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甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 姓姓名：名：劉勇 指指 導導 教教 師：師：張小龍 學學號：號：13322917 專專 業(yè)業(yè) 名名 稱：稱：測繪與地理信息技術 2016 年6 月1 日 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 目錄 1 引言 2 水準測量的誤差分析及逐步控制 2.1 儀器誤差 2.2 觀察誤差 2.3 標尺傾斜誤差 2.4 觀察數(shù)據(jù)的處理 2.5 外界因素的影響 3 水準測量的應用 3.1 由+-0.000 向屋頂傳遞高程 3.2 測設坡度線 4 結論 5 參考文獻 6 致謝 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 摘要摘要：水準測量是采用幾何原理，利用水平視線測定兩點間高差。公路工程測量過程中會出 現(xiàn)各種誤差，本文簡要分析水準測量的誤差及控制方法。 關鍵詞：關鍵詞：水準測量；誤差；控制 1 1、引言、引言 水準測量的基本原理是根據(jù)幾何關系， 利用儀器提供的水平視線 觀測立在兩點上的水準尺以測定兩點間的高差。具體作業(yè)方法如下： 在選取了合適的水準路線和固定點之后（水準路線見附圖） ，開始進 行第一測站的觀測，將水準尺立于固定點上做為后視，水準儀放置雜 水準路線附近合適位置， 然后在施測路徑前進方向上取儀器與后尺大 致相等距離放置尺墊，在尺墊上樹立前尺。隨后觀測員對水準儀進行 整平，并按“后后前前”的順序對后尺前尺進行讀數(shù)。在一測站完畢 后，進行檢核，每一測站沒有檢查和復核，將會增大積累誤差值，容 易造成返工，耽誤時間，浪費人力，在水準測量實習中，這一錯誤的 問題經(jīng)常出現(xiàn)，只有即使處理好誤差，然后通知后尺移站，此時前一 站的前視點變?yōu)楹笠徽镜暮笠朁c， 按照與前一站相同的工作程序完成 該站的測量，直到完成該測段為止。 現(xiàn)在水準點觀測采取往返測量， 成果整理要求高差閉合差h 容（h 容=h 往+h 返） ，達到工程 測量規(guī)范要求；水準測量精度的主要因素是水準路線的長度，長度越 長，精度越低，山區(qū)則是測站，測站越多，精度越低. 2 2、水準測量的誤差分析及逐步控制水準測量的誤差分析及逐步控制 通過大量的實踐證明，水準測量主要存在儀器誤差、觀測誤差、 外界因素的影響等幾種。 2.12.1 儀器誤差儀器誤差 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 水準測量之前，雖然進行儀器檢驗和校正，但儀器然存在誤差，一 方面是制造誤差，即儀器在制造過程中就存在制造缺陷誤差，這項誤 差是無法消除的；另一方面是檢驗和校正后的殘余誤差。影響最大、 表現(xiàn)最突出的就是照準軸和水準管軸不平行的誤差，即 i 角誤差。通 過管水準軸應平行于照準軸的檢驗原理可知， i角誤差對高差的影響： 每站高差為 h=（a-b）+i/p.（SA-SB） 每測段的高差為各站觀測高差之和，則 h= （a-b）+i/p （SA-SB） 通過上式分析，i 角的影響與儀器至前后視標尺的視距差及視距 累積差有關?？匆娨?i 角的誤差影響，在實際作業(yè)中，只要做到 前后視距相等即可。但完全做到前后視距相等是非常困難的，所以測 量當中采取前后視距接近，i 角誤差的影響就可忽略不計。對一個測 段來說，若使前后視距累積差很小，就可以使 i 角誤差的影響 i/p （SA-SB） 接近于零， 從而減弱前后視距不等對測段高差所造成的影響。 故水準測量對前后視距差及前后視距累積差可以在限定的范圍差內。 除儀器誤差對高差具有影響外，還有水準標尺零點差誤差的影響。水 準標尺誤差：水準尺誤差有尺長誤差（尺子長度不準確） ，刻劃誤差 （尺上的分劃不均勻）和零點差（尺子的零刻劃位置不準確） ，三種 情況組成。實踐之前都要對水準尺進行檢查，盡可能不使用尺長誤差 和刻劃誤差的標尺。對于標尺零點差的影響，可以在水準測量中，每 測段的測站數(shù)取為偶數(shù)，可以消除標尺的零點差對高差的影響。.由 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 于水準標尺使用的磨損等原因，有時不能完全一致，測量過程中盡量 拿水準標尺刻度清晰的尺子。 2.22.2 觀測誤差觀測誤差 氣泡居中和水準標尺估數(shù)的誤差： 水準測量的主要條件是視線必 須水平。但由于管水準器氣泡未居中，造成望遠鏡視準軸傾斜，產(chǎn)生 讀數(shù)誤差。因此，在中絲讀數(shù)之前就要注意氣泡居中情況，隨時進行 調整， 以減少此類誤差的影響。 水準測量是通過望遠鏡獲取標尺讀數(shù)， 所以存在估讀誤差， 而估讀誤差的大小與厘米分劃寬度的大小及十字 絲的粗細有關，這兩者又與望遠鏡的放大率及視線長度有關。為削弱 估讀誤差的影響，盡量使誤差控制在規(guī)定范圍內。 2.2.12.2.1 視差的影響視差的影響 當存在視差時，尺像與十字絲平面不重合，觀測時眼睛所在的位 置不同，讀數(shù)也不同，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。所以在讀數(shù)前，要進行仔細物 鏡對光，消除誤差。 2.32.3 標尺的傾斜誤差標尺的傾斜誤差 水準測量時，豎立在尺墊上的水準標尺是傾斜的，傾斜標尺上的 讀數(shù)總是比垂直豎立的標尺讀數(shù)為大，當水準標尺的傾斜角為 a 時， 其尺上讀數(shù)為 a1，則由圖可知： a=a1.cosa a=a1-a=a1.（1-cosa） 即a 的大小取決于水準標尺傾斜角 a 和標尺上讀數(shù) a1的大小。 當 a=1 ，a 1=3m 時，則a=0.5mm，這種影響在圖根水準測量中是不 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 算大的。要消除該誤差的影響，必須認真扶尺。 2.42.4 觀測數(shù)據(jù)的處理觀測數(shù)據(jù)的處理 2.4.12.4.1 觀測數(shù)據(jù)預處理觀測數(shù)據(jù)預處理 （1）尺長改正。用標尺尺長檢定改正數(shù)乘以各測段高差 值，反符號加入往返測段高差中，即： f =fh f為一對水準標尺每 m 長度的平均誤差； h 為本測段累計高差。 （2）正高改正。 = AHi（） Hi 為測段始末兩點的近似高程平均數(shù)，以米為單位； （） 為測段始末點緯度之差，以分為單位； A 根據(jù)整條水準路線的平均緯度為引數(shù)查表得出； 的計算結果以 mm 為單位。 （3）水準路線閉合差的改正。 此項改正在進行平差時予以 改正。 （4）平差計算 將經(jīng)過尺長和正高改正的外業(yè)測段高差，輸入計算機，采 用清華山維軟件進行平差。 2.52.5 外界因素的影響外界因素的影響 2.5.12.5.1 儀器和標尺的升降誤差儀器和標尺的升降誤差 由于土質疏松及土壤的回彈性等原因， 都會造成儀器或水準標尺 的升降。為了減少這種誤差的影響，讀取紅面讀數(shù)時采用先讀前視的 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 辦法。 由此可知， 如果作業(yè)時對一條水準路線采用往返方向進行觀測， 往返測的平均值中這種誤差的影響將會得到減弱。 2.5.22.5.2 地球彎曲和大氣折光差的影響地球彎曲和大氣折光差的影響 當水平面代替水平面的限制時，由于地球曲率的緣故，對兩標尺 的讀數(shù)產(chǎn)生誤差，可以通過測量前后視距相等，即令 S1=S2，就可以 消除地球曲率差對每站高差的影響。 大氣折光使視線成為一條曲率為 地球半徑 7 倍的曲線，使讀數(shù)減少可用公式h=D/2（2x7R）表示， 視線里地面越近，折射越大，因此視線距離地面不應小于 0.3m，其 影響可以通過中間法消除或減弱，應避開強烈的陽光照射。因此測量 時選擇有利的時間，一天之中，上午 10 時至下午 4 時這段時間大氣 較穩(wěn)定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測時，尺像會有 跳動， 影響讀數(shù)， 應避開這段時間， 陰天、 有微風的天氣可全天觀測。 儀器下沉是指在一測站上讀的后視讀數(shù)和前視讀數(shù)之間儀器發(fā) 生下沉，使得前視讀數(shù)減少，算出的高差增大。為減弱其影響，當采 用雙面尺法或變更儀器高差時，第一次是讀后視讀數(shù)再讀前視讀數(shù)。 即“后-前-前-后”的觀測順序。這樣的兩次高差的平均值即可消除 或減弱儀器下沉的影響。 水準尺下沉的誤差是指儀器在遷站過程中，轉點發(fā)生下沉，使遷 站后的后視讀數(shù)增大，算得的高差增大。如果采取往返測，往測高差 增大，返測高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準尺下 沉的影響。 最有效果的方法是利用尺墊， 在轉點的地方必須放置尺墊， 并將其踩實，以防水準尺在觀測時下沉。 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 3.3.水準測量的應用水準測量的應用 3.13.1 由由+-0.000+-0.000 向屋頂傳遞高程向屋頂傳遞高程 當井字梁屋頂做頂棚時， 常要求在梁側面抄測水平線如圖 3.1 所 示。如為了測設+3.800m 水平線，安置水準儀先在+-0.000m 上立水準 尺，后視讀數(shù)a=1.472m,然后計算前視 b=3.800-a=3.800-1.472=2.328m,將水準尺倒立并上下移動，當水準 視線前視正對準 b=2.328 時，則水準尺 0 點即為+3.800m 高程處。 圖 3.1向屋頂傳遞高程 3.23.2 測設坡度線測設坡度線 如圖 3.2 為某小區(qū)一段污水管線混凝土平基的測設情況， 1 樁 處的設計高程 H1=41.600m，設計坡度 i=-1.4%，已知 BM7 高程 H7=44.027m，測設步驟是： 圖 3.2測設坡度線 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 1.計算各樁設計高程 Hi： 2 設計高程 H 2=41.600m+10.000mx（-1.4%）=41.460m 3 設計高程 H 3=41.600m+20.000mx（-1.4%）=41.320m 4 設計高程 H 4=41.600m+30.000mx（-1.4%）=41.180m 5 設計高程 H 5=41.600m+40.000mx（-1.4%）=41.040m 2.求出視線高 Hi安置水準儀、在 BM7 上讀后視讀數(shù) a=1.412m，則視線高 Hi=44.027+1.412=45.439m 3.計算各樁上的應讀前視 bi： 1 應讀前視 b 1=45.439m-41.600m=3.839m 2 應讀前視 b 2=45.439m-41.460m=3.979m 3 應讀前視 b 3=45.439m-41.320m=4.119m 4 應讀前視 b 4=45.439m-41.180m=4.259m 5 應讀前視 b 5=45.439m-41.040m=4.399m 5 應讀前視 b 5=3.839m+40.000 m x1.4% =4.399m 計算無誤 4.4.結論結論 減少和消除誤差的方法都是以增加時間或采取更多步驟作為代 價。在觀測中操作熟練，才能提高觀測速度，采取規(guī)范的辦法，嚴格 執(zhí)行正確的步驟，觀測與扶尺相互配合，才能得到正確的結果。測量 需要認真細心，反復校核，相信能把誤差減少到最低。水準測量應用 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 中，多找方法來提高效率。 參考文獻 1 楊華，王利軍，王金山.工程測量.哈爾濱工程大學出版 2工程測量規(guī)范.GB500262007. 3城市測量規(guī)范.CJJ899. 4 國家三、四等水準測量規(guī)范.GB1289791 . 5 李華東.工程測量學M.成都：西南交大出版社，2009. 6 伊曉東.道路工程測量M.大連：大連理工大學版社，2008. 致謝致謝 本論文是在老師的指導下和同學們的幫助下修改完成的。在此，我要向他 們的細心幫助和指導表示由衷的感謝。在這段時間里，我從他們身上不僅學到了 許多的專業(yè)知識，更感受到他們工作中的兢兢業(yè)業(yè)，生活中的平易近人。此外， 甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文談水準測量的誤差分析、應用及逐步控制 他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習。 非常感謝大家在我的畢