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摘 要：本文对客运专线精密水准测量的主要误差来源及其影响的了分析，对精密水准测量各影响误差的控制方法进行了简要阐述。
关键词： 精密水准测量；误差分析；控制手段
我国客运专线设计时速均为350km/h，采用CTRSII型板式无砟轨道，轨道的平顺性是限制行车速度和舒适性的基本因素。为了满足高速铁路的行车速度高、舒适性高的基本特点，根据《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》，要求高精度的精密工程测量，需要严格遵守测量操作规范，采用精密测量仪器得到高精度的平面和高程控制测量数据。
精密水准测量是每千米水准测量高差中数的偶然中误差（M△）不超过l毫米的水准测量。精密水准仪一般适用于国家一、二等水准测量、大桥和长隧道的高程控制以及变形观测。S0.5和S1是精密水准仪，S为水准仪的代号，为水字汉语拼音的第一个字母。数字表示仪器的精度指标，即每公里往、返高差平均值的偶然中误差。
与精密水准仪配合使用的是精密水准尺，在进行精密水准测量时，会受到各种误差影响，以下将分析各种误差产生原因以及对水准测量的影响规律，提出消除或减弱误差影响的控制措施。
一、仪器误差影响及控制
1、自动安平补偿器的残余误差
由于装配补偿器不能做到十分完善，使得补偿器对仪器竖轴倾斜不能给出正确的补偿量。当仪器倾斜时，补偿器不是补偿不足，就是补偿过量，从而导致视线倾斜。为了消除这种误差的影响，可在水准测量中。单数测站瞄准后视方向整平圆水准器，双数测站瞄准前视方向整平圆水准器，这样就使倾斜视线在相邻测站上作相反方向的倾斜，从而在相邻两测站所测高差之和中抵消这种误差的影响。由于这种原因，水准测量路线也应安排成奇偶数站。
2、自动安平补偿器零位差（i角）的影响及控制
在仪器竖轴垂直的情况下，由于补偿器零位差的存在，使得视准轴不能处于水平位置。在水准尺上读数就会产生误差，而且与视距成正比。由于零位差所造成的视线倾斜（i角）保持不变，因此，一个测站上前后视距相等（中间法）或一个测段的前后视距总和相等（距离补偿法），就可在观测高差中消除这种误差的影响。
3、水准尺每米长度误差的影响及控制
在精密水准测量作业中，必须使用经过检验的精密水准尺。根据检验所得水准尺每米间隔平均真长误差f，对一个测站的观测高差h可施加改正：v=f.h，对于一个测段，则应施加的改正值为Σv=f.Σh式中Σh为该测段各测站观测高差之和。
二、观测误差影响及控制
精密水准测量的观测误差，对于自动安平水准仪而言，主要是用测微轮使望远镜的楔形丝对准水准尺的分划线的误差和读数误差。这些误差均属于偶然性质的。由于精密水准仪具有测微器装置，读数精度很高，同时用楔形丝对准水准尺的分划线，也可减少对准分划线的误差。因此，这些误差的影响都可有效地控制在很小的范围内。根据试验结果分析，这些误差在没测站观测高差的平均值中的影响小于0.1mm。
三、外界因素影响及控制
1、大气垂直折光的影响及控制
如果水准测量是在地势较为平坦的地区进行，且使前后视距相等，则由于折光影响相同，视线的弯曲程度就一样，因此在高差中就可消除这种误差的影响。但是，由于越接近地面的大气层，温度的梯度越大，当前后视线离地面的高度不同，视线所通过大气层的密度也不同，折光影响也就不同，所以前后视线在垂直面内的弯曲程度也不同。如果水准测量经过一个较长的坡度时，由于前视视线离地面的高度总是大于或小于后视视线离地面的高度，此时垂直折光对高差将产生系统性的误差影响。
为了减弱垂直折光对观测高差的影响，在实际作业中应使前后视距尽量相等，并使视线离地面应有足够的高度。在坡度较大的水准路线上，应适当缩短视距。此外，在一天之内不同时间观测，其垂直折光的影响也不同。在日出后半小时左右和日落前半小时左右这两段时间内，由于地表面的吸热和散热，使接近地面的大气密度和折光变化迅速而无规律，故不宜进行观测。在中午一段时间内，由于太阳强烈照射，使空气对流剧烈，致使目标成像不稳定，也不宜进行观测。为了减弱垂直折光对高差的影响，每一测段的往测和返测应分别安排在上午和下午进行，这样在往返测观测高差的平均值中可以减弱垂直折光的影响。
2、仪器和水准尺（尺垫）垂直位移的影响及控制
仪器和水准尺在垂直方向位移所产生的误差，是精密水准测量系统误差的重要来源。仪器垂直位移的影响可通过以下观测程序减弱或消除，当仪器的三脚架随时间而逐渐下沉时，在读完后视基本分划读数转向前视基本分划读数的时间内，由于仪器的下沉，视线将有所下降，而使前视基本分划读数略小，测得的高差偏大。在读辅助分划时，则先读前视读数，由于仪器的下沉，这时后视读数略小，测得的高差偏小。这样在基、辅高差的平均值中，就能较好地消除这项误差的影响。以上是采用了“后前前后”的观测程序。同样也可采用“前后后前”的观测程序。
在精密水准测量的实际作业中，一个测段的奇数站采用“后前前后”的观测程序，偶数站采用“前后后前”的观测程序。这样在该测段所测高差之和中，就可以有效地消除仪器垂直位移对高差的影响。
水准尺（尺垫）的垂直位移，主要是发生在迁站的过程中，由原来的前视尺转为下一站的后视尺期间产生下沉，于是总使后视尺读数偏大，因而使各测站的观测高差都偏大，成为系统性的误差影响。这种误差影响在往、返测高差的平均值中可以得到有效的补偿，所以水准测量一般都要求进行往、返测。在实际作业中，应尽量设法减少水准尺的垂直位移。如转点应选在较为坚实的地方，水准尺立于尺垫上后至少半分钟才进行观测，这样可以减少其垂直位移量，从而减少其误差影响。
3、磁场对自动安平水准仪的影响及控制
补偿器是自动安平水准仪的核心部件，由于补偿器受到地磁场的影响，会在磁场中产生严重的偏转，致使视准线产生系统性的变化，从而对水准测量的观测成果产生系统性质的误差影响在用自动安平水准仪进行观测时，磁场的误差影响与水准测量路线的方向有密切关系。当用自动安平水准仪在南北方向的水准测量路线上进行观测时，补偿器的摆受到一个南北方向的磁力作用，使视准线产生系统性的倾斜，因而对水准测量的观测成果的误差影响是系统性质的。这种系统性误差的影响与路线长度成正反地降低了水准测量的传递精度。当仪器在东西方向的水准测量路线上进行观测时，由于受地球磁力的作用，补偿器的摆仍然是在南北方向上偏移，而视准线为东西方向，因此不会改变视准线的水平位置。在这种情况下，对观测成果的误差影响是很微弱的，且呈现偶然性质。
由于磁场的误差影响，随地球表面各地磁场的方向和强度不同而异，而且还受到随时间发生变化的各种因素的影响，因此是十分复杂的。为了克服补偿器在磁场中发生偏转，仪器制造厂商目前正致力于改进仪器结构，以减弱甚至完全消除仪器补偿器的磁敏感性。如在补偿器上加装磁屏蔽，或将补偿器的悬挂带改用新的合金制造抗磁补偿摆等。对于使用者来说，在存在强的电磁场的情况下进行精密水准测量时，则可采用水准管式精密水准仪作业。
四、结语
根据实践经验，只要在客运专线施工中，根据精密水准测量各项实际误差影响来源，采取相应的控制手段，就可尽能消除或减弱各种误差对观测成果的影响，确保测量精度。
关键词： 精密水准测量；误差分析；控制手段
我国客运专线设计时速均为350km/h，采用CTRSII型板式无砟轨道，轨道的平顺性是限制行车速度和舒适性的基本因素。为了满足高速铁路的行车速度高、舒适性高的基本特点，根据《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》，要求高精度的精密工程测量，需要严格遵守测量操作规范，采用精密测量仪器得到高精度的平面和高程控制测量数据。
精密水准测量是每千米水准测量高差中数的偶然中误差（M△）不超过l毫米的水准测量。精密水准仪一般适用于国家一、二等水准测量、大桥和长隧道的高程控制以及变形观测。S0.5和S1是精密水准仪，S为水准仪的代号，为水字汉语拼音的第一个字母。数字表示仪器的精度指标，即每公里往、返高差平均值的偶然中误差。
与精密水准仪配合使用的是精密水准尺，在进行精密水准测量时，会受到各种误差影响，以下将分析各种误差产生原因以及对水准测量的影响规律，提出消除或减弱误差影响的控制措施。
一、仪器误差影响及控制
1、自动安平补偿器的残余误差
由于装配补偿器不能做到十分完善，使得补偿器对仪器竖轴倾斜不能给出正确的补偿量。当仪器倾斜时，补偿器不是补偿不足，就是补偿过量，从而导致视线倾斜。为了消除这种误差的影响，可在水准测量中。单数测站瞄准后视方向整平圆水准器，双数测站瞄准前视方向整平圆水准器，这样就使倾斜视线在相邻测站上作相反方向的倾斜，从而在相邻两测站所测高差之和中抵消这种误差的影响。由于这种原因，水准测量路线也应安排成奇偶数站。
2、自动安平补偿器零位差（i角）的影响及控制
在仪器竖轴垂直的情况下，由于补偿器零位差的存在，使得视准轴不能处于水平位置。在水准尺上读数就会产生误差，而且与视距成正比。由于零位差所造成的视线倾斜（i角）保持不变，因此，一个测站上前后视距相等（中间法）或一个测段的前后视距总和相等（距离补偿法），就可在观测高差中消除这种误差的影响。
3、水准尺每米长度误差的影响及控制
在精密水准测量作业中，必须使用经过检验的精密水准尺。根据检验所得水准尺每米间隔平均真长误差f，对一个测站的观测高差h可施加改正：v=f.h，对于一个测段，则应施加的改正值为Σv=f.Σh式中Σh为该测段各测站观测高差之和。
二、观测误差影响及控制
精密水准测量的观测误差，对于自动安平水准仪而言，主要是用测微轮使望远镜的楔形丝对准水准尺的分划线的误差和读数误差。这些误差均属于偶然性质的。由于精密水准仪具有测微器装置，读数精度很高，同时用楔形丝对准水准尺的分划线，也可减少对准分划线的误差。因此，这些误差的影响都可有效地控制在很小的范围内。根据试验结果分析，这些误差在没测站观测高差的平均值中的影响小于0.1mm。
三、外界因素影响及控制
1、大气垂直折光的影响及控制
如果水准测量是在地势较为平坦的地区进行，且使前后视距相等，则由于折光影响相同，视线的弯曲程度就一样，因此在高差中就可消除这种误差的影响。但是，由于越接近地面的大气层，温度的梯度越大，当前后视线离地面的高度不同，视线所通过大气层的密度也不同，折光影响也就不同，所以前后视线在垂直面内的弯曲程度也不同。如果水准测量经过一个较长的坡度时，由于前视视线离地面的高度总是大于或小于后视视线离地面的高度，此时垂直折光对高差将产生系统性的误差影响。
为了减弱垂直折光对观测高差的影响，在实际作业中应使前后视距尽量相等，并使视线离地面应有足够的高度。在坡度较大的水准路线上，应适当缩短视距。此外，在一天之内不同时间观测，其垂直折光的影响也不同。在日出后半小时左右和日落前半小时左右这两段时间内，由于地表面的吸热和散热，使接近地面的大气密度和折光变化迅速而无规律，故不宜进行观测。在中午一段时间内，由于太阳强烈照射，使空气对流剧烈，致使目标成像不稳定，也不宜进行观测。为了减弱垂直折光对高差的影响，每一测段的往测和返测应分别安排在上午和下午进行，这样在往返测观测高差的平均值中可以减弱垂直折光的影响。
2、仪器和水准尺（尺垫）垂直位移的影响及控制
仪器和水准尺在垂直方向位移所产生的误差，是精密水准测量系统误差的重要来源。仪器垂直位移的影响可通过以下观测程序减弱或消除，当仪器的三脚架随时间而逐渐下沉时，在读完后视基本分划读数转向前视基本分划读数的时间内，由于仪器的下沉，视线将有所下降，而使前视基本分划读数略小，测得的高差偏大。在读辅助分划时，则先读前视读数，由于仪器的下沉，这时后视读数略小，测得的高差偏小。这样在基、辅高差的平均值中，就能较好地消除这项误差的影响。以上是采用了“后前前后”的观测程序。同样也可采用“前后后前”的观测程序。
在精密水准测量的实际作业中，一个测段的奇数站采用“后前前后”的观测程序，偶数站采用“前后后前”的观测程序。这样在该测段所测高差之和中，就可以有效地消除仪器垂直位移对高差的影响。
水准尺（尺垫）的垂直位移，主要是发生在迁站的过程中，由原来的前视尺转为下一站的后视尺期间产生下沉，于是总使后视尺读数偏大，因而使各测站的观测高差都偏大，成为系统性的误差影响。这种误差影响在往、返测高差的平均值中可以得到有效的补偿，所以水准测量一般都要求进行往、返测。在实际作业中，应尽量设法减少水准尺的垂直位移。如转点应选在较为坚实的地方，水准尺立于尺垫上后至少半分钟才进行观测，这样可以减少其垂直位移量，从而减少其误差影响。
3、磁场对自动安平水准仪的影响及控制
补偿器是自动安平水准仪的核心部件，由于补偿器受到地磁场的影响，会在磁场中产生严重的偏转，致使视准线产生系统性的变化，从而对水准测量的观测成果产生系统性质的误差影响在用自动安平水准仪进行观测时，磁场的误差影响与水准测量路线的方向有密切关系。当用自动安平水准仪在南北方向的水准测量路线上进行观测时，补偿器的摆受到一个南北方向的磁力作用，使视准线产生系统性的倾斜，因而对水准测量的观测成果的误差影响是系统性质的。这种系统性误差的影响与路线长度成正反地降低了水准测量的传递精度。当仪器在东西方向的水准测量路线上进行观测时，由于受地球磁力的作用，补偿器的摆仍然是在南北方向上偏移，而视准线为东西方向，因此不会改变视准线的水平位置。在这种情况下，对观测成果的误差影响是很微弱的，且呈现偶然性质。
由于磁场的误差影响，随地球表面各地磁场的方向和强度不同而异，而且还受到随时间发生变化的各种因素的影响，因此是十分复杂的。为了克服补偿器在磁场中发生偏转，仪器制造厂商目前正致力于改进仪器结构，以减弱甚至完全消除仪器补偿器的磁敏感性。如在补偿器上加装磁屏蔽，或将补偿器的悬挂带改用新的合金制造抗磁补偿摆等。对于使用者来说，在存在强的电磁场的情况下进行精密水准测量时，则可采用水准管式精密水准仪作业。
四、结语
根据实践经验，只要在客运专线施工中，根据精密水准测量各项实际误差影响来源，采取相应的控制手段，就可尽能消除或减弱各种误差对观测成果的影响，确保测量精度。