第四节　角度测量误差及消除

在角度测量中存在着各种各样的误差。仪器误差和作业各环节产生的观测误差及外界条件的影响都会给角度测量的精度带来影响,为了获得符合精度要求的角度测量成果,必须分析这些误差的影响,对这些误差进行分析研究,采取相应的措施将其消除或控制在容许范围内。测角误差有三类,即仪器误差、观测误差和外界条件影响造成的误差。

一、仪器误差及消除

仪器误差主要包括两个方面:一是仪器检校不完善,留有残余误差;二是仪器加工与制造不完善而引起误差。

经纬仪的各轴线之间如果不满足应有的几何条件,将会产生仪器误差,即使经过校正,也难免会存在残余误差,但只要仔细地检验和校正,采用正确的观测方法,大部分仪器误差的影响均可得到消除。

(1)水准管轴不垂直于竖轴造成的误差。这项误差主要影响仪器的整平,竖轴不能严格铅垂,横轴也不水平,但在安置好仪器后,它的倾斜方向是固定不变的,不能用盘左、盘右消除。如果存在这一误差,可先在仪器整平且在一个方向上使气泡居中后,将照准部水平旋转180°,这时气泡必然偏离中央;然后用脚螺旋使气泡移回偏离值的一半,则可以使竖轴处于铅垂状态。这项操作要在互相垂直的两个方向上进行,直至照准部旋转至任何位置时,气泡虽不居中,但偏移量保持不变。

(2)视准轴不垂直于横轴造成的误差。这项误差又称为视准轴误差。因该误差对水平方向观测的影响值为2c,并且盘左、盘右观测时该值符号相反,故在水平角测量时可采用盘左、盘右观测,取一测回平均值的方法予以消除。

(3)横轴不垂直于竖轴造成的误差。这项误差又称为横轴误差,盘左、盘右测量均含有此项误差,且大小相等、方向相反。故在水平角测量时,同样可采用盘左、盘右观测,并用取一测回平均值作为最后结果的方法来消除横轴误差。

(4)照准部偏心造成的误差。该误差由仪器零部件加工、安装不完善造成。照准部旋转中心O'与水平度盘刻划中心O不重合而产生的误差,又称为照准部偏心差。如图3-22所示,不存在该项误差时照准目标的盘左正确读数为αL,存在该项误差时盘左的读数为将比αL大x,盘右读数将比正确读数小x,x即该项误差的影响,该影响的大小及符号是根据偏心方向与照准方向的关系而变化的。如果照准方向与偏心方向一致,其影响为零;当两者互相垂直时,影响最大。对于DJ6型单指标读数类型的仪器,同一目标盘左、盘右观测取平均值即可消除照准部偏心差的影响。

(5)竖盘指标差。竖盘指标差是由竖盘指标线不处于正确位置而引起的。其原因可能是竖盘指标水准管没有整平,气泡没有居中,也可能是经检校之后的残余误差。因此,观测竖直角时,首先应调节竖盘指标水准管,使气泡居中。若此时竖盘指标线仍不在正确位置,则可采用盘左、盘右观测一测回取其平均值作为竖直角度值的方法来消除竖盘指标差。

(6)度盘分划误差。由于仪器加工工艺不完善,度盘的刻划总是或多或少存在误差。现代光学测角仪器的度盘分划误差很小,一般可忽略不计。要提高测角精度,可在观测水平角时先利用复测器扳手或水平度盘位置变换手轮在多个测回之间按一定方式(180°/n)变换水平度盘起始位置的读数,使各测回间的方向值分布在度盘的不同区间,然后取各测回角值的平均值,即可有效地减小度盘分划误差的影响。

二、观测误差及消除

造成观测误差的原因有两个:一个是工作时不够细心,另一个是受到人的感官和仪器性能限制而产生误差。观测误差主要有测站偏心差、目标偏心差、照准误差、读数误差及竖盘指标水准器的整平误差(针对竖直角观测)。

(1)测站偏心差。测站偏心差又称为对中误差,是由于仪器中心与测站中心不重合而引起的误差。对中误差不能通过观测方法消除,所以在观测水平角时要仔细对中,对于短边、钝角尤其要注意。

(2)目标偏心差。为了减少目标偏心对水平角观测的影响,提高测角精度,立在目标点上的标志应尽可能竖直,且瞄准时应尽可能瞄准目标点标志的底部。当边长短且看不到底部时,可以在目标点上悬挂垂球,通过瞄准垂球线进行读数。

(3)照准误差。照准误差的大小主要取决于人眼的分辨能力和望远镜的放大率。照准误差无法消除,只能从照准标志的形状、大小、颜色、亮度等方面进行改进,来削弱其影响。照准时应仔细操作,对粗的目标宜用双丝照准,对细的目标宜用单丝照准。

(4)读数误差。读数误差主要取决于仪器读数设备的照明度和判断的准确性。对于分微尺读法,主要是估读最小分划的误差,对于DJ6型经纬仪,读数的最大误差为±12″,而对于DJ2型仪器,一般为±2″～±3″。电子经纬仪则不受读数误差的影响。

(5)竖盘指标水准器的整平误差。在读取竖盘读数时,须先将指标水准器整平。DJ6型仪器的指标水准器分划值一般为30″,DJ2型仪器一般为20″。这项误差对竖直角的观测影响很大,操作时应特别注意。有自动归零装置的经纬仪则需注意是否超过其补偿范围。

三、外界条件造成的误差及消除

外界条件的影响因素很多,如温度变化、风力、大气折光、大气透明度等,这些因素均会影响观测结果的精度。具体情况如下:

(1)温度变化会影响仪器(如视准轴位置)的正常状态。

(2)大风会影响仪器和目标的稳定。

(3)大气折光会导致视线改变方向。

(4)大气透明度(如雾气)会影响照准精度。

(5)地面的坚实与否、车辆的振动等都会影响仪器的稳定。

为此,在测量角度时应采取措施,如选择有利的观测时间确保成像清晰、稳定,踩实三脚架的脚尖,为仪器撑伞遮阳,尽可能使视线远离建筑物、水面及烟囱顶等,以防止这些部位因气温变化引起大气密度变化而产生大气折光等。