第一節水準測量的原理
確定地面點高程的測量工作，稱為高程測量。高程測量又是測量三項基本工作之一。根據使用儀器和施測方法的不同，高程測量可分為水準測量、三角高程測量和氣壓高程測量。
用水準儀測量高程，稱為水準測量，它是高程測量中最常用、最精密的方法。
水準測量的原理：
水準測量是利用一條水平視線，並借助水準尺，來測定地面兩點間的高差，這樣就可由已知點的高程推算出未知點的高程。測定待測點高程的方法有高差法和儀高法兩種。
1．高差法
如圖2-1所示，若已知a點的高程，欲測定b點的高程。在、兩點上豎立兩根尺子，並在、兩點之間安置一架可以得到水平視線的儀器。假設水準儀的水平視線在尺子上的位置讀數分別為尺（後視）讀數為，尺（前視）讀數為，則、兩點之間的高程差（簡稱高差）為
2-1）
於是點的高程為
2-2）
2-3）
這種利用高差計算待測點高程的方法，稱高差法。這種尺子稱為水準尺，所用的儀器稱為水準儀。
圖2-1 水準測量原理
2．儀高法
由式2-3可以寫為2-4）
如圖2-2所示，即
上式中是儀器水平視線的高程，常稱為儀器高程或視線高程。儀高法是，計算一次儀高，就可以測算出幾個前視點的高程。即放置一次儀器，可以測出數個前視點的高程。
綜上所述，高差法和儀高法都是利用水準儀提供的水平視線測定地面點高程。必須注意
①前視與後視的概念一定要清楚，不能誤解為往前看或往後看所得的水準尺讀數。
②兩點間高差是有正負的，計算高程時，高差應連其符號一併運算。在書寫時，注意的下標，是表示點相對於點的高差；則表示是點相對於點的高差。與的絕對值相等，但符號相反。
圖2-2 儀高法水準測量
第二節水準儀使用
水準測量所使用的儀器為水準儀，工具為水準尺和尺墊。
水準儀按其精度可分為ds05、dsl、ds3和dsl0等四個等級。工程測量廣泛使用ds3級水準儀，因此，本章著重介紹這類儀器。
一、水準儀的結構
根據水準測量的原理，水準儀的主要作用是提供一條水平視線，並能照准水準尺進行讀數。因此，水準儀構成主要有望遠鏡、水準器及基座三部分。如圖2-3所示。
圖2-3 ds3微傾式水準儀及其構造
第三節水準儀的使用
一、水準儀的基本操作程式
水準儀的基本操作程式包括安置儀器、粗略整平、瞄準水準尺、精平和讀數等操作步驟。 分述如下：
1．安置水準儀
開啟三腳架並使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然後開啟儀器箱取出水準儀，置於三腳架頭上用連線螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。
2．粗略整平
粗平是借助圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視准軸粗略水平。在整平的過程中，氣泡的移動方向與左手大拇指運動的方向—致。如圖2-12所示。
圖2-12 粗略整平過程圖2-13 視差現象
3．瞄準水準尺
首先進行目鏡對光，即把望遠鏡對著明亮的背景，轉動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰。再鬆開制動螺旋，轉動望遠鏡，用望遠鏡筒上的準星瞄準水準尺，擰緊制動螺旋。然後從望遠鏡中觀察；轉動物鏡對光螺旋進行對光，使目標清晰，再轉動微動螺旋，使豎絲對準水準尺。
當眼睛在目鏡端上下微微移動時，若發現十字絲與目標影像有相對運動，這種現象稱為視差。產生視差的原因是目標成像的平面和十字絲平面不重合。由於視差的存在會影響到讀數的正確性，必須加以消除。
消除的方法是重新仔細地進行物鏡對光，直到眼睛上下移動，讀數不變為止。此時，從目鏡端見到十字絲與目標的像都十分清晰。
4．精平與讀數
眼睛通過位於目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準管氣泡，右手轉動微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準儀的視准軸已精確水平。這時，即可用十字絲的中絲在尺上讀數。現在的水準儀多採用倒像望遠鏡，因此讀數時應從小往大，即從上往下讀。
先估讀公釐數，然後報出全部讀數。
精平和讀數雖是兩項不同的操作步驟，但在水準測量的實施過程中，卻把兩項操作視為乙個整體；即精平後再讀數，讀數後還要檢查管水準氣泡是否完全符合。只有這樣，才能取得準確的讀數。
圖2-14 視窗中水準尺讀數
第四節水準測量的方法
一、水準測量路線
1．水準路線
在一系列水準點間進行水準測量所經過的路線，稱為水準路線，形式主要有閉合水準路線、附合水準路線和支水準路線。 是為了避免在測量成果中存在錯誤，保證測量成果能達到一定精度要求。布設時要根據測區的實際情況和作業要求，布設成某種形式的水準路線。
1）閉合水準路線
圖2-17 水準路線形式
如圖2-17所示，從水準點出發，沿各待定高程點1、2、3進行水準測量，最後又回到原出發水準點，這種形成環形的路線，稱為閉合水準路線。
2）附合水準路線
如圖2-16所示，從水準點出發，沿各待定高程點1、2、3進行水準測量，最後又符合到另乙個水準點。這種在兩個已知水準點之間布設的路線，稱為附合水準路線。
3）支水準路線
如圖2-16所示，從水準點出發，沿各待定高程點1、2進行水準測量。這種從乙個已知水準點出發，而另一端為未知點的路線，即不自行閉和，也不符合到其它水準點上，稱為支水準路線。
二、水準測量的實施
當欲測的高程點距水準點較遠或高差很大時，就需要連續多次安置儀器以測出兩點的高差。
（一）高差法
如圖2-18所示，已知點的高程=43.150m，欲測點高程，**路上增加1、2、3、4、……等中間點，將高差分成若干個水準測站。其中間點僅起傳遞高程的作用，稱為轉點（turning point），簡寫為。
轉點無固定標誌，無需算出高程。 每安置一次儀器，便可測得乙個高差，即
將各式相加，得
則點的高程為
2-5）
圖2-18 高差法連續水準測量
觀測、記錄與計算見表2-1。
表2-1高差法水準測量手簿
（二）儀高法
儀高法測高程的施測與高差法基本相同。如圖2-18所示，在相鄰兩測站之間有了中間點1、2、3與4、5，它們是待測的高程點，而不是轉點。在測站ⅰ，除了讀出點上的前視讀數，還要讀出中間點1、2、3的讀數；在測站ⅱ，要讀出點上的後視讀數，以及讀出中間點4、5的讀數。
儀高法的計算方法與高差法不同，須先計算儀器視線高程，再推算前視點和中間點高程。記錄與計算見表2-2相應欄。
為了減少高程傳遞誤差，觀測時應先觀測轉點，後觀測中間點。
圖2-19 儀高法連續水準測量
表2-2儀高法水準測量手簿
三、水準測量的檢核
1．計算檢核
點對點的高差等於各轉點之間高差的代數和，也等於後視讀數之和減去前視讀數之和，因此，此式可用來作為計算的檢核。但計算檢核只能檢查計算是否正確，不能檢核觀測和記錄時是否產生錯誤。
2．測站檢核
點的高程是根據點的已知高程和轉點之間的高差計算出來。若其中測錯任何乙個高差，點高程就不會正確。因此，對每一站的高差，都必須採取措施進行檢核測量。
1）雙儀器高法同一測站用兩次不同的儀器高度（兩次不同的儀器高度相差10cm以上），測得兩次高差以相互比較進行檢核。兩次所測高差之差對於等外水準測量容許值為，對於四等水準測量容許值為。超出此限差，必須重測，在此限差內，可取兩次所測高差之差的平均值作為該站的觀測高差。
2）雙面尺法儀器高度不變，立在前視點和後視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數，測得兩次高差，相互進行檢核。兩次所測高差之差的限差同雙儀器高法。
3．成果檢核
測站檢核只能檢核乙個測站上是否存在錯誤或誤差超限。由於溫度、風力、大氣折光、尺墊下沉和儀器下沉等到外界條件引起的誤差，尺子傾斜和估讀的誤差，以及水準儀本身的誤差等，雖然在乙個測站上反映不很明顯，但隨著測站數的增多使誤差積累，有時也會超過規定的限差。 因此為了正確評定一條水準路線的測量成果精度，應進行整個水準路線的成果檢核。
成果檢核的方法，因水準路線布設形式的不同，主要有
1）閉合水準路線檢核
理論上閉合水準路線各段實測高差代數和值應等於零，即。
2）符合水準路線檢核
理論上附合水準路線各段實測高差代數和值應等於兩端已知高程的差值，即。
3）支水準路線檢核
支水準路線本身沒有檢核條件，通常是用往、返水準路線測量方法進行路線檢核。理論上往測高差與返測高差應大小相等，方向相反，即。
上述三種路線成果檢核的具體計算方法在下節水準測量的內業計算中詳述。
第五節水準測量的內業
水準測量外業工作結束後，要檢查手簿，再計算各點間的高差。經檢核無誤後，才能進行計算和調整高差閉合差。最後計算各點的高程。
否則應查詢原因予以糾正，必要時應返工重測。下面將根據水準路線布設的不同形式，舉例說明計算的方法、步驟。
水準儀使用方法
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