剖析工程测量误差控制的有效措施

摘要：本文首先论述了工程测量中产生误差的原因，包括测量仪器设备的影响、自然条件的影响、人为因素的影响三个方面，并提出了工程测量中误差控制的有效措施。

关键词：工程测量；测量误差；有效控制

Abstract: This paper first discusses the cause of the error in engineering measurement, including the measurement instruments and equipment, the influence of natural conditions, the impact of human factors in three aspects, and puts forward some effective measures to control the error in engineering measurement.

Key words: engineering measurement; measurement error; effective control

中图分类号：P25 文献标识码：文章编号：

1、测量仪器设备影响产生的误差

1.1 同仪器和干扰有关的误差

天线相位中心变化：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3~5cm。因此，若要提高RTK测量的定位精度，必须进行天线检验校正。

①多路径误：多路径误差是RTK测量中最严重的误差，其大小取决于天线周围的环境，一般为几厘米，高反射环境下可超过10cm。多路径误差可通过选择地形开阔、不具反射面的点位、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线、基准站附近铺设吸收电波的材料等措施予以削弱。

②信号干扰：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200米，离高压线应超过50米。

③气象因素：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到1-2dm。因此，在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。

1.2 同距离有关的误差

①电离层误差：电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差，其延迟强度与电离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的5倍，冬季为夏季的5倍，太阳黑子活动最强时为最弱时的4倍。利用下列方法可使电离层误差得到有效的消除和削弱：利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响：利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线）；利用电离层模型加以改正。实际上RTK技术一般都考虑了上述因素和办法。但在太阳黑子爆发期内，不但RTK测量无法进行，即使静态GPS测量也会受到严重影响。太阳黑子平静期，其误差一般小于5×10。

②对流层误差：对流层是高度为40km以下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时也使传播的路径发生弯曲，从而使距离测量产生偏差，这种现象叫做对流层折射。对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射比电离层折射更复杂。对流层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向其影响约为2.3m；当在地面方向其影响可达20m。

2、自然条件影响产生的误差

在观测过程中所处的外界自然环境，如地形、温度、湿度、风力、大气折射、交通状况等因素都会给观测结果带来各种影响。而且这些因素随时都有变化，由此对观测结果产生的影响也随之变化，必然使观测结果带有误差。由于地形复杂、周边建筑物较多，通视条件不好就会带来观测误差；温度的高低变化会影响仪器的正常状态，比如气泡居中就会不稳定，而使光线产生不规则的光，大气透明度会影响照准精度。比如近地面大气层的密度分布一般随离开地面的高度而变化。因此，光线通过在不断按梯度变化的大气层时，会引起折射系数的不断变化，导致视线成为一条各点具有不同曲率的曲线，在垂直方向产生弯曲，并且弯向密度较大（靠近地面）的一方，这种现象叫做大气垂直折光。该现象可使读数减小，视线离地面越近，折射越大，对水准测量的精度影响也越大；风力的影响主要体现在仪器的颤动上，立尺者扶不稳扶不直，从而造成观测误差；在城市的主干道、地域繁华的商业街，由于车辆的来回穿梭、人流的涌动，也会影响测量成果的精准性和时间性。

3、人为因素影响产生的误差

观测者是通过自己的感觉器官来进行工作的，由于感觉器官鉴别力的局限性。比如，当用望远镜的十字丝照准目标时，由于观测者感官不同，照准可能偏左一些也可能偏右一些。此外，在进行仪器的安置、瞄准、读数、立尺、司镜员梭镜摆放的位置等都会产生误差。与此同时，工作人员的责任心、工作态度、技术水平也会对观测结果产生不同程度的影响。

3.1 符合水准管气泡未严格居中

由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，主要是水准管分划值τ的大小。此外，读数误差与视线长度成正比。水准管居中误差一般认为是0.1.τ，根据公式m居中=0.1.τ.S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值τ一般为2 0″，视线长度S为75m，ρ=206265″，那么，m居中=0.4 mm。因此，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，就可以消除此类误差。

3.2 视差未消除

当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。所以在每次读数前，仔细进行物镜对光，就可以消除视差。

3.3 估读毫米数误差

由于观测者眼睛的鉴别能力有限，而十字丝又有一定的宽度，所以在估读毫米数时，不可能十分准确，尤其在视线长或成像不良的天气条件下，对估读的影响更大。

3.4 水准尺的倾斜误差

水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉。尺子倾斜总是使尺上读数增大。该误差可用式Δa=a（1/cosγ-1）进行计算。式中，a是水准尺的正确读数，γ为水准尺与铅垂线的夹角。由上式可知，尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。当γ=3 o，a=1.5 m时，Δa=2.1mm。由此可见，水准尺的倾斜误差是不可忽视的。在水准测量中，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。受条件所限时，可采用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部沿视线方向前后慢慢摇动，抢读最小读数，该读数即为正确读数。

4、工程测量误差控制的有效措施

4.1 仪器设备的使用和保养

①仪器的安置问题。摆设仪器尽量选择地面平坦坚硬且通视效果良好的地方进行，避开人流和车流。如果确实躲避不开也要尽量选择坚实的地方架设仪器，保证能够踩实仪器脚架。不要将仪器架在井盖或过于光滑的地面上，冬季作业遇到雪地应将积雪消除，春季冰雪消融且忌将仪器架在冰面上。大风天气应将仪器架设得低一些，以免被刮倒。总之，一定要将仪器安置牢固、平稳才能开始工作。

②仪器的检验校正。定期对测量仪器和工具进行检验校正，避免造成返工和重测的情况，给人力、物力、财力造成不应有损失和浪费。

③仪器的维护保养。仪器从箱内取出前，必须记住在箱内的位置，以便工作结束后准确地放回原位。仪器从箱内取出时应轻拿轻放，应拿机座或下盘部分，不要拿望远镜。仪器取出安装在三角架上后，应及时将仪器和三角架的固定螺旋拧紧，以防仪器摔下。使用中平稳地转动仪器，不要急剧转动仪器，尤其是带有阻尼功能的仪器。各种絷动螺旋不可拧得过紧，只要能微动就可以。如发现仪器工作异常或小问题应及时维修处理，不能带“病”工作。物镜和目镜表面禁止用手触摸，若有灰尘或污垢要用细毛刷、镜头纸擦拭。不要用粗布或毛巾擦拭，以免损坏镜面。定期擦拭仪器、察看仪器箱子锁扣是否牢固，避免提拿设备过程中仪器脱落。

4.2 掌握熟练的观测技巧

观测者和记录者可以互相交换地进行观测和记录，避免人员走动而影响仪器的稳定性，同时要不断提高观测速度，观测速度过慢反而会影响观测质量。

4.3 观测者及对测量工作的态度

起决定性作用的还是人，这就要看我们每位测量人员的工作态度，因为测绘工作是一个集体完成的任务，无论是观测员、记录员、司镜员还是校核人，哪个环节出现问题都会影响测绘成果和工程质量，所以，要求我们每位作业员都应有一个认真负责的工作态度。还有这个作业组是否有凝聚力、向心力，是否定期加强理论知识的学习和专业技能的培训，这些方面都很重要。

参考文献：

[1] 张振军，谢中华，冯传勇，RTK测量精度评定方法研究[J]，测绘通报，2007年01期。

[2] 荆大永，测量误差与测量不确定度的比较应用[J]，衡器，2010年07期。