使读数减小，可以用公式Δh=D2/（2x7R）表示，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，并且其影响也可用中间法消除或减弱。
4.2光与天气影响
应选择有利的时间，一日之中，10时至16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。
总之，引起水准测量的误差有很多因素，要采取有效方法，在实际工作中应该尽量减小误差，取得最好的测量结果，提供准确的监测信息，使项目顺利进行，避免事故的发生。希望测量工作者要提高测量的精准意识。
参考文献：
[1]张广伟、尚小杰.水准测量误差分析与控制[J].科技信息.2011（05）
[2]方玉球.水準测量仪器的使用与检验校正[J].安徽建筑.2010（01）
[3]蓝志强.公路工程中水准测量的误差控制[J].科技创新导报.2010（01）
[4]徐伟.精密水准测量的误差来源及影响[J].科技信息.2009（07）
[5]曹毅、王志伟.水准测量的误差来源及其控制方法[J].湖北工业大学学报.2009（02）
关键词：水准测量；误差来源；控制策略
水准测量是高程测量的基本方法之一，是采用几何原理，利用水平视线测定两点间高差。仪器使用水准仪，工具是水准尺和尺垫。要使测量准确可靠，必须减小误差；要控制误差，必须了解误差的来源。因此，有必要分析水准测量的误差，找出控制纠正的方法，避免错误的出现，保证项目的顺利施工。水准测量的误差与使用的仪器、观测者、外界条件等因素有关。
1设备精准误差
1.1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标尺。尺的零误差的影响，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（在本测站用后视尺，下测站则用前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。
1.2水准仪的望远镜视准轴不平行于水准管轴所产生的误差
仪器存在残余误差，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。而距离补偿法繁琐，不容易掌握。
2观测操作误差
2.1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。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。
所产生的读数误差为Δa=a（1-cosγ）。当γ=3o，a=1.5m时，Δa=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m，则Δa=2.33mm。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。尺上有圆水准的应使气泡居中。必要时可用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数，最重要的是在转点位置。
2.2符合水准管气泡居中的误差
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。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。由此看来，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，此误差可以消除。
2.3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，会产生读数误差。所以在每次读数前，要仔细进行物镜对光，消除视差。
3位移的影响
3.1仪器下沉的误差
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。
3.2水准尺下沉的误差
仪器在迁过程中，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。
3.3立尺方向出现倾斜和转点位置下沉或移动的误差
解决的方法是首先改变水准测量的模式，基平与中平分开。其次在每一个测站检核，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。测量中严格执行控制误差的方法，有效的把误差控制在最小精度要求内。
4自然环境产生的误差
4.1地球曲率对高程的影响
以水平面代替水准面时高程所产生的误差要远大于测量高程的误差。可以用公式Δh=D2/（2R）表示，地球半径R=6371Km，当D=75m时，Δh=0.44cm；当D=100m时，Δh=0.08cm；当D=500m时，Δh=2cm；当D=1Km时，Δh=8cm；当D=2Km时，Δh=31cm。对于高程而言，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地球曲率对高程的影响。
控制方法：实测中采用中间法可消除。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲线，使读数减小，可以用公式Δh=D2/（2x7R）表示，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，并且其影响也可用中间法消除或减弱。
4.2光与天气影响
应选择有利的时间，一日之中，10时至16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。
总之，引起水准测量的误差有很多因素，要采取有效方法，在实际工作中应该尽量减小误差，取得最好的测量结果，提供准确的监测信息，使项目顺利进行，避免事故的发生。希望测量工作者要提高测量的精准意识。
参考文献：
[1]张广伟、尚小杰.水准测量误差分析与控制[J].科技信息.2011（05）
[2]方玉球.水準测量仪器的使用与检验校正[J].安徽建筑.2010（01）
[3]蓝志强.公路工程中水准测量的误差控制[J].科技创新导报.2010（01）
[4]徐伟.精密水准测量的误差来源及影响[J].科技信息.2009（07）
[5]曹毅、王志伟.水准测量的误差来源及其控制方法[J].湖北工业大学学报.2009（02）