浅谈角度测量误差分析及注意事项

更新时间:2024-01-21 作者:用户投稿原创标记本站原创
摘要:本文简述了角度测量过程中产生的误差,并进行分析及提出其产生原因和减小、消除角度测量误差的方法,对于角度测量过程中的注意事项也做了简单论述。
关键词:角度测量 误差分析 精度
角度测量的误差主要来源于仪器误差、观测误差以及外界条件的影响三个方面。认真分析这些误差,找出消除或减小误差的方法,从而可以提高观测精度。

一、角度测量的误差

1、仪器误差
仪器误差主要包括仪器制造加工不完善所引起的误差和仪器校正不完善所引起的误差,主要有视准轴误差、横轴误差、竖轴误差、度盘偏心差等。
(1)视准轴误差
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视准轴误差是由于视准轴不垂直横轴引起的水平方向读数存在的误差。随垂直角增大而增大。由于盘左、盘右观测时该误差的符号相反,因此可以采用盘左、盘右观测取平均值的方法予以消除。
(2)横轴误差
横轴误差是由于横轴与竖轴不垂直引起的水平方向读数存在的误差。随垂直角增大而增大,对两等高目标观测时误差为0。由于盘左、盘右观测时该误差的符号相反,因此可以采用盘左、盘右观测取平均值的方法予以消除。
(3)竖轴误差
竖轴误差是由于水准管轴不垂直于竖轴,或水准管轴不水平而引起的误差。随垂直角增大而增大,与横轴所处的方向有关。竖轴误差只能通过校正尽量减少残余误差。
(4)度盘偏心差
经纬仪照准部旋转中心与水平度盘分划中心不完全重合而存在的误差。随照准方向而异,照准方向垂直于偏心方向时对水平方向读数影响最大。度盘偏心差可以采用盘左、盘右观测取平均值的方法予以消除。
(5)度盘刻画不均匀误差
由于度盘刻画不均匀引起的方向读数误差。度盘制造时产生,可以通过配置度盘各测回起始读数的方法,使读数均匀的分布在度盘各个区域而予以减小。
(6)竖盘指标差
由于竖盘指标水准管工作状态不正确,导致竖盘指标没有处在正确的位置,产生读数误差,竖盘指标差只影响对竖直角的测量。竖盘指标差可以采用盘左、盘右观测取平均值的方法予以消除。
2、观测误差
(1)对中误差
安置经纬仪没有严格对中,使仪器中心与测站中心不在同一铅垂线上引起的角度误差,称对中误差。对中误差与距离、角度大小有关,当观测方向与偏心方向越接近90°,距离越短,偏心距越大,对水平角的影响越大。因此,对中引起的水平角观测误差与偏心距成正比,并与测站到观测点的距离成反比。在进行水平角观测时,仪器的对中误差不应超出相应规范规定的范围,特别对于短边的角度进行观测时,更应该精确对中。
(2)整平误差
若仪器未能精确整平或在观测过程中气泡不再居中,竖轴就会偏离铅垂位置。整平误差不能用观测方法来消除,此项误差的影响与观测目标时视线竖直角的大小有关,当观测目标与仪器视线大致同高时,影响较小;当观测目标时,视线竖直角较大,则整平误差的影响明显增大,此时,应特别注意整平仪器。在测量过程中发现水准管气泡偏离零点超过一格以上时,应重新整平仪器,重新观测。
(3)目标偏心误差
由于测点上的标杆倾斜而使照准目标偏离测点中心所产生的偏心差称为目标偏心误差。目标偏心差对水平方向的影响与照准点偏离目标中心的距离成正比,与边长成反比。为了减少目标偏心对水平角观测的影响,观测时标杆要准确竖直在地面测点上,且尽量照准标杆的底部,以减小目标偏心误差。
(4)照准误差
照准误差主要与人眼的分辨能力和望远镜的放大倍率有关,人眼分辨两点的最小视角一般为60″。设经纬仪望远镜的放大倍率为V,则用该仪器观测时,其瞄准误差为: 。一般DJ6型光学经纬仪望远镜的放大倍率V为25~30倍,因此照准误差mV一般为2.0″~2.4″。
另外,照准误差与目标的大小、形状、颜色和大气的透明度等也有关。因此,在观测中应尽量消除视差,选择适宜的照准标志,熟练操作仪器,掌握照准方法,并仔细照准目标以减小照准误差。大量实践经验证明:照准目标亮度适宜,清晰度好。对中杆粗细适中,双丝照准精度会提高一些。
(5)读数误差
读数误差与读数设备、照明情况和观测者的经验有关。一般来说,主要取决于读数设备。对于DJ6型光学经纬仪,用分微尺测微器读数,一般估读误差不超过分微尺最小分划的十分之一,即不超过±6″,对于DJ2型光学经纬仪一般不超过±1″。如果反光镜进光情况不佳,读数显微镜调焦不好,以及观测者的操作不熟练,则估读的误差可能会超过上述数值。因此,读数时必须仔细调节读数显微镜,使度盘与测微尺影像清晰,也要仔细调整反光镜,使影像亮度适中,然后再仔细读数。使用测微轮时,一定要使度盘分划线位于双指标线正。另外在观测中尽可能的降低视差,提高观测精度。
3、外界条件的影响
影响角度测量的外界因素很多,刮风、测区土质疏松会影响仪器的稳定;地面辐射热会影响空气的剧烈波动从而引起物像的模糊甚至跳动;空气的透明度和光线的强弱会影响照准的精度和读数等等。这些因素都会在不同程度上影响测角的精度,要想完全避免这些影响是不可能的,大量实践证明:外界条件对误差的影响多数与时间有关系。因此,在角度观测时应注意选择有利的观测时间和天气条件,尽可能避开不利条件,以减少外界条件变化的影响。

二、角度测量的注意事项

用经纬仪测角时,往往由于粗心大意而产生错误,如测角时仪器没有对中整平,望远镜照准目标不精确,度盘读数读错,记录记错等等,因此,角度测量时必须注意以下几点:
(1)仪器安置的高度到观测者的胸部为宜,三脚架要踩牢,仪器与脚架连接要牢固;观测时不要用手扶或碰动三脚架,转动照准部和使用各螺旋时,用力要轻稳。
(2)对中、整平要准确,测角精度要求越高或边长越短的,对中要求越严格;观测目标之间高低相差较大时,更应注意仪器整平,以避免横轴误差的产生。
(3)在水平角观测过程中,如同一测回内发现照准部水准管气泡偏离居中位置,不允许重新调整水准管使气泡居中;若气泡偏离超过一格时,则需重新整平仪器,重新观测。
(4)观测竖直角时,每次读数之前,必须使竖盘指标水准管气泡居中或自动归零开关设置“ON”位置。
(5)观测时要消除视差,标杆要立直于测点上。水平角观测时,尽可能用纵丝照准标杆或测钎的底部;竖角观测时,宜用十字丝中丝照准目标的观测部位。
(6)不要把水平度盘和竖直度盘读数弄混淆;记录要清楚,并当场计算校核,若误差超限应查明原因并重新观测。
(7)观测水平角时,同一个测回里不能转动度盘变换手轮或按水平度盘复测扳钮。
(8)在烈日或雨天进行观测时,应撑伞遮住仪器,以防暴晒或淋雨。
测量误差的产生原因是多方面,我们无法将其消除。通过误差产生的原因分析,可以通过合理的方法,采取相应的措施,使其消减到允许的误差范围之内。要达到这样的目的,需要观测者遵循规范要求,合理安排测量方法,降低或消减误差的产生,以达到更高精度的测量结果。
参考资料
刘德平,张银瑞.角度测量的误差来源及消减方法.水利天地[J].2008(12):32
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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