1、电子水准仪的应用与水准误差研究摘 要: 自研制出数字水准仪以来，电子水准仪逐步走向实用。目前 RTK 技术的不断成熟和似大地水准面的不断精化使得大部分的水准测量任务被取代；但是在需要高精度的城市测量工作中，水准测量还是不可缺少的。高程测量是测量任务中的一部分。其中,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。关键词: 电子水准仪、水准测量、误差 中图分类号：P224.1 文献标识码：A 文章编号： 电子水准仪具有精度高、速度快、效率高的优势，观测成果的精度指标要比相应的观测标准要求有明显提高，已被越来越广泛地用于各种精密的工程测量中，在高程控制测量中将具有较好的应用前景。
2、电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器 ，并采用条码标尺和图像处理电子系统构成的光机电测一体化的高科技产品。电子水准仪与传统仪器相比有精度高、速度快、效率高等特点，只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度，特别是大大减轻了观测员眼睛的疲劳。数据能自动记录、检核和处理，并能输入电子计算机进行后处理，可实现内外业一体化。 水准测量的误差,按其来源可分为 3类:仪器误差、观测误差和外界条件影响产生的误差。 1 仪器误差 1.1 视准轴与水准管轴不平行的误差 成因:经过校正的仪器,在使用时间过长或受到震动后,使得视准轴与水准管轴不平行而产生一定夹角。即使在水准气泡居
3、中时,视准轴也不会水平,结果在水准尺上引起了读数误差,该误差与视距的大小成正比。 预控措施:使用前后视距相等的方法测量,可消除或减小该误差的影响。 1.2 水准尺的误差 成因:水准尺的误差,包括尺长误差、分划误差和零点误差。作业前应对水准尺进行检验,对尺长误差和分划误差不符合规定要求的尺应停止使用。 控制措施:对于尺长误差较大水准尺,使用时,应在最后的高差加上水准尺每 1 m的尺长改正。对由于尺底磨损引起的零点误差,可采用设偶数站的方法来消除。 2 观测误差 2.1 水准管气泡居中的误差 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
4、。如果采用灵敏度高且装有符合水准器的仪器,在读数前后调整气泡居中,则该误差会大为减少。 2.2 估读水准尺的误差 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 110 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。故保证估读精度的前提是,视线的长度和望远镜的放大率必须符合规定要求。 望远镜在标尺上读数误差,
5、可用下式计算: Mv=60“*D/(v“)“=60“*75000/(30*206265“)=0.7 mm 计算表明,放大率为 30倍,视线长在 75 m至 80 m的范围内,可保证估读 1 mm的精度。 2.3 水准尺倾斜的误差 测量时,水准尺左右倒在目镜中可以看到并可以纠正,但尺子前后倒时则会产生读数误差。设水准尺沿视线方向前(后)倾斜角为 ,视线在倾斜尺上的读数为 b,未倾斜的尺读数为 b= bcos,由此产生的读数误差b 为: b=b-b=b(1-cos)=b/(“/“)2 例如,当 =30,b=2m 时,则b=3 mm 3 外界条件的影响 3.1 地球曲率的影响 由于地球曲率的缘故,在
6、同一水准面上的两个点其高差并不为零,由此产生的读数影响 c的计算如下: C=D2/2R 其中,D:两点之间的距离;R:地球的半径。 如果将仪器置于前后视尺中间大致等距离处,利用等距等影响的原则,使测站高差计算中自动消除曲率对前后视读数的影响。 3.2 大气折光的影响 大气层的空气密度一般是上疏下密,但在距地面 1.5 m以内的某些局部地区,由于受到地面辐射热的缘故,空气密度也会发生下疏上密的现象。当视线通过不同密度的大气层时,就会连续发生折射而呈现弯曲状。这种现象为大气折光。 在平坦地区,当视线离地面 1.5 m以上时,视线将发生向下弯曲,使水准尺读数减小 , 约等于地球曲率影响的 1/7。
7、大气折光对高差的影响,亦可用前、后视距相等的方法来加以消弱。但是,在地面坡度较大,前视或后视一端视线接近地面时,视线将发生向上弯曲,使尺上读数增大 ,而且随着地面覆盖物的性质不同而变化。因此不能采用前、后视距相等方法来消弱,只能缩短视线的长度,增加视线的高度,选择良好的观测时间等方法来减小大气折光的影响。一般规定视线高度不要低于 0.3 m。 3.3 仪器升沉的影响 在观测中,由于仪器的自重、测站上土质松软等原因,使仪器随时间逐渐下沉;或由于土壤的弹性会使仪器上升,它将使尺上读数减小或增大。为减小下沉的影响,仪器应安置在土质坚实的地方,脚架要踏牢。在测站采用往返观测法,提高观测速度,可消弱其影
8、响。 3.4 尺垫下沉的误差 当仪器转站时,由于尺垫的自重或土质松软的原因,使尺垫随时间逐渐下沉,后视读数增大。采用往返观测取平均值的方法来减小尺垫下沉的影响。 3.5 温度变化对视准轴与水准管轴夹角 i的影响 仪器经过校正,其残余误差使 i角不为零。如果 i角不能保持恒定,随温度产生不规则的变化,那就难以前后视距相等的方法来消除其影响。为此,在观测中应撑伞遮阳,避免仪器受阳光的暴晒,以减少该误差的影响。总之,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 GB12897-91.国家一 、二等水准测量规范S 2 周庆俊;提供高精度测绘基准N;中国测绘报;2005 年 3 岳建平，秦茂芬.观测条件对数字水准仪读数的影响试验J.测绘通报，2006(9)
