2.7 水准测量误差来源及消减方法

水准测量的误差来源可以分为三方面：仪器误差、观测误差、外界环境影响产生的误差。

2.7.1 仪器误差

（1）视准轴不平行于水准管轴。水准仪经过检验和校正后，仍存在有视准轴不平行于水准管轴的残余误差。为了消减这项误差对高程测量的累计影响，在外业施测过程中要保证一测站的前后视距差、一测段的前后视距差累计值不得超过规定值。

（2）水准尺误差。水准尺刻划不准、尺长变化、弯曲等都会影响水准测量的精度。因此水准尺必须经过检验后才能使用，并且水准尺尽可能在桌面上水平放置、上面不得放置重物。水准尺使用时间较长后，会出现尺端部磨损，即出现水准尺的零点差。在一测段，尽可能布置成偶数测站，以消减水准尺的零点差。

2.7.2 观测误差

（1）气泡未严格居中。对微倾式水准仪，气泡是否居中、符合气泡的两侧影像是否重合都是靠人的肉眼来判定，受制于观测者的鉴别力，读数时水准气泡难以达到严格居中，从而导致读数误差。这种对读数误差影响的大小与水准器的灵敏度和视距有关。

（2）视差现象的影响。视差现象是十字丝平面与水准尺影像不重合，眼睛在目镜处上下稍微移动，读数会不同，从而带来较大的读数误差。在读数之前，必须仔细调整目镜、物镜的调焦螺旋，消除视差。

（3）读数误差的影响。普通水准测量读数中，毫米数是估读的，估读的误差与望远镜里水准尺成像的清晰程度、视距以及放大倍数有关。视线距离较短时，标尺分划的成像清晰，读数误差较小；距离过长时，视野内的标尺分划必然很小甚至模糊不清，因而带来较大的读数误差。所以要选用相应等级的水准仪（即要求相应望远镜的放大倍数），观测中应注意控制视线长度。

（4）水准尺倾斜的影响。水准尺无论向哪一方向倾斜，总会使水平视线的读数增大，

并且视线高度越高，误差就越大（图222）。因此，在观测中必须注意应使水准尺严格竖直。水准尺一般装有水准器，测量过程中立尺要保证水准器气泡居中，并时常检查水准器是否满足使用要求。

2.7.3 外界环境的影响

（1）地球曲率与大气折光的影响。两点间高差应为通过该两点的水准面间的垂直距离，如图223所示。水准测量时，水准尺应铅垂地竖立，各点所立水准尺应垂直于过该点的水准面，水准仪的视线也应平行于水准面。但水准仪提供的是一条水平视线，因此产生了地球曲率的影响。视线由水准尺到达望远镜，将穿越不同密度的大气层，出现折射现象，其通过的路线为曲线，水准仪瞄准的是该曲线的切线方向，因而产生大气折光的影响。两者对读数的影响均与距离有关，只要前后视距离相等，它们在前后视读数中的影响就相等，在计算高差时便相互抵消。因此，在水准测量中必须严格控制测站的前后视距差及测段的前后视距累计差。

图222 水准尺倾斜对读数的影响 图223 地球曲率与大气折光对读数的影响

（2）仪器和标尺下沉的影响。在测站后视读数完毕，读取前视读数过程中，若土质松软，仪器下沉Δ值，前视读数将减少Δ，使得高差增加Δ，仪器下沉的影响随测站数的增加而积累。为了减小这类误差，可采用以下措施：选择土质坚硬的地点安置仪器，采用“后前前后”的观测程序，取红黑面高差的平均值来消除一部分影响。在一站测完，迁站到下一测站过程中，转点的水准尺及尺垫也会受自重而下沉，从而导致后视读数增大，也导致高差增大。可以采取往返观测，取往返的平均高差，减弱水准尺下沉的影响。

（3）温度的影响。环境温度的变化会使水准尺产生伸缩，气泡长度发生变化，从而导致标尺长度不准确，气泡灵敏度降低。因此观测前应使仪器温度和外界温度趋于一致，并避免在气温突变时进行观测。阳光直射会导致架腿热胀而伸长，导致气泡偏移。风力会使不同密度的空气发生流动而导致视线发生跳动，地面水分的蒸发会导致影像模糊、抖动、折光加剧。因此水准测量应选择良好的观测时段，并保证视线距离地表的高度。