基本介紹
- 中文名：閉合水準路線
- 外文名：Closed leveling line
- 學科：測量
- 套用：建築等
- 描述：水準路線測量
概念,測量儀器,電子水準儀的原理,電子水準儀的特點,二等閉合水準路線測量實例,二等水準測量儀器設備,觀測與計算要求,第一測段A-B第一測站的觀測步驟,二等閉合水準路線高差閉合差超限原因分析,儀器誤差,觀測誤差,外界環境的影響,研究結論,
概念
閉合水準路線是指在實際的工程測量中，往往需要由已知高程點測定若干個待測高程點的高程。為了進一步檢核在觀測、記錄及計算中是否存在錯誤，同時避免測量誤差的積累，保證測量結果的精度，必須將已知點和待測點組成某種形式的水準路線，利用一定的檢核條件來檢核測量結果的準確性。
閉合水準路線是從已知水準點BM.A出發，沿待測點B、C、D、E進行水準測量，最後測回到BM.A。相鄰兩點稱為一個測段。各測段高差的代數和應等於零，即理論值應為零。但在測量過程中，不可避免的存在誤差，使得實測高差之和（測量值）往往不為零，從而產生高差閉合差。所謂閉合差，就是測量值和理論值（或已知值）之差，用Fh來表示。因此，閉合水準路線的高差閉差為： Fh=∑h測-∑h理=∑h測。
不同等級的水準測量，對閉合差的要求也不同。在國家測量規範中，圖根水準測量的高差閉合差容許值Fh（單位為mm）為：
平地：Fh=±40×L1/2；（1）
山地：Fh=±12×N1/2；（2）
式中 L--水準路線長度，即前後視距總和，km；N--測站數，當每公里大於16站時，按（1）式計算。
測量儀器
電子水準儀的原理
電子水準儀是以自動安平水準儀為基礎，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器（CCD）、並採用條碼標尺和圖像處理電子系統而構成的光機電測量一體化的高科技產品。基本工作原理是當人工照準標尺並調焦後，條碼標尺的像經分光鏡，一路成像在分劃板上，供目視觀測；一路成像在探測器上，經光電轉換，輸出的數位訊號被送到微處理器進行處理和存儲，並將其與儀器記憶體的標準碼按一定方式進行比較，即可獲得高度讀數和水平距離。
電子水準儀的特點
（1）電子水準儀的共同特點
①自動讀數。觀測值以數字顯示，不存在觀測員的判讀錯誤及人為讀數誤差；②精度高。視線高和視距讀數都是採用大量條碼分劃圖象經處理後取平均得出來的，因此削弱了標尺分劃誤差的影響。多數儀器都有進行多次讀數取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業人員業也能進行高精度測量；③速度快。由於省去了讀數以及人為出錯的重測數量，測量時間與傳統水準儀相比可以節省1/3左右；④效率高。只需調焦和按鍵就可以自動讀數，減輕了勞動強度；⑤自動存儲：數據能自動記錄，檢核，處理並能輸入電子計算機進行後處理，可實線內外業一體化。
（2）DL2007電子水準儀的特點和性能
DL2007高精度電子水準儀是國產首台高精度數字水準儀，高程測量精度達到0.7 mm/km，全新設計，密封防塵、操作簡便、結構緊湊、外形美觀，採用國際頂尖的水準儀補償模式，關鍵部件採用進口材料，並帶溫度補償，在全溫度範圍內達到更高的補償精度。可用於國家二等水準測量及精密沉降觀測等套用。
二等閉合水準路線測量實例
二等水準測量儀器設備
根據競賽要求，二等水準測量需配備以下儀器設備：①南方DL2007電子水準儀：含木腳架1副、2m數碼標尺1對、2個撐桿及2個尺墊（3kg）。②50m測繩（根據參賽隊的要求配發）。
觀測與計算要求
每一條閉合水準路線由3個待求點和1個已知點組成。設A點為已知點，B、C、D為待求點。滿足如下要求：
①觀測使用賽會規定的儀器設備，測站視線長度、前後視距差及其累計、視線高度和數字水準儀重複測量次數規定見表2。
②按照賽會規定，使用規定的3kg尺墊，可以不使用撐桿，也可以自帶撐桿。
③觀測前30min，應將儀器置於露天陰影下，使儀器與外界溫度一致，競賽前還必須對數字水準儀進行預熱測量，預熱測量不少於20次。
④競賽採用手工記錄及計算。
⑤連續測站安置水準儀腳架時，應使其中兩個腳與水準路線的方向平行，第三隻腳輪換置於前進方向的左側或者右側。
⑥除路線轉彎處，每一測站上儀器與前後視標尺應儘量接近一直線上。
⑦水準路線採用單程觀測，每測段測站數為偶數，每測站兩次高差，奇數站觀測水準尺的順序為：後-前-前-後；偶數站觀測水準尺的順序為：前-後-後-前。
⑧同一標尺兩次讀數不設限差，兩次讀數所測高差之差應滿足表1.1規定。
⑨現場完成高程誤差配賦計算，不允許使用編程計算器。
⑩水準路線閉合差應滿足表1.1的限差要求。
第一測段A-B第一測站的觀測步驟
①安置水準儀。在後視點A上豎立帶尺撐的條碼水準尺，在第一測段的第一個轉點上放好尺墊，然後將帶尺撐的條碼水準尺豎立，使兩個水準尺上的氣泡居中。將三腳架在這兩個水準點連線的中點處打開，調整架頭高度，並目估架頭水平，然後打開儀器箱，從箱中取出南方DL2007電子水準儀並安置到三腳架頭上，旋緊腳架上的中心連線螺旋。
②整平儀器。旋轉三個角螺旋將圓水準器的氣泡調整居中。先將圓水準器放在適當位置，然後雙手同時向內或向外旋轉角螺旋，使氣泡向中間移動，氣泡移動方向和左手大拇指移動方向相同；然後再旋轉第三個角螺旋使氣泡居中。這項工作要反覆進行，直至儀器旋轉到任何方向氣泡都居中為止。
③照準與調焦。首先利用粗瞄器將望遠鏡照準後視點A處標尺，慢慢旋轉目鏡使十字絲影像最為清晰，再旋轉調焦手輪使標尺的影像最為清晰，轉動水平微動螺旋使標尺的像在十字絲豎絲的中心，同時注意消除視差。
④開機。
⑤設定。設定鍵用來對儀器的參數進行設定，如測量模式選擇N次測量，最小讀數為精密0.1mm，數據單位為米，數據輸出為記憶體等。
⑥測量標尺讀數和距離。選擇標準測量模式的標準測量，按MEAS鍵進行測量，當螢幕上顯示標尺均值和視距均值時，把數據記錄到記錄表中。根據奇數站後前前後的觀測順序，依次把數據記錄到表格中。
⑦計算一測站高差。根據水準測量原理，計算兩次高差，若其差值≤0.6mm，則取其平均值作為這一測站高差；此時儀器搬站，進行下一站測量；若其差值>0.6mm，則重新安置儀器測量。
二等閉合水準路線高差閉合差超限原因分析
從表1可以看出，即使每測站觀測成果有效，但整條閉合路線測量結果顯示高差閉合差還是超限了。在平時的大量練習中，也經常出現這樣的情況。究其原因，影響數字精密水準測量的因素很多，主要誤差有：儀器誤差、操作者誤差；客觀環境誤差。另外，還有正確使用、保養和檢查數字水準儀對水準測量的影響。
表1 二等水準外業觀測手簿
表1 二等水準外業觀測手簿儀器誤差
（1）水準儀的精度對精密水準測量成果的影響
水準儀儀器的觀測精度，主要是由儀器的誤差而引起的每公里水準測量往返測中數的中誤差，表示儀器在測量中所能達到的精度。現有的數字水準儀的性能已非常優良，能滿足精密水準測量的精度要求。因此，在觀測前，只要對數字水準儀進行嚴格的檢校，如儀器的補償性能、儀器解析度、電子i角等，掌握儀器的工作狀態；在觀測過程中，測量作業、操作儀器嚴格按照《規範》要求，比如對視距的選擇、在照準同一測站前、後視尺時儘量避免調焦、每一測站的後、前視距離之差和每一測段的後、前視距離之累計差規定一個限值、在陽光下觀測必須用傘遮住儀器等，就可以減弱或消除水準儀的精度對精密水準測量成果的影響。
（2）銦瓦水準標尺對精密水準測量成果的影響
為消除銦瓦水準標尺對水準測量成果的系統誤差，作業前，必須對水準標尺進行嚴格的檢定。國外研究結果表明，不恰當的檢定方法可能獲得錯誤的改正數，會帶來巨大的系差，因此國內需建立適合國情的銦瓦水準標尺檢定裝置。而對於兩水準標尺零點差的影響可在實際水準測量作業過程中予以抵消，如將測段測站數安排成偶數站，且在相鄰測站上使兩水準標尺輪流作為前視尺和後視尺等。
觀測誤差
操作者對精密水準測量成果的影響主要在觀測者的置平質量、調焦質量及立尺者標尺安置質量對測量的影響。
（1）整平儀器誤差
在整平過程中，要遵循左手拇指規則：“左手拇指旋轉腳螺旋的運動方向，就是氣泡移動的方向”，不可盲目轉動腳螺旋。另外要注意儀器轉到任何方向，氣泡都要居中，這樣才能提高測量結果的準確性。
（2）調焦誤差
對於調焦質量，數字水準儀也要求十字絲影像清晰、標尺的像準確地聚集在CCD感測器上，才能準確的反映測量值，否則，調焦質量不高、成像不清晰，數字水準儀自動測量的數值也是不準確的。觀測者保證每站的儀器調焦質量，才可獲得最佳的測量精度。
（3）水準尺傾斜誤差
在水中測量讀數時，若水準尺在視線方向前後傾斜，會造成水準尺讀數總會偏大，所以立尺者要確保尺上的圓水準氣泡居中或配套使用廠家提供的可調節升降尺撐，提高扶尺質量，保證測量結果的準確性。當條形碼標尺上位於視線上下一定範圍內的尺面被遮擋後，CCD感測器將因採樣數據不足而產生不夠精確的結果或無法產生結果。所以在觀測過程中，應儘量避免標尺被遮擋現象。
外界環境的影響
（1）光照及風力對水準測量成果的影響
野外作業時，光照會造成儀器各部分受熱不均使軸線關係改變，對於採樣範圍內的亮度不均勻的條形碼群體，會使曝光時間失控，單次測量時間延長，影響測量精度，嚴重時會使測量中斷。風大時會使儀器抖動、不易整平等都會引起誤差。所以要選擇好的天氣測量，另外，給儀器打傘遮光等都是消除和減弱其影響的好辦法。
（2）振動對水準測量成果的影響
數字水準儀屬於自動整平水準儀，由於交通、機械、氣流等產生的振動，影響補償器致使視準軸線不穩定和標尺不穩定。數字水準儀對各種震動特別是地面震動非常敏感，當震動引起的振幅較大時儀器單次採樣時間就會大大增加，單站讀數誤差增大從而降低測量精度。水準路線常是在交通繁忙公路上進行，受車輛通過或空氣抖動等強烈振動影響較大，致使這些測段誤差大。因此，在作業過程中，除要選擇穩定的地方設站和立尺外，還需給出儀器、立尺穩定時間，以減弱補償器振動和空氣抖動的影響。
（3）大氣折光對水準測量成果的影響
精密路線測量時，大氣折光對測量精度的影響也是十分明顯的。一般視線離地面越近，光線的折射也就越大。觀測時應根據二等水準測量技術要求對視線高度的規定，以減小大氣折光的影響。
研究結論
數字水準儀優點顯著，對標尺分劃的自動測量技術，防止了人為讀數和傳遞誤差，測量過程簡捷迅速、測量數據準確可靠，節省人力，大大提高了工作效率。但對於精密水準測量來說。測量成果的精度不僅取決儀器的性能，而且更主要的是取決於測量的方法和外界條件的影響。只有熟悉儀器的操作方法，在操作過程中認真、仔細，嚴格執行二等水準測量技術要求和測量規範中的規定，並儘可能減小外界條件的影響，才會使二等閉合水準路線高差閉合差限制在要求範圍內，獲得有效的數據，提高測量精度。
