1、1数字水准测量外界因素引起的误差源及应对措施摘要：数字水准仪是集光电机、图像处理及计算机技术为一体的高科技产品，近年来，数字水准仪已经广泛地应用到生产实际中。本文主要介绍外界因素带来的误差及提高测量精度采取的应对措施。 关键词：数字水准测量；误差源；应对措施 中图分类号：V248.9 文献标识码：A 文章编号： 概述：在水准测量中，有效控制误差是非常重要的。为了取得高精度的测量结果，在分析控制仪器和标尺误差的同时，还应针对实际水准测量的过程进行质量控制。传统的光学水准仪和普通因瓦标尺，已经总结了非常丰富的经验。在数字水准测量中，既有与传统水准测量同样的误差，也存在数字水准测量设备特有的误差。分
2、析数字水准测量的作业流程及所使用仪器，可以将数字水准测量的误差分为 4 类，即数字水准测量系统本身存在的误差、与水准标尺有关的误差、测量方法带来的误差和外界因素带来的误差。 1.电子水准仪的共同特点 电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，由主机、条码尺及数据处理软件三大部分组成。在望远镜光路中增加了分光镜和探测器（CCD） ，并采用条码标尺和图象处理电子系统而构成的光机电测一体化的高科技2产品， 它与传统仪器相比有以下共同特点： 1）读数客观。不存在误差、误记问题，没有人为读数误差。 2）精度高。 视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数
3、仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员业也能进行高精度测量。 3）速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，测量时间与传统仪器相比可以节省 1/3 左右。 4）效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度。视距还能自动记录，检核，处理并能输入电子计算机进行后处理，可实线内外业一体化。 2.测量过程中外界因素引起的误差源及应对措施 数字水准仪测量系统进行水准测量时，不可能瞬间完成测量工作，需要占用一定的测量时间。在这段时间内，外界条件不可能保持恒定，外界条件的变化必然给测量结果带来影响，主要有以下几个方面。 2.1 补偿器的震动
4、 风、交通及建筑工地的振动源通过角架直接作用到仪器上，引起补偿器的振动，直接影响到数字水准仪的测量信号。当补偿器的振动周期小于图像传感器获取图像信号的周期时，将会影响本次观测值的质量，从而导致仪器计算的标准差数据偏大；当补偿器的振动周期大于图像传感器获取图像信号的周期时，将会影响观测数据之间的一致性。在这种条件下进行观测时，应该增加观测次数、缩短视距等措施来提高精度。 32.2 仪器非均匀受热 当仪器单侧受热（如太阳从侧面照射仪器时） ，将会使望远镜变形，从而引起补偿器的微小变形，这种变形将会使仪器产生较大的系统误差。为消除这种影响，仪器必须有足够多的时间来适应环境温度。同时要给仪器遮阳，避免
5、太阳直接照射仪器。 2.3 标尺的非均匀照射 标尺的非均匀照射将给数字水准仪的测量结果带来较大的系统误差，因此在进行数字水准测量时，特别要注意在下列外界条件时不能进行测量。 （1）在测线方向有强烈的太阳光。 （2）在具有反射太阳光的潮湿街道上。 （3）逆光通过地下建筑物。 （4）仪器位于明亮处，标尺位于物体的阴影中。 （5）气候条件剧烈变化或有雾。 如果要在逆光中进行测量，要给物镜遮阳，最好采用“之”字形线路避免逆光状况。在光线亮度不够（如通过隧道或地下建筑物等）时，要使光源均匀地照射标尺所使用的尺段。 2.4 强烈的阳光照射 在数字水准仪测量过程中，当条码尺处于阳光的强烈照射下，这时数字水准
6、仪的图像传感器将接收到过度的条码尺图像信号，过度的测量信号将会给数字水准仪的测量带来不利影响，应采取如下措施防范: （1）增加测量时间以获得恰当对比度的图像。 4（2）如果标尺特别亮，仪器图像传感器可能不能完成测量工作。这时需要在水平方向微转条码尺，避免条码尺面直接反射光线。 （3）通过上述措施还不能避免，则需要重新选择水准测量路线或选择其他时间段进行观测。 2.5 标尺遮挡 标尺的遮挡将使图像传感器接收到非对称的图像信号，会引起较大的测量误差。这主要是在数字水准仪的数据处理软件中，对图像传感器施加了各项改正，由于标尺的遮挡情况错综复杂，数据处理软件不能包含所有情况。因此，当标尺有遮挡时，数据
7、处理软件有可能将其标尺的图像误认为其他图像，得出错误的结果。 2.6 近地大气折光的影响 大气折光对水准测量成果的影响体现在前后视折光不同引起的折光差。为减少折光差对数字水准测量成果的影响，在倾斜度较大的水准线路进行数字水准测量时，需要采取如下措施: （1）保持前后视距相等。 （2）进一步缩短视距至 25 米。 （3）特别要避开地面倾斜角度较大的水准路线。 （4）不能在极端天气下进行水准测量。若在阳光强烈的天气下进行水准测量，则应当选择最佳观测时间段：早上 8 点之前；傍晚 6 点之后。（5）往返测应安排在不同的气象条件下进行。 2.7 电磁场对水准测量的影响 5输电线经过的地带所产生的电磁场
8、，对光线的直线性有影响（其中包括对水准测量视准线的正确性有系统影响） ，并与电流强度有关。因此在布设水准路线时，必须考虑到通过大功率、超高压输电线附近的直线性所发生的重大变形。所以在布设与输电线平行的水准路线时，必须使水准路线离输电线 50 米以外；如果水准路线与输电线相交，其交角应为直角，并且应将数字水准仪严格安置在输电线的下方，两标尺与输电线成对称布置。这样后视和前视的视准线直线性的变形可以互相抵消。 2.8 观测人员引起的误差 （1）标尺图像调焦不清引起的误差：数字水准测量时，由于观测员不需要人工进行读数，容易造成调焦不清和不仔细照准标尺中心的习惯。调焦不足或过度均会使图像传感器接收到模糊的图像，不但使仪器测量时间延长，而且还会出现较大的系统误差；进行水准测量时，严格照准条码分划线的中心位置，这样有利于消除条码尺制造时带来的误差。 （2）数据记录参数引起的误差 在数字水准仪正式测量前，需要输入仪器参数，如测站标准差、重复测量次数等。如果观测人员不仔细核对这些数据，容易输入错误的数据，这些数据在测站上很难被发现，这样会给测量结果带来不可挽回的影响。 参考文献： 1杨俊志 李恩宝 温殿忠， 数字水准测量 ，测绘出版社，2009 年. 62孔祥元，郭际明， 控制测量学 ，武汉大学出版社，2006 年. 3翟 翊， 现代测量学 ，测绘出版社，2008 年.
