【摘 要】普通几何水准测量作业简单、精度高，成为二、三、四等高程控制测量主要方法同，但在高山地区因高差大，测站多不但效率低，精度也难以保证，本文以盐什公路什川隧道段四等水准测量数据进行分析，解决高山地区影响四等水准测量的精度因素。
【关键词】几何水准测量、水准仪。
一、概述：
高山地区高差大，进行几何水准测量效率低，因普通水准仪尺只有3m，进行水准测量则视距短、转站多，而转站多精度下降，如果水准尺上的圆水准气泡有误差对水准测量精度影响很大（水准尺出厂时自带的圆水准气泡一般不准，受运输振动影响大）。如果水准尺圆水准气泡不准，高山地区水准测量容易超限。水准尺不竖直对水准测量结果影响以下有分析。以下通过盐什公路高差最大段k9+600～k11+800的实测数据分析。
二、水准尺不竖直对四等几何水准测量精度的影响：
几何水准测量在高山地区不但转站多、速度慢、效率低，且测量精度也无法保证达到等级精度要求。主要表现是山区几何水准精度受高差的影响大。我们于2015年元月对盐什公路全线进行了第一次四等水准测量，采用苏一光DSZ2自动安平光学水准仪与3m木质地形水准尺对进行往返测量，本段最高点是D21，其中B14从跨山上D21再下坡后B16，B14与B16高差约-3m，翻山水准测量沿盘山公路，纵坡达到6%以上，对于3m水准尺每站只能40m以内，前后视距约20m，取B14～B16段测量成果如下表：
2015年3月份我们对本标段的水准点进行了第二次测量，同样采用苏一光DSZ2光学水准仪与3m普通地形水准尺进行往返测量，计算成果如下表：
第二次联测因B15破坏，补L13、B14-1、B14-2三个点。但D21点是设计院提供的控制点，设计院提供的高程是1741.23m。高程差约0.06m，如果以D21设计院高程平差超限了。通过测量数据分析，第二次联测在最高点D21又升高了0.015m，而低点B16又低了0.018m。我们对两次测量成果进行了分析，水准仪都进行了检定，并且在检定有效期内，水准联测前进行了i角检查与校正，联测按照四等水准规范要求，单站前后视距差在3m以内，累计差控制在10m之内。排除了仪器i角与地球曲率影响。通过全线测量数据与设计院控制点高程进行分析，上坡段水准点测量的数据偏高，而且下坡段测量的水准点偏低，返测也一样。可能是水准尺不竖直对测量成果的影响，工程开工时只有一台水准仪，没有配全站仪而无法对水准尺的圆气泡进行检验与校正。2015年5月又单独对B14～B16进行了联测，我们采用了读中丝数据时水准尺前后仰取最小读数方法。测量成果如下：
水准尺倾斜对测量数据的影响分析如上图：如果水准尺竖直，水准尺读数为h，如果水准尺前倾一个角度为a，相对于竖直方向（天顶距角），则水准尺读数为h1，如果向后倾一个角b，水准尺读数为h2，则计算公式如下：
因为：，因而h1>h，h2>h。无论水准尺前倾还是后倾都使读数偏大，只要水准尺竖直，这时倾角θ=90?，cos（θ）=1，h最小。所以如果水准尺没有水准气泡或者水准气泡不准可以前后倾斜水准尺取最小读数。上坡测量时后尺读数超过2m，前尺读数小于1m，通过以上公式可知倾斜读数h1或h2与竖直读数h成正比，所以后视读数偏大超过前视读数，估上坡越测越高，反之下坡越测越低。如果后尺与前尺平均倾角2?，从山下沿绕山公路到山顶共2km，每站后视距加前视距40m，共需要50站。每站后减前读数差2.5m，于是每站因尺倾斜引起测量高差2.5/cos（2?）=2.5015m，倾斜误差为0.0015m，50站累计0.075m（75mm），大于四等水准测量限差要求28mm。如果倾角是1?，计算的累计误差0.019m（19mm）。如果每站高差2.5m以内，倾角小于1?才能达到四等水准的限差要求。没有水准气泡很难确保立尺的倾角小于1?，如果前后仰取最小读数则可减少水准尺倾斜引起的测量误差。需要注意等外的水准测量如何时采用5m铝合金尺的倾斜误差更大，5m铝合金尺没有圆气泡，且5m倾斜引起的读数误差比3m更大。对于悬崖地区则只能采用全站仪三角高程测量代替四等水准测量。平原地区因高差小，水准尺倾斜影响也很小，同时正负高差会消除或减少其影响。
一、 地球曲率对水准测量的影响：高山地区地球曲率对水准测量的影响同平原地区水准测量一样。
图中A为后视尺、B为前视尺，水淮仪架设于C点，A尺读数为A1、B尺读数为B1，但大地水准面不是平面，而是包在地球表面的曲面，C点架设水准仪视准轴在D点，过D点的大地水准面交A、B水准尺于A2、B2读数，其中A1A2、B1B2读数差为地球曲率引起。如果水准仪高h，水准仪到水准尺平距为l，地球平均半径R，则有地球曲率引起的读数差x
可按下式计算：
如果地球平均半径R=6371020m，仪器高1.6m，仪器到水准尺平距l=100m，上式计算曲率差x=0.78mm。如果本地高于海面2000m，取R+2000m为地球曲率半径计算x=0.785mm，无论前视或后视地球曲率影响都使水准尺读数偏大，如果前后视距相等则地球曲率影响相同而互相消除。通过控制前后视距差与视距累计差办法消除。
三、大气折光影响：
高山地区大气折光对水准观测的影响与平原地区相同，但上山时前视读数小于1m，后视大于2m，如果前视读数小于0.1m靠近地面则大气折光影响较大，反之下山时后视读数小于1m，大气折光对后视影响较大。目前大气折光影响复杂，没有精确的计算公式，不同的时间与气温影响也不同。但高山地区受高差大的地形影响，一般视距较短，大气折光对水准尺读数影响比平原地区小，为了减少大气折光影响，上山时确保前视读数大于0.3m，下山时后视读数大于0.3m。避开中午强光进行水准测量或者在阴天进行水准测量。
四、其他影响：
水准仪i角影响：测量之前校正水准仪，四等水准确定i角小于15”，测量过程控制前后视距差与累计差办法清除其影响。水准尺对零点差影响：交替测量的水准尺对确保偶数站符合到水淮点可消除两水准尺零点差。水准尺与水准仪下沉影响：可采用“后-前-前-后”与“前-后-后-前”交替读数消除或者减少其影响。
五、结论：
1.高山地区水准测量主要误差是水准尺倾斜误差，所以测量之前必须严格校正水准尺上的圆水准气泡，新购的水准尺对一般气泡不准，可用两台全站仪进行正面与侧面检查并校正，也可采用前后倾斜取最小读数的方法测量。
2.高山地区水准测量特点是高差大、视矩短、转站多、累计差大，上山测量前尺读数小靠近地面受地面折光影响；下山后尺受地面折光影响，必须控制前尺或后尺读数大于0.3m。上山时后尺读数大受尺倾斜影响大，必须严格控制后视倾斜；下山时前尺读数受前尺倾斜影响大，也必须严格控制前尺倾斜。
3.地球曲率与大气折光影响对高山地区水准测量较小，按照水准测量规范要求控制前后视距差与累计差办法消除或者减少其影响。
4.由于高山地区转点多，水准测量只能按测站数平差，其精度不如平原地区高。水准仪无法架设的山区，可用全站仪三角高程测量代替四等水准测量，如果采用全站仪三角高程测量也需要参照四等水准有关规范控制前后视距及视距差以减少地球曲率影响，校正全站仪竖盘指标差。全站仪三角高程测量代替四等水淮测量需要往返测量进行对比并参照三角高程测量有关规范要求。
5.平常路基与桥涵高程测量采用5m铝合金塔尺，而且5m铝合金塔尺没有圆水准气泡，而前后视读数大于1m倾斜影响对观测影响较大，可以采取前后倾斜取最小读数的方式进行测量。
参考文献：
《工程测量规范》GB50026-2007
《工程测量规范》条文说明 GB50026-2007
