1、浅谈水准测量的误差及注意事项摘要：水准测量是工程测量中不可或缺的一项工作。与已被淘汰的光学水准仪相较，数字水准仪依据图像识别的原理，将编码尺的图像信息与已存贮的参考信息进行比较，从而获得高程信息。它的测量速度快，操作简单，易于实现内外业一体化，代表了水准仪的发展方向。数字水准仪获取的是编码尺多条编码的信息，其结果取平均效应，其校验方法应当与其配套的水准标尺一起进行检验。本文作者根据在测量工作中所接触到的仪器，对数字水准仪在水准测量中可能引起误差的各种因素进行分析。根据工程实践，提出几点有关减少误差的注意事项。 中图分类号：P224.1 文献标识码： A 数字水准仪在测量中产生的主要误差 数字水
2、准仪基于自动安平水准仪，因此，在传统的自动安平水准仪上存在的误差，在数字水准仪上仍然存在。 1.1 视准轴与水准轴不平行的误差( 角误差)。 无论光学水准仪还是电子水准仪, 在测量中都存在着 i 角误差对精密水准测量的成果精度的影响。i 角误差分为光学 i 角误差和电子 i 角误差。由于环境温度、机械振动(如仪器搬站等)、望远镜调焦和磁场(包括地球磁场和外部电磁场)会引起 i 角变化。光学水准仪通过减少前后视距差及累计差来减少 i 角误差对测量精度的影响, 即: 保持前后视距基本相等, 就可以在后视读数减去前视读数所得的高差中消除 i 角误差的影响, 有的数字水准仪(如 Zeiss DINI1
3、2)不能自动控制前后视距差及累计差限差, 即: 不能输入各项限差及当超限时不能自动报警。 1.2 大气折光对水平测量的影响。 我们知道, 如果前后视线超过地面的高度不同, 则视线所经空气层的密度也不同, 其弯曲程度也就不同, 前后视读数相减所得高差就要受到垂直折光的影响, 特别是当路线通过一个较长坡度时, 由于前后视线超出地面的高度不同, 这种影响尤其明显。 1.3 光强变化对水平测量的影响 使用数字水准仪进行水准测量的过程中, 光线环境对测量精度影响很大。野外作业时, 由于太阳光、云层、空气状况及瞄准方向等因素的影响, 条形码尺的尺面反射光和仪器单位时间内接收的光通量是不断变化的。由于数字水
4、准仪的 CCD 图像传感器只能在一定的光强范围有效的将图像转换为点信号, 对于采样范围内的亮度不均匀的条形码群体, 极易影响测量精度。数字水准仪不但对光线变化要求较高, 对光线强度也十分敏感, 所以使用数字水准仪测量时要充分考虑到环境光对仪器的影响。 1.4 震动对水平测量的影响。 数字水准仪属于自动安平水准仪, 由于交通、气候等影响, 容易影响补偿器的有效使用, 引起视准线和标尺的不稳定。数字水准仪对各种震动特别是地面震动非常敏感。 1.5 调焦质量对水平测量的影响。 水准测量时, 也必须注意调焦质量对测量的影响。因为数字水准仪和光学水准仪一样, 必须将标尺的像准确的聚焦在分划板或 CCD
5、传感器上, 才能准确地反映测量值, 否则,如果调焦质量不高, 成像不清晰, 数字水准仪自动测量的数值也是不准确的。 1.6 标尺安置质量对水平测量的影响。 在观测过程中,当条形码标尺位于视准线上下一定范围内的尺面被遮挡后, CCD 的传感器就因为采样数据不足而产生不够精确的结果或无法产生结果。所以在观测过程中应尽量避免标尺被挡现象。另外, 标尺安置不当也会引起光线变化对测量的影响。 1.7 磁场对水平测量的影响。 作为电子仪器, 数字水准仪内部的电子元件不可避免地受到周围磁场的干扰影响, 在观测成果中产生误差。 2. 水平测量中为减少误差应注意的事项 2.1 正确使用、保养和检查仪器对测量的影
6、响。 使用数字水准仪时, 除了要按照规范作业外, 对仪器的保养和定期检查也是十分重要的, 除了常规的 i 角检验、圆气泡检验、十字丝检验等外, 还必须对电子元件进行定期检验。另外对标尺的保护也是十分重要的, 一旦条形码标尺的条形码刻画受到损害, 就会在测量读数中产生误差。因此, 要想正确地使用数字水准仪, 就必须熟悉测量规范, 熟练掌握仪器的操作步骤, 同时注重仪器的保养和检验。 2.2 避免角误差的注意事项 在实际作业中只能通过精确量距确定测站位置的方法, 达到前后视距基本相等的目的, 从而消除 i 角误差的影响。 2.3 减弱大气折光引起误差的注意事项 为了减弱垂直折光对观测高差的影响,
7、除了要保持前后视距尽量相等外, 还要使视线离地面有足够的高度。DINI12 数字水准仪可以输入最低视线高, 并在测量时视线高低于规定最低视线高时自动发出报警, 从而提醒操作员架高仪器, 提高视线距地面的高度。 2.4 减少光强变化对水平测量的影响 数字水准仪进行测量时,要选择时间对称的早晨、傍晚进行路线测量或光线相对温和、均匀的时段进行观察, 尽量避免在强光、逆光的情况下进行观测, 以防光线太强或太弱给测量精度带来的影响。 2.5 减少震动对测量精度影响注意事项 测量时一定要选择稳定的地方设站和立尺, 一定要等仪器安置之后过一段时间仪器沉降稳定后才能进行观测, 要避免在大型车辆通过或空气流动强
8、烈时进行观测。 2.6 提高标尺安置质量 在观测过程中应尽量避免标尺被挡现象。水准测量中标尺安置必须与水平面垂直是基本要求, 但是实际作业中却无法完全做到, 为此条形码标尺在上、中、下分别安置了与水准仪精度相匹配的水准气泡, 以保证标尺的垂直程度, 这样大大提高了立尺的速度和精度。 2.7 减少强磁场对水平测量时的误差 在选择水准路线时, 尽量避开强磁场地区。 结语 1）数字水准仪是电子读数(CCD),这使得其读数比较稳定,离散小。而光学水准仪靠人工读数,人为因素比较大,相对不稳定。故而在中、近距离时,数字水准仪的综合精度比光学水准仪的好,在同等条件下测量精度更高,而且节省了不少时间,减少了工
9、作量,应该是水准测量仪器发展的趋势,但是它对测量人员的综合素质要求更高,还需要英语和使用电脑软件方面的相关知识。 2)无论数字水准仪还是光学水准仪,在中、近距离,数字水准仪的误差更小,但在远距测量时,由于数字水准仪读取整个条形码尺可视段及编码规则限制的特点,导致了一些识别误差,这使得在远距离处,其读数会受到一定的影响,在读取标尺两端时甚至会出现无法读数的现象,有时其精度不如光学水准仪可靠。 3)为消除补偿器的剩余误差,应采用正确的观测顺序,观测顺序:奇数站为“后前前”,偶数站为“前后后前” 。进行水准测量时,严格照准条码分划线的中心位置。 4)由于光线对数字水准仪的观测速度与精度影响较大,所以
10、合理安排作业时间,避免日照与观测方向处于同一方向上。 参考文献： 1 国家一、二等水准测量规范，中国标准出版社，2006 2 国家三、四等水准测量规范，中国标准出版社，2006 3王明善，李 明，兰启贵: 数字水准仪使用中的几个问题J : 四川测绘 2001（3） 4 庞宗霞，公路工程测量J ，山西建筑 2010，33：358-359 5 张广伟，尚小杰，水准测量误差分析与控制J ，科技信息 2011， （5） ：78 6王锦标，过程计算机控制，清华大学出版社,1999，2 7杨振涛,张正禄,杨蜀江. 电子水准仪 D IN I20 和 DL102 实验与精度分析 J . 测绘工程, 1997, 6 (4) : 36 - 38. 8梁振英: 精密水准测量的理论和实践M. 北京，测绘出版社,2004.
