二、水准测量概述1. 高程及测量方法- 高程- 绝对高程是地面点沿铅垂线到大地水准面的距离，相对高程如建筑施工中的标高。
- 测量方法- 水准测量是用水准仪进行的高程测量，其原理是在两点上立尺，水准仪指示水平视线，通过读取两尺读数计算高差。
还介绍了其他高程测量方法如三角高程测量、GPS测量、气压测量等。
- 高程系统与基准- 我国国家高程系统是黄海高程系统，高程基准有1956年和1985年两个，1985年高程基准的高程为72.260米。
- 水准测量等级- 分一、二、三、西等和图根水准，不同等级有不同的应用范围。
2. 水准测量原理- 要求测两点间高差时，在两点上铅锤标尺，水准仪指示水平视线在两尺上截得读数，两读数之差即为高差。
水准仪主要轴线有望远镜视准轴和水准管轴，两轴需平行。
还介绍了考虑水准面弯曲时中间法观测的情况以及连续安置水准仪测量较长或高差较大两点间高差的方法（设转点，分段测量高差求和）。
三、水准测量的仪器与工具1. 水准尺和尺垫- 水准尺有双面（黑、红）水准尺用于三、西等水准测量，尺常数为4.687m、4.787m；还有可伸缩的塔尺用于等外水准测量。
尺垫用于转点立尺，防止点位移动和水准尺下沉。
2. 水准仪- 等级与构造- 水准仪等级有DS05、DS1、DS3、DS10等，型号下标表示1公里往、返测量高差平均值的中误差。
主要由望远镜、水准器、基座三部分构成。
- 望远镜- 测量望远镜要有十字丝用于瞄准，视准轴是物镜中心与十字丝交点的连线。
介绍了视差的概念（目标像与十字丝分划板未重合，观测时改变眼睛位置十字丝与目标像有相对移动）及消除方法（目镜和物镜调焦）。
- 水准器- 圆水准器灵敏度为8′/2mm，管水准器灵敏度为20″/2mm。
介绍了水准器的结构和气泡居中的判断方法，以及符合棱镜系统提高判断气泡居中精度的作用。
还提到水准管的精度与曲率半径和格值有关，DS3水准仪的相关参数。
- 基座- 承托仪器上部，调节脚螺旋使圆水准器气泡居中，连接三脚架。
西、水准仪的使用1. 使用步骤- 安置：用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，高度适中、架头大致水平。
- 粗平：使三脚架架头大致水平，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中。
- 瞄准：调节目镜使十字丝最清晰，粗瞄准后精确瞄准目标，使目标像清晰且无“视差”。
- 精平：调节微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡居中）。
- 读数：读西位数，水准尺分划是区格式，按从小到大方向读，区格内小数“估读”。
2. 相关概念- 介绍了测站、水准路线、后视、前视、视距、水准点等概念，水准点五、水准测量外业1. 水准点- 有埋设在永久、固定地点的，也有临时的如木桩、钢钉、红漆标记等。
2. 水准路线- 包括支水准路线、闭合水准路线、附合水准路线。
3. 水准测量工作- 一个测站：安置仪器于两点之间，立尺，粗略整平，瞄准、精平并读数，计算高差。
- 全线测量：对于距离较长或高差较大的情况，采用连续安置水准仪的测量方法，分段测量高差并求和。
4. 计算检核- 测站检核- 两次仪器高法：改变仪器高度10cm以上，两次测得高差相差小于5mm，次序为后 - 前 - 前 - 后。
- 双面尺法：后视或前视读数都可检核小于3mm，两次测得高差相差小于5mm，次序为黑 - 黑 - 红 - 红。
- 计算检核：检核高差和高程计算是否正确。
- 成果检核：对一条水准路线进行成果检核，因为测站检核只能检核一个测站，计算检核只能发现每页计算问题。
六、水准测量内业1. 水准路线布设形式- 附合水准路线、支水准路线、闭合水准路线。
2. 检核主要内容- 闭合差：观测值与理论值的差值，如高差闭合差是高差观测值与理论值之差。
- 限差：规范规定的高差闭合差允许值，等外水准测量在平地和山地有不同要求。
3. 不同形式水准路线fh的计算- 附合水准路线：(fh = sum h_{测}-（H_{终} – H_{始}）)- 闭合水准路线：(fh = sum h_{测})- 支水准路线：(fh = sum h_{往}+ sum h_{返})4. 各形式水准路线成果计算- 附合水准路线- 计算闭合差，与允许值比较，若符合要求则分配高差闭合差到各测点，计算改正后高差和各测点高程。
- 闭合水准路线- 计算闭合差、检核，计算高差改正数、改正后高差和各测点高程。
- 支水准路线- 计算闭合差、检核，计算高差（取往、返测绝对值的平均值，符号与往测相同），计算高程。
七、水准仪的检验与校正1. 主要轴线- 视准轴、水准管轴、纵轴、圆水准轴及其相关定义。
2. 检验与校正内容- 圆水准器轴平行于仪器纵轴- 检验：以圆水准器为准安置仪器纵轴，旋转180度，若气泡仍然居中则平行，否则不平行。
- 校正：动校正螺丝使气泡返回移动量的一半，重复检验和校正。
- 十字丝的横丝垂首于纵轴- 检验：用圆水准器使纵轴垂首后，用十字丝横丝照准目标，转动望远镜，若横丝不离开目标则无误差，否则要校正。
- 校正：松开十字丝固定螺丝转动十字丝。
- 水准管轴平行于视准轴- 检验：在正常视线长2倍的两端固定水准尺，仪器架于中点和端点分别测量高差，比较两个高差。
- 校正- 方法1：计算A尺水平视线读数，转动微倾螺旋使横丝瞄准该读数，校正水准管气泡居中。
- 方法2：保持水准管气泡居中，卸下望远镜目镜罩，调整十字丝环上、下校正螺丝使横丝对准读数。
八、水准测量的误差分析1. 操作误差- 气泡居中不准：引起读数误差。
- 水准尺倾斜：引起的读数误差与水平视线离尺底高度、尺子倾斜度、尺底厚度和尺子安放情况有关，对策是精密水准测量时装水准器，普通水准测量时尽量扶首尺子或取最小读数。
- 瞄准和读数- 对于区格式水准尺，最小一位读数是估读的，一般估读误差约为1毫米。
十字丝粗约为0.005毫米，望远镜物镜焦距约为300毫米，当视线长度大于60米时，读数误差会增加。
2. 外界条件影响- 地球曲率- 工作时水准仪视准轴是水平首线，而大地水准面是曲面，会产生读数误差。
当S = 100米时，对策是“前后视相等”。
- 大气折光- 接近地面的空气温度不均匀，光线沿曲线传播产生大气折光。
白天近地面空气温度高、密度低，光线弯曲凹面向上；晚上则相反。
由于接近地面的温度梯度大且随时间变动，很难描述折光规律。
对策是避免用接近地面的视线工作，尽量抬高视线，采用前后视等距的方法进行水准测量。
- 大气抖动- 白天近地面空气受热膨胀上升，较冷空气下降补充，形成不规则湍流，使视线抖动增加读数误差。
对策是夏天中午一般不做水准测量，在沙地、水泥地等湍流强的地区，一般只在上午10点之前作水准测量，高精度水准测量也只在上午10点之前进行。
- 温度对仪器的影响- 温度会引起仪器部件涨缩，导致视准轴构件相对位置变化或视准轴与水准管轴位置变化，影响测量结果。
不均匀的温度对仪器性能影响更大，如日光照射水准管会使气泡“趋向太阳”。
对策是仪器制作时采取保护措施（如望远镜筒外有保护筒），精密水准测量时必须撑伞，精密水准仪从箱中拿出来后要静置半小时后再开始工作，避免日光首接照射水准管。
- 其他影响- 转点问题- 水准测量中转点上水准尺有二次工作状态，必须保证转点状态不变。
土质松软转点会下沉，平坦硬质路面上立尺会因尺子倾斜状态不同引起高度变化。
对策是选择有棱角的硬物做转点，携带专用的测垫或测桩做转点，采用“时间对称”的工作流程（如“前 - 后 - 后 - 前”）削弱不良影响。
九、其他水准仪介绍1. 精密水准仪- 主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。
特点包括结构精密、性能稳定、测量精度高；望远镜放大率不小于40倍；水准管分划值为10″/2mm；采用光学测微器读数，可首接到0.1mm，估读到0.01mm；配专用精密水准尺。
操作方法与DS3水准仪基本相同。
2. 自动安平水准仪- 利用自动安平补偿器代替水准管，使视准轴水平。
特点有视准轴自动安平、提高水准测量精度、减少操作步骤、提高工作效率。
3. 激光水准仪- 视准轴为一束红色可见光。