浅谈水准测量的误差来源及控制方法

目录第1章绪论 (1)1.1论文研究的背景和意义 (1)1.2研究现状 (1)1.3论文的主要内容和研究方法 (2)1.4本章小结 (2)第2章水准测量的基本原理和方法 (3)2.1水准测量的基本原理 (3)2.1.1高差法 (3)2.1.2仪高法 (4)2.2水准测量方法与水准路线 (5)2.3本章小结 (6)第3章水准测量的问题及控制方法 (7)3.1水准测量中出现的问题 (7)3.2仪器误差（系统误差）及控制方法 (7)3.2.1视准轴不平行水准管轴产生的误差及控制方法 (7)3.2.2水准尺误差及控制方法 (9)3.2.3小结 (9)3.3观测误差和控制方法 (9)3.3.1符合水准管气泡居中误差及控制方法 (9)3.3.2调焦误差和视差的影响及控制方法 (10)3.3.3水准尺的倾斜误差及控制方法 (10)3.3.4小结 (11)3.4外界条件影响和控制方法 (12)3.4.1地球曲率及大气折光影响的误差及控制方法 (12)3.4.2温度对仪器的影响 (13)3.4.3仪器升降和水准尺下沉的影响 (13)3.4.4小结 (13)第4章水准测量内业处理 (15)4.1简单水准路线的内业处理 (15)4.1.1高差闭合差的计算与检核 (15)4.1.2高差闭合差的调整 (15)4.1.3计算待定点的高程 (16)4.2水准网的平差处理 (16)4.2.1水准网的条件平差 (16)4.2.2水准网的间接平差 (20)4.4本章小结 (24)第5章总结与展望 (25)5.1总结 (25)5.2展望 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录 (28)第1章绪论1.1 论文研究的背景和意义水准测量的基本原理是根据几何关系利用仪器提供的水平视线观测立在两点间上的水准尺以测定两点间的高差。

目的是测出一系列点的高程。

高程测量是是测量任务中的重要一部分。

其中水准测量在工程建设应用中发挥着很重要的作用。

它为施工放样、设备安装、变形监测及分析与预报领域中提供基础资料,为工程的顺利进行做铺垫。

为了高精度测定地面点的高程,精密水准测量仍然是目前唯一行之有效的野外观测方法。

除了作为建立国家统一高程系统的基础工作,为各类地形测绘和工程建设提供高程起算数据外,同时还被用于研究地球的形状和大小,确定各海洋面的高差和倾斜,获取现代地壳运动的垂直分量,建立地球重心场得理论与方法以及探索分析地震活动趋势等各类科学问题。

随着科学技术的发展,对地面点高程的精度要求也在不断提高。

测量人员按照规范作业，会在很大程度上提高作业速度、效率和质量，把水准测量的误差限制最小，做到精益求精，以更好地为工程的顺利进行服务。

1.2 研究现状随着高精度电子水准仪的问世，使得精密水准测量工作的自动化程度大大提高，同时基本上克服了过去水准观测过程中所存在的人为误差，是水准测量的精度有了明显提高，偶然误差对测量成果的影响与系统误差相比，已处于次要地位。

因此，从误差理论的角度来看，要进一步提高地面高程点的精度们就要随水准测量中存在的各项系统误差进行研究分析，根据其对观测成果的影响规律，提出减弱或消除系统误差影响的措施。

据统计，在黄委会勘测规划设计研究院任职的丁万庆院士参加了一千多公里国家一等复测的观测工作，他指出观测成果中有8个分段往返测闭合差连续出现负值，累计达-33.63mm，7个分段往返测闭合差连续出现正值，累计达+41.92mm。

据统计在62300km路线上，不符值累计达-1183mm，水准观测成果中，确实存在着系统误差。

1.3 论文的主要内容和研究方法这里主要论述水准测量在工程测量中的基本原理，以及在勘察设计过程中水准测量的问题及控制方法。

其分为：(1)仪器误差(系统误差)及控制方法；(2)观测误差及控制方法；(3)外界条件影响和控制方法；(4)内业控制。

1.4 本章小结本章通过论文研究的背景和意义再结合国内外学者研究的成果，让我们知道水准测量中确实存在着误差。

在这里系统的从几个方面总结了减小误差的控制方法。

为此，测量人员应按照规范作业，会在很大程度上提高作业速度、效率和质量，把水准测量的误差限制最小，做到精益求精，以更好地为工程的顺利进行服务。

第2章 水准测量的基本原理和方法2.1 水准测量的基本原理水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。

测定待测点高程的方法有高差法和仪高法两种。

2.1.1 高差法如图2-1所示，若已知A 点的高程A H ，欲测定B 点的高程B H 。

在A 、B 两点上竖立两根尺子，并在A 、B 两点之间安置一架可以得到水平视线的仪器。

假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A 尺（后视）读数为a ，B 尺（前视）读数为b ，则a 、b 两点之间的高程差（简称高差）为[3]：b a h AB -= （2-1）于是B 点的高程B H 为：AB A B h H H += （2-2）b a H h H H A AB A B -+=+= （2-3） 这种利用高差计算待测点高程的方法，称高差法。

这种尺子称为水准尺，所用的仪器称为水准仪。

图2-1 水准测量原理2.1.2 仪高法由式2-3可以写为 ()b a H H A B -+= （2-4） 如图2-2所示，即 b H H i B -= （2-5） 上式中i H 是仪器水平视线的高程，常称为仪器高程或视线高程。

仪高法是，计算一次仪高，就可以测算出几个前视点的高程。

即放置一次仪器，可以测出数个前视点的高程。

综上所述，高差法和仪高法都是利用水准仪提供的水平视线测定地面点高程。

必须注意：（1）前视与后视的概念一定要清楚，不能误解为往前看或往后看所得的水准尺读数。

（2）两点间高差AB h 是有正负的，计算高程时，高差应连其符号一并运算。

在书写AB h 时，注意h 的下标，AB h 是表示B 点相对于A 点的高差；BA h 则表示是A 点相对于B 点的高差。

AB h 与BA h 的绝对值相等，但符号相反。

图2-2 仪高法水准测量2.2 水准测量方法与水准路线当地面上两点间的距离较长或高差较大时,仅安置一次仪器不能直接测得两点间的高差,则进行连续的分段测量,将所得各段高差相加、即可求得两点间的高差。

如某一点的高程通过转1、转2、转3、转n 等点传递到另一点,这些用来传递高程的点,称为转点。

任意转点位置的变动,都会直接影响到某一点的高程,因此,转点位置应选在坚实的地面上,在其上放置尺垫并踩实[2]。

如图2-3所示，已知A 点的高程A H =43.150m ，欲测B 点高程B H ，在AB 线路上增加1、2、3、4、……等中间点，将AB 高差分成若干个水准测站。

其中间点仅起传递高程的作用，称为转点（Turning Point ），简写为TP 。

转点无固定标志，无需算出高程。

每安置一次仪器，便可测得一个高差，即111b a h -=222b a h -= ……………n n n b a h -= （2-6） 将各式相加,得b a h ∑-∑=∑ （2-7）则B 点的高程为h H H A B∑+= （2-8）图2-3 高差法连续水准测量水准路线是水准测量进行的路线。

根据测区的具体情况,可选用不同的水准路线,水准路线分为附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线等三种。

（1）附合水准路线：当测区附近有高级水准点时,可由一高级水准点开始,沿着待测各高程的水准点1、2作水准测量,最后附合到另一高级水准点叫附合水准路线。

（2）闭合水准路线：当测区附近有一高级水准点时,可从该点出发,沿着待测的水准点进行水准测量,最后仍回到起始点,形成一个闭合的路线。

（3）支水准路线：从某一水准点出发,进行水准测量到另一个点,即不符合到另一点,也不形成闭合的水准路线。

下图所示附合水准路线为例，已知水准点A 、B 和待定点1、2、3将整个路线分为四个测段。

2.3 本章小结本章主要阐述了水准测量的原理和方法，从高差法和仪高法两个方面详细的讲解了测定待测点高程的方法。

使我对这两种方法有了更深入的理解。

第3章水准测量的问题及控制方法3.1 水准测量中出现的问题型水准水准测量是采用几何原理，利用水平视线测定两点间高差。

仪器使用DS3型微倾式自仪，工具是3m的双面木质水准标尺和尺垫。

渠道工程测量一般使用DS3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、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。

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。

在一个测区内所有的工程采用同一个高程系统，现在应用三等水准点观测方法采取往返测量，并且按照双面水准标尺和中丝测高法并且每站按照“后—前—前—后”的观测程序进行观测读数，最终成果整理要求高差闭合差达到平原微丘区三等水准测量的精度不大于()2/1±。

平原微丘地区影响水准测量精度的主要因素是水准路线的·12L长度，长度越长，精度越低。

山区，则是测站，测站越多，精度越低[4]。

水准测量误差有：(1)仪器误差；(2)观测误差；(3)外界条件的影响。

3.2 仪器误差（系统误差）及控制方法3.2.1 视准轴不平行水准管轴产生的误差及控制方法根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出两点间高差。

因此，水准仪应满足的几何条件是:(1)圆水准器轴L'应平行于仪器的竖轴VV；L'(2)十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴；(3)水准管轴LL平行于视准轴CC。

图3-1 水准仪主要轴线仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。

一方面是制造误差，即仪器在制造过程中就存在制造缺陷误差，这项误差是无法消除的；另一方面是检验和校正后的残余误差。

在这些误差中，影响最大、表现突出的就是照准轴和水准管轴不平行的误差，即i 角误差。

设A 、B 分别为同一测站的后视点和前视点，S A 、S B 分别为后视和前视的距离，X A 、X B 为由于视准轴与水准管轴不平行而引起的读数误差。

如果不考虑地球曲率和大气折光的影响，B 点对A 点的高差为：()()()()B A B A ab X X b a X b X a h ---=---= （3-1） 因i X tan = （3-2） 故()()()()''---=---=ρ/1tan B A B A ab S S b a i S S b a h （3-3） 对于一测段有()()∑∑∑-⨯''--=B S S b a h A ρ/1 （3-4）通过分析，i 角误差的影响与仪器至前后视标尺的视距差及视距积累有关。

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。