外界因素对水准测量的影响及处理方法

外界因素对水准测量的影响很多，这里主要介绍以下几种。

1.仪器下沉（或上升）引起的误差

在观测过程中，仪器可能由于自重渐渐下沉，它将使读数减小；由于土壤的弹性，仪器也有可能上升，它将使读数增大。假设仪器下沉（或上升）的速度与时间成正比，如图3-36所示，若从读取后视读数a1到读取前视读数b1为止的一段时间内，仪器下沉了Δ，则高差中必然包含这项误差，即有

图3-36　仪器下沉对高差测量的影响

为了减弱此项误差影响，可在同一测站进行第二次观测，而且在第二次观测时，先读前视读数b2，再读后视读数a2。这样，第二次所得高差为

取两次高差的平均值为最后结果，即

上式可以消去仪器下沉对高差的影响。但是，实际上，由于下沉速度并不一定和时间成正比，因此采取上述“后、前、前、后”的程序观测，只能减弱其影响，而不能完全消除它。为了尽量减弱仪器下沉的影响，仪器应安置在土质坚实的地方，同时还应熟练掌握操作技术，设法提高观测的速度。

2.尺垫下沉（或上升）引起的误差

如果在仪器搬站过程中，由于尺垫本身的重量或其他原因，尺垫逐渐下沉，将使下一站的后视读数增大Δ，如图3-37所示。这项误差是除了首站之外的每一站均产生一个独立的下沉量，具有不断累加的系统性质，无法像对待仪器下沉误差那样，用双观测程序使之大致消除。

但是，如果进行的是往返测量，则在返测时，假定尺垫同样发生下沉，而且与往测的下沉量相同，则由于产生的误差的符号相同，均为正数（都是后视读数增大），而往测与返测的高差符号相反，因此，取往测和返测高差的平均值时，用往测高差结果减返测高差结果再除以2，将会抵消或减弱此项误差的影响。

值得注意的是，工作中难以做到使返测立尺点与往测立尺点位置相同，而尺垫的升沉与天气、环境有关，不一定返测时情况还是相同（例如，下雨前后就大不相同），况且，许多水准测量并没有进行往返观测。所以，为了尽量减弱尺垫升沉的影响，应选择土质坚实的地方作为立尺点，同时熟练掌握操作技术，提高观测速度。(www.xing528.com)

图3-37　尺垫升沉对高差测量的影响

3.地球曲率的影响

如图3-38所示，设按水平视线截取后视读数为a、前视读数为b，过仪器中心（视准轴与水准仪竖轴交点）作水准面，设其截在后视尺上的读数为a′、前视尺上的读数为b′。由图可以看出两点高差应为

图3-38　地球曲率对水准测量的影响

如果使Δ1=Δ2，则仍有hAB=a-b。故将仪器安置在前、后视距离相等的中间位置，其观测所得高差就可以消除地球曲率的影响。

4.大气折光的影响

光线通过不同密度的媒质时将会发生折射，且总是由疏媒质折向密媒质，因而水准测量时的实际视线并不是一条直线。一般情况下，大气层的空气密度上疏下密，测量视线通过这种大气层时，就将发生连续折射，成为一条向下弯折的曲线，使尺上的示数减小，如图3-39（a）所示。但是，许多实验结果表明，当视线靠近地面（约1.5 m以下）时，离地面越近，空气越稀薄（尤其在晴天的早上，这种情况更显著。所以说，水准测量最好选在阴天进行，且不要开工太早），视线将成为一条向上弯折的曲线，使尺上的示数增大，如图3-39（b）所示。此时前后视线折射方向刚好相反，这是很不利的情况。

图3-39　大气折光对标尺读数的影响

如图3-39（a）所示，如果地面平坦，且视线方向上地面覆盖物的种类基本类似，则前后视线的折射方向相同（同时向上或向下），有hAB=（a+Δ1）-（b+Δ2）=a-b+（Δ1-Δ2），Δ=Δ1-Δ2。则当在野外作业时，只要顾及前后视距大致相等，Δ1≈Δ2，便可以大致抵消大气折光的影响。

如图3-39（b）所示，hAB=（a+Δ1）-（b-Δ2）=a-b+（Δ1+Δ2），Δ=Δ1+Δ2，这就是很不利的情况。当在山地或经过长坡度测量时，前后视线离地面的高度相差较大，它们所受大气折光的影响较复杂，而且由于时间、气候、温度的变化不定性，因此无法用往返测的方法来消除误差。这时，应该缩短视线的长度，提高视线的高度，以减弱大气折光的影响。一般规定，视线高度不要低于0.3 m。