水准尺倾斜对水准测量精度的影响分析
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摘 要：水准测量因其操作简便、精度较高等优点，被广泛应用于工程建设、楼体监测、地表形变沉降等诸多方面，利用水准仪观测断层两侧高程变化是地震形变监测的重要手段之一，但水准测量过程中，其数据精度质量与水准尺的竖直程度密切相关。本文以水准尺常用地圆水准器检测为例，探究水准尺的倾斜对水准高程测量结果的影响，并提出减少误差影响的相关建议，提高观测精度，获得准确的形变信息。
关键词：水准尺倾斜；圆水准器；测量精度
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.097
伴随现代测绘技术的不断发展，对于高程测量的采集产生许多新型测绘方法，比如无人机航测、激光雷达观测、GPS高程测量等，此类技术虽然具备各自优势，但是在高程测量中还是无法全部替代传统水准仪测量，特别针对地形变水准测量，水准观测具有简便、直观、高效的优势，因此以圆水准器来检验水准尺竖直程度对高程测量的精度影响，具有一定的现实实践意义，以此获得准确可靠的地壳形变信息，更好的运用于地震分析预报。
1 检验圆水准器的方法
选择距离在50米的地方，分别确定两个点，这两个点上架设水准仪，水准仪完成架设以后是对水准尺的安装，并且在安装过程中要保证水准尺中线或者是边缘要和目镜中的竖丝完全重合，若安装完成以后，出现水准气泡向着OA方向偏离。采用解决方法是改正针调整圆水准气泡，调整到完全居中为宜；若安装完成以后，水准气泡仅单一方向偏离，此时AO方向偏离无需调节，但若水准尺旋转90度，旋转以后要求水准尺侧面朝向水准仪，如出现水准尺气泡偏离情况，则需继续调节。如此重复使用上面的方法进行调整，直到水平尺的气泡是居中的状态才能停止调整。当然可使用别的方法代替，比如可使用全站仪来替代水准仪的调整，同时使用全站仪验证，还可把两个点的距离缩短，验证的过程中可先把全站仪平直放，拨动全站仪的水平制动螺旋，对其水平度盘的固定，固定以后只能使照着部竖直和在平面内转动，此时需使用目镜中的竖丝，把竖丝作为标准来指示水平尺的竖直情况。若在目镜中不能全部显示水准尺时，需使用上下旋动来调整，直到全部显示为调整结束。
2 水准尺倾斜带来的影响
2.1 水准尺倾斜方向对测量精度的影响
水准尺在发生倾斜中有两种情况，一种是平行于刻度面的横向倾斜；另一个是垂直于刻度面的纵向倾斜。在平行于刻度面的横向斜中，水准仪照的位置是水准尺的A点上，这个时候的读数是OA的距离，代表的是视线的高。但是在实际的距离中视线高应该是OB的距离，这个时候产生的差，形成的原因是水准尺的倾斜造成。把造成这种误差记录为Δ。垂直于刻度面的纵向倾斜中，水准仪的读数为OA，但是这个视线高也不是正确的，实际的视线高应该是OB之间距离。当水准尺长度固定时，由于水准尺的倾斜造成的测量视线产生的误差，仅与水平尺偏离竖直方向的读数和距离有关系，得出的结论是和水准尺的倾斜方向没有关系，即在倾斜的角度和读数一定时，水准尺无论朝向如何，其因倾斜造成的测量视线高差都是相等的。
2.2 水准尺倾斜对单个测量站测量视线高的影响
根据国家的《国家一、二等水准测量规范》中，要求二等水准测量中，测量的视线高不低于0.3m，且小于2.8m，因此按照普通尺长为2m和3m，偏离距离是1cm、2cm和4cm，根据这些数据来计算，就可根据上面的关系式得出Δ的数值。在《国家一、二等水准测量规范》中规定，二等水准测量单位测量单个测量站中基辅划分度数的误差不能超过0.4mm。因此根据这个规定，由于水准尺倾斜造成的视线高误差不能超过0.4mm。只有在严格的控制住水准尺的倾斜程度，使其偏离的值尽量缩小，最好是小于2cm，控制读数的最大值，就可有效减少这样的误差。
3 引起水准测量高程误差的因素分析
在水准观测中，除水准尺倾斜对测量精度造成的影响外，其它一些因素如：测量时光线、大气温度等也会对测量结果造成一定影响。
（1）仪器下沉因素影响。当开展水准测量的基础为土质松软时，水准测量仪器会缓慢造成下沉，观察的时候视线相对降低，此类情况下会造成高差不准确的误差，为检核该类误差，高等级水准观测中通常采用的解决方法是对观测的顺序进行调整，可采用后、前、前、后的顺序观测，以有效降低、减弱和检核水准仪下沉影响，同时在测量的过程中，尽量把仪器放置在地面坚实的地方，并夯实三脚架。
（2）大气温度影响因素。温度的变化中不仅会对大气造成影响，使折光方式改变。而且在强烈的阳光照射下，水准管中的汽包也会随之温度偏高的方向偏移，使仪器的数字发生不准情况，从而产生水泡居中的误差。解决的方式为在使用仪器测量时，需使用遮阳伞挡住阳光，使光线不能直接对仪器照射。
（3）系统误差因素。系统误差是指水准仪，在经过检验后所存在的固有误差，主要表现的形式有为水准仪视准轴与水准管轴的不平衡，即产生i角影响。尽管仪器使用前，对上述i角进行计算调整，但水准仪内部仍存在少量的固定系统误差，其i角误差的影响主要是和距离是成正比，观测的时候若保证前后视距是大致相等，即可有效减少此类误差的影响，因此使用水准测量时要保证前后视距，即降低大气与地球曲率影响，亦可降低i角因素引起的误差影响。
4 结语
综上所述，在水准仪测量中水准尺的倾斜带来的影响主要包含两方面，即为水准尺倾斜方向对测量精度的影响、水准尺倾斜对单个测量站测量视线高的影响。同时对影响水准测量精度原因分析中，针对仪器下沉、温度影响，仪器自身系统误差等因素提出了解决办法。根据水准测量的原理，有效规避上述误差影响因子，降低对水准观测高程的影响权重，有助于提升地形变沉降测量的数据质量，提高数据资料质量。
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作者简介：闫万晓（1984-），男，山东临沂人，本科，助理工程师，从事水准测量、数据应用分析等相关的研究与管理工作。
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