2.7 水準測量誤差來源及消減方法

水準測量的誤差來源可以分為三方面：儀器誤差、觀測誤差、外界環境影響產生的誤差。

2.7.1 儀器誤差

（1）視準軸不平行于水準管軸。水準儀經過檢驗和校正后，仍存在有視準軸不平行于水準管軸的殘余誤差。為了消減這項誤差對高程測量的累計影響，在外業施測過程中要保證一測站的前后視距差、一測段的前后視距差累計值不得超過規定值。

（2）水準尺誤差。水準尺刻劃不準、尺長變化、彎曲等都會影響水準測量的精度。因此水準尺必須經過檢驗后才能使用，并且水準尺盡可能在桌面上水平放置、上面不得放置重物。水準尺使用時間較長后，會出現尺端部磨損，即出現水準尺的零點差。在一測段，盡可能布置成偶數測站，以消減水準尺的零點差。

2.7.2 觀測誤差

（1）氣泡未嚴格居中。對微傾式水準儀，氣泡是否居中、符合氣泡的兩側影像是否重合都是靠人的肉眼來判定，受制于觀測者的鑒別力，讀數時水準氣泡難以達到嚴格居中，從而導致讀數誤差。這種對讀數誤差影響的大小與水準器的靈敏度和視距有關。

（2）視差現象的影響。視差現象是十字絲平面與水準尺影像不重合，眼睛在目鏡處上下稍微移動，讀數會不同，從而帶來較大的讀數誤差。在讀數之前，必須仔細調整目鏡、物鏡的調焦螺旋，消除視差。

（3）讀數誤差的影響。普通水準測量讀數中，毫米數是估讀的，估讀的誤差與望遠鏡里水準尺成像的清晰程度、視距以及放大倍數有關。視線距離較短時，標尺分劃的成像清晰，讀數誤差較?。痪嚯x過長時，視野內的標尺分劃必然很小甚至模糊不清，因而帶來較大的讀數誤差。所以要選用相應等級的水準儀（即要求相應望遠鏡的放大倍數），觀測中應注意控制視線長度。

（4）水準尺傾斜的影響。水準尺無論向哪一方向傾斜，總會使水平視線的讀數增大，

并且視線高度越高，誤差就越大（圖222）。因此，在觀測中必須注意應使水準尺嚴格豎直。水準尺一般裝有水準器，測量過程中立尺要保證水準器氣泡居中，并時常檢查水準器是否滿足使用要求。

2.7.3 外界環境的影響

（1）地球曲率與大氣折光的影響。兩點間高差應為通過該兩點的水準面間的垂直距離，如圖223所示。水準測量時，水準尺應鉛垂地豎立，各點所立水準尺應垂直于過該點的水準面，水準儀的視線也應平行于水準面。但水準儀提供的是一條水平視線，因此產生了地球曲率的影響。視線由水準尺到達望遠鏡，將穿越不同密度的大氣層，出現折射現象，其通過的路線為曲線，水準儀瞄準的是該曲線的切線方向，因而產生大氣折光的影響。兩者對讀數的影響均與距離有關，只要前后視距離相等，它們在前后視讀數中的影響就相等，在計算高差時便相互抵消。因此，在水準測量中必須嚴格控制測站的前后視距差及測段的前后視距累計差。

圖222 水準尺傾斜對讀數的影響 圖223 地球曲率與大氣折光對讀數的影響

（2）儀器和標尺下沉的影響。在測站后視讀數完畢，讀取前視讀數過程中，若土質松軟，儀器下沉Δ值，前視讀數將減少Δ，使得高差增加Δ，儀器下沉的影響隨測站數的增加而積累。為了減小這類誤差，可采用以下措施：選擇土質堅硬的地點安置儀器，采用“后前前后”的觀測程序，取紅黑面高差的平均值來消除一部分影響。在一站測完，遷站到下一測站過程中，轉點的水準尺及尺墊也會受自重而下沉，從而導致后視讀數增大，也導致高差增大。可以采取往返觀測，取往返的平均高差，減弱水準尺下沉的影響。

（3）溫度的影響。環境溫度的變化會使水準尺產生伸縮，氣泡長度發生變化，從而導致標尺長度不準確，氣泡靈敏度降低。因此觀測前應使儀器溫度和外界溫度趨于一致，并避免在氣溫突變時進行觀測。陽光直射會導致架腿熱脹而伸長，導致氣泡偏移。風力會使不同密度的空氣發生流動而導致視線發生跳動，地面水分的蒸發會導致影像模糊、抖動、折光加劇。因此水準測量應選擇良好的觀測時段，并保證視線距離地表的高度。