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1、标尺倾斜对数字水准仪测量的影响摘要:在地形起伏地区水准测量中,标尺倾斜误差存在累积性,具有系统误差特征,分析了标尺倾斜误差对水准仪测量的影响,提出了通过高差加入标尺平均倾斜改正,来减小标尺倾斜误差对水准测量的影响。通过“水准测量中标尺倾斜误差分析与改正”的文章中海阳市水准网数据的分析,论证了上述论点,同时提出利用改正后的附合路线闭合差的均方根误差大小,来筛选最佳平均倾斜量的方法,并根据高差倾斜改正前后网的精度验证了方法的正确性,最后综述了标尺倾斜影响的控制方法。关键词:水准测量;标尺倾斜;误差;改正方法;精度0 前
2、言水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误差、人为的观测误差以及外界条件的影响三个方面。一、仪器误差仪器误差主要是指水准仪经检验校正后的残余误差和水准尺误差两部分。1.残余误差水准仪经检验校正后的残余误差，主要表现为水准管轴与视准轴不平行，虽然经校正，但仍然残存的少量误差。这种误差的影响与距离成正比，观测时若保证前后视距大致相等，便可消除或减弱此项误差的影响。这就是水准测量时为什么要求前后视距相等的重要原因。2.水准尺误差由于水准尺的刻划不准确，尺长发生变化、弯曲等，会影响水准测量的精度，因此，水准尺须经过检验符合要求
3、后，才能使用。有些尺子的底部可能存在零点差，可在一水准测段中使用测站数为偶数的方法予以消除。其理由是：例如第一站测量，正确高差为，由于零点差，观测结果得到不正确高差为，假设后尺A零点未磨损，前尺B零点磨损量为△，则第一站，A尺未磨损，B尺磨损△，则第二站，由于前后尺倒换，则第三站，前后尺又倒换，所以如此继续下去。从上列公式看出：第一站高差测小一个△，第二站测大一个△，第三站又小一个△，全路线总高差为各站高差之和。如果全路线布置成偶数测站，则可完全消除水准尺零差对高程的影响。二、观测误差1.水准管气泡居中误差设水准管
4、分划值为，气泡居中误差一般为。采用符合水准器时，气泡居中精度可提高一倍。2.水准尺估读误差在水准尺上估读毫米数的误差，与人眼的分辨力、望远镜的放大倍率V和视距长度D有关。通常用下式计算3.视差影响当存在视差时，由于水准尺影像与十字丝分划板平面不重合，若眼睛观察的位置不同，便读出不同的读数，因而会产生读数误差。所以，观测时应注意消除视差。4.水准尺倾斜误差水准尺倾斜将使尺上的读数增大，且视线离地面越高，读取的数据误差就越大。例如水准尺倾斜3.5°，在水准尺1m处读数时，将产生2mm的误差。若读数大于1m，误差将超过2
5、mm。三、外界条件的影响1.仪器下沉在土质较松软的地面上进行水准测量时，易引起仪器下沉，致使观测视线降低，造成测量高差的误差，若采用“后—前—前—后”的观测顺序可减弱其影响。因此仪器应放在坚实地面上，并将仪器脚架踏实。2.尺垫下沉转点处的尺垫发生下沉后，使下一测站的后视读数增大，则高差增大，造成高程传递误差。为此，实际测量时，转点应设在坚实地面上，尺垫要踏实。地球曲率和大气折光的影响如图1所示，用水平视线代替水准面，若在尺上读数产生的误差为C，C值为由于大气折光的影响，视线不是水平线，而是一条曲线（如图1所示），其
6、曲率半径为地球半径的倍。因此折光对水准尺读数影响为折光与地球曲率的综合影响为如果使前后视距相等，则上式计算的值相等。因此，地球曲率和大气折光的影响将得到消除或大大减弱。4.温度影响温度的变化不仅引起大气折光的变化，而且仪器受到烈日的照射，水准管气泡将向着温度高的方向偏移，影响仪器的水平，从而产生气泡居中的误差。因此，观测时应注意撑伞遮阳，避免阳光直按照射。图1以上综述仪器误差包含视准轴与水准管轴不平行引起的误差和水准尺的误差,观测误差包含精平误差、调焦误差、估读误差、水准尺倾斜误差,外界环境的影响主要有水准仪水准尺
7、下沉误差、地球曲率及大气折光引起的误差及日照风力引起的误差。通过控制前后视距差,可消除视准轴与水准管轴不平行引起的误差、调焦误差、地球曲率引起的误差;精平误差、估读误差是偶然误差,具有测站间抵消性,并且通过使用合格的自动安平水准仪及观测时精平可消减精平误差;通过控制视线高度可消减大气折光引起的误差;通过尺长改正及使测段间仪器站数为偶数站可消除水准尺误差。而标尺倾斜误差虽然可以通过标尺直立得到减小,但读数瞬间标尺总存在不垂直,其大小虽不一,但存在区间性,其影响是高差越大误差越大,随着高差的累积产生累积。因此标尺倾斜误
8、差具有系统性,通过研究可统计出测区标尺倾斜误差的平均大小,测段高差中适当加入标尺倾斜改正,可以减少标尺倾斜影响,提高水准网的精度。1标尺倾斜误差分析1．1 标尺倾斜误差的大小水准观测作业时,由于受到各种因素的影响,不能保证标尺的完全竖直。由于起伏地区前后尺视线高度不同,使得前后标尺倾斜误差不能抵消,产生累积形成误差。设某测段前后尺平均倾斜姿态角同为θ,前后尺
