[科普中国]-精密水准测量

简介

精密水准测量一般指国家一、二等水准测量，在各项工程的不同建设阶段的高程控制测量中，极少进行一等水准测量，故在工程测量技术规范中，将水准测量分为二、三、四等三个等级，其精度指标与国家水准测量的相应等级一致1。

精密水准测量作业的一般规定（1）观测前30分钟，应将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；观测时应用测伞遮蔽阳光；迁站时应罩以白色仪器罩。

（2）仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等，其差应小于规定的限值：二等水准测量中规定，一测站前、后视距差应小于1.0m，前、后视距累积差应小于3m。这样，可以消除或削弱与距离有关的各种误差对观测高差的影响，如i角误差、地球曲率和垂直折光等影响。

（3）对气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记，随着气温变化，应随时调整置平零点的位置。对于自动安平水准仪的圆水准器，须严格置平。

（4）同一测站上观测时，不得两次调焦；转动仪器的倾斜螺旋和测微螺旋，其最后旋转方向均应为旋进，以避免倾斜螺旋和测微器隙动差对观测成果的影响。

（5）在两相邻测站上，应按奇、偶数测站的观测程序进行观测，对于往测奇数测站按“后前前后”、偶数测站按“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。返测时，奇数测站与偶数测站的观测程序与往测时相反，即奇数测站由前视开始，偶数测站由后视开始。这样的观测程序可以消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差对观测高差的影响，如i角的变化和仪器的垂直位移等影响。

（6）在连续各测站上安置水准仪时，应使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，而第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧（一只手固定握着一个脚架法）。

（7）每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数，由往测转向返测时，两水准标尺应互换位置，并应重新整置仪器。在水准路线上每一测段仪器测站安排成偶数，可以削减两水准标尺零点不等差等误差对观测高差的影响。

（8）每一测段的水准测量路线应进行往测和返测，这样，可以消除或减弱性质相同、正负号也相同的误差影响，如水准标尺垂直位移的误差影响。

（9）一个测段的水准测量路线的往测和返测应在不同的气象条件下进行，如分别在上午和下午观测。

（10）由后（前）视读数到前（后）视读数时，不得重新调整圆水准器气泡居中。

（11)使用补偿式自动安平水准仪观测的操作程序与水准器水准仪相同。观测前对圆水准器应严格检验与校正，观测时应严格使圆水准器气泡居中。

大部分仪器有测量按钮，按动测量按钮，自动补偿器的重力摆轻微摆动，静止后可读数。

（12）水准测量的观测工作间歇时，能结束在固定的水准点上，否则，应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置水准标尺的固定点，作为间歇点加以标记，间歇后，应对两个间歇点的高差进行检测，检测结果如符合限差要求(对于二等水准测量，规定检测间歇点高差之差应≤1.0mm)，就可以从间歇点起测。若仅能选定一个固定点作为间歇点，则在间歇后应仔细检视，确认没有发生任何位移，方可由间歇点起测。

测站观测程序往测时，奇数测站照准水准标尺分划的顺序为

后视标尺的基本分划；

前视标尺的基本分划；

前视标尺的辅助分划；

后视标尺的辅助分划；

往测时，偶数测站照准水准标尺分划的顺序为

前视标尺的基本分划；

后视标尺的基本分划；

后视标尺的辅助分划；

前视标尺的辅助分划。

返测时，奇、偶数测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇数测站相同。

每站操作步骤对于“后—前—前—后”的观测程序：

整置仪器水平（望远镜绕垂直轴旋转时，符合水准器气泡两端影像分离不超过1cm）

将望远镜对准后视标尺（标尺立直），使符合水准器气泡两端的影像符合（即气泡两端影像分离不得大于2mm），随后用望远镜的上丝和下丝照准标尺的基本分划进行视距读数，视距读数的第四位数由测微器直接读取。

然后，使符合水准器气泡两端影像完全密合，转动测微轮用楔形丝精确夹准标尺的基本分划线，读取标尺的基本分划读数（前三位在标尺读取，后两位在测微器读取）。

旋转望远镜照准前视标尺，使符合水准气泡两端影像精确符合，转动测微轮，用楔形丝精确夹准标尺的基本分划线，读取标尺的基本分划和测微器读数，然后用上丝和下丝照准标尺基本分划进行视距读数。

照准前视标尺的辅助分划线，并使符合水准气泡两端影像精确符合，转动测微轮使楔形丝精确夹准标尺的辅助分划线，读取标尺辅助分划和测微器的读数。

旋转望远镜照，照准后视标尺辅助分划线，使符合水准气泡两端影像精确符合，转动测微轮使楔形丝精确夹准标尺的辅助分划线，读取后视标尺辅助分划和测微器的读数。

对于“前—后—后—前”的观测程序，操作步骤类似。

精密水准测量的误差来源仪器误差1、视准轴与水准轴不平行（ i角）的误差

2、水准标尺每米长度误差的影响

3、两水准标尺零点差的影响2

外界因素引起的误差1、温度变化对i角的影响

2、仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响

3、大气垂直折光的影响

4、电磁场对水准测量的影响

观测误差主要有水准器气泡居中的误差，照准水准标尺上分划的误差和读数误差，这些误差都是属于偶然性质的。由于精密水准仪有倾斜螺旋和符合水准器，并有光学测微器装置，可以提高读数精度，同时用楔形丝照准水准标尺上的分划线，这样可以减小照准误差，因此，这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。实验结果分析表明，这些误差在每测站上由基辅分划所得观测高差的平均值中的影响还不到0.1mm3。