王志偉

（湖南五凌電力有限公司長(zhǎng)沙市410002）

水利工程大壩沉陷的人工監(jiān)測(cè)通常是采用水準(zhǔn)儀來(lái)完成：通過(guò)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行大壩沉陷和位移分析。然而在進(jìn)行大壩監(jiān)測(cè)的水準(zhǔn)測(cè)量放樣中，監(jiān)測(cè)受到各種因素制約，由此產(chǎn)生的誤差嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)精度，因此我們必須在監(jiān)測(cè)作業(yè)中盡量減少或避免這些誤差。通過(guò)分析，測(cè)量誤差主要有儀器誤差、觀測(cè)誤差。而儀器誤差或操作過(guò)程產(chǎn)生的（i角誤差）很容易被人忽視，而它對(duì)測(cè)量成果的精度卻帶來(lái)了較大的影響，卻不容忽視。下面就對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量中i角誤差的來(lái)源和修正誤差進(jìn)行探討，并對(duì)大壩測(cè)量過(guò)程中如何減少這種誤差所采用的措施進(jìn)行研究。

1 i角誤差產(chǎn)生的原因

儀器制造加工本身就存在精度誤差，經(jīng)過(guò)校正，儀器仍會(huì)存在一些殘余誤差。測(cè)量中當(dāng)水準(zhǔn)氣泡居中時(shí)，視準(zhǔn)軸仍不能完全水平，這樣在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)也就產(chǎn)生了誤差。其中主要是水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸的不平行所產(chǎn)生的誤差，即i角（校正殘余）誤差。

2 i角在高差中的影響（附圖）

i角在高差中的影響到底有多大？從圖上可看出x的大小與S成正比；也就是說(shuō)尺子與儀器的距離愈大，i角所取的讀數(shù)愈大。設(shè)a1和b1為水準(zhǔn)測(cè)量中的理論讀數(shù)，而通過(guò)儀器看到的水準(zhǔn)尺上的真實(shí)讀數(shù)a1和b1分別為（x1和x2為讀數(shù)尺上的一個(gè)小變化量讀數(shù)，即為理論數(shù)與誤差之和S1和S2分別為前后視距，ρ為單位長(zhǎng)度）：

附圖i角誤差

對(duì)于一個(gè)測(cè)站來(lái)說(shuō)，兩點(diǎn)的理論高差為h可按下式計(jì)算：

而A、B兩點(diǎn)的正確高差為：

因此得到i角在高差中的影響為：

而對(duì)于兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)之間一個(gè)測(cè)段的高差總和的誤差影響為：

由上面的公式以看出，當(dāng)后視與前視的距離相等（即：S1=S2）時(shí)或一個(gè)測(cè)段的前后視距總和相等（即：∑s后-∑s前），δh為0，即i角對(duì)誤差的影響為0，可得正確高差。由此可見，在i角保持不變的情況下，一個(gè)測(cè)站上的前后視距相等或一個(gè)測(cè)段的前后視距差總和為零，觀測(cè)高差中由于i角的誤差影響都可以得到消除。但在實(shí)際作業(yè)中，要求前后視距完全相等是困難的。下面討論前后視距不等差的情況及誤差容許值問(wèn)題。S1-S2=δhρ/i，在一定的i角誤差下，我們一般要求產(chǎn)生的高差誤差很小，其影響應(yīng)小到可以忽略不計(jì)的程度，如δs≤0.l mm，那么前后視距之差的容許值可通過(guò)公式算得，現(xiàn)設(shè)i=15″（符合儀器檢驗(yàn)規(guī)范要求的最大值），代入公式，可算得S1-S2約等于1.4m。

附表i角引起的高差誤差隨前后視距差增大對(duì)照表

從表中我們可以看出，當(dāng)前后視距差超過(guò)10 m時(shí)，高差誤差已經(jīng)達(dá)到1 mm。因此，對(duì)于一般物體放樣精度要求1 mm時(shí)，前后視距差是不可以超過(guò)10 m的。

3 外界條件——溫度變化對(duì)i角的影響

溫度的變化不僅引起大氣折光的變化，而且對(duì)i角也有一定的影響。

當(dāng)烈日照射水準(zhǔn)管時(shí)，由于水準(zhǔn)管本身和管內(nèi)液體溫度升高，氣泡向著溫度高的方向移動(dòng)，影響儀器水平，產(chǎn)生氣泡居中誤差。

不均勻的溫度對(duì)儀器的性能影響更大。例如：從前方和后方分別日光照射水準(zhǔn)管，就能使氣泡發(fā)生移動(dòng)——水準(zhǔn)管軸的零位置改變了。

但是當(dāng)溫度變化時(shí)，完全避免i角的變化是不可能的。例如儀器受熱的部位不同，對(duì)i角的影響也顯著不同，當(dāng)太陽(yáng)射向物鏡和目鏡端影響最大，旁射水準(zhǔn)管一側(cè)時(shí)，影響較小，旁射與水準(zhǔn)管相對(duì)的另一側(cè)時(shí)，影響最小。因此，溫度的變化對(duì)i角的影響是極其復(fù)雜的，有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)儀器周圍的溫度均勻地每變化1℃時(shí)，i角將平均變化約為0.5″，有時(shí)甚至更大些，有時(shí)竟可達(dá)到1″～2″。

由于i角受溫度變化的影響很復(fù)雜，因而對(duì)觀測(cè)高差的影響是難以用改變觀測(cè)程序的辦法來(lái)完全消除。而且這種誤差影響在往返測(cè)不符值中也不能完全被發(fā)現(xiàn)，這就使高差中數(shù)受到系統(tǒng)性的誤差影響。

4 避免和減弱i角誤差

從以上分析可知，減少誤差可從以下幾個(gè)方面著手，來(lái)減少測(cè)量誤差，為工程沉降位移，提供更加準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，確保工程運(yùn)行安全。

（1）有效地減弱系統(tǒng)性誤差的影響最有效的辦法是減少儀器受輻射熱的影響，如：觀測(cè)時(shí)打傘，避免日光直接照射儀器；在觀測(cè)開始將儀器預(yù)先從箱中取出，使儀器充分地與周圍外界空氣溫度保持一致。

（2）盡量使得前后視距量減少，一般差值小于3 m，且測(cè)站數(shù)為偶數(shù)。