一、水準測量原理
1. 水準測量基本原理
目的：測定兩點的高差
儀器：水準儀
原理：利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之間的水準尺進行觀測 ，並通過其中一個點（M點）的高程推算另一個點(N點)的高程。
2. 水準測量觀測方法
（1）高差法： 在M、N兩點間安置水準儀，在M、N兩點分別豎立水準尺，利用水準移的水平視線分別讀取M點、N點上的讀數a、b，則兩點的高差為
a：後視讀數(後視觀測讀數)；
b：前視讀數(前視觀測讀數)。
M：後視點
N：前視點
（2）視線高法（單站多測法）
安置一次儀器可以測算多個點高程的方法。首先算出水準儀的視線高程Hi，然後分別計算出各個點的高程：
bj為第j個前視點的讀數，Hj為第j個前視點的高程。
這種方法常用於路線縱斷面測量。
3. 連續水準測量（路線水準測量）
應用前提：兩待測點之間距離較遠、高差較大，或中間有障礙。
方法：加設若干個臨時立尺點（稱為轉點ZD），依此測定相鄰兩個點的高差，取各高差的代數和即得到起終兩個點的高差。
則M、N兩點的高差為
4. 提高精度的觀測方法
“中間法”觀測：各測站前、後視線長度大致相等
二、水準儀
1. 水準儀：提供水平視線（平行大地水準面）的設備
2. 水準儀類型：
（1）微傾式水準儀
（2）自動安平水準儀
（3）電子水準儀
3. 水準儀的表示方法（國產儀器）
DSn：D表示大地測量S表示水準儀，n為數字表示儀器精度，數值n越小,表示儀器精度越高。如DS0.5,,表示每公里往返測量高差中數的偶然中誤差小於或等於0.5mm。
4. 常用水準儀的等級劃分及主要用途
5. 水準儀的主要結構組成
主要為三部分：
（1）望遠鏡 （2）水準器 （3）基座
其中望遠鏡為主要組成部分。下圖為WILD NAK-0X型水準儀
6. 望遠鏡組成及其成像原理
望遠鏡由物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲四個主要部分組成。
成像原理：目標經過物鏡和對光凹透鏡的作用，在鏡筒內造成倒立、縮小的實像，通過調節對光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。
（望遠鏡的放大倍數）
目鏡的作用：放大，人眼經過目鏡，可以看到目標的小實像與十字絲一起放大了的虛像。
十字絲的作用：提供照準目標的標準。其中心交點和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲稱為視距絲。水準測量就是當視線水平時，用中間橫絲截取水準尺讀數。
視準軸：十字絲中央交點和物鏡光心的連線 （水準儀四條軸線之一）
豎軸：望遠鏡底部與基座相連的軸的中心線。 （水準儀四條軸線之一）
7. 水準器
（1）水準器的用途：
衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標誌。
（2）水準器種類：水準盒及水準管
水準盒用於粗調整平，水準管則用於精密整平。
（3）水準盒軸線：
水準盒頂面中心（水準盒零點）的球面法線（水準儀四條主要軸線之一）。
（4）水準管軸線：
過水準管圓弧中心點（水準管零點）與頂面圓弧內壁相切的直線（水準儀四條主要軸線之一）。
（5）水準器靈敏度：
用分劃值表示，即當氣泡移動2mm時，水準盒（管）軸相應傾斜的角度。
8. 水準尺
用途：用於水準測量的目標點觀測
種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的，塔尺一般長3米，由三節組成。板尺一般2米。
水準尺的刻度與標註：
精度比較：板尺精度高於塔尺。
用 途：板尺一般常用於三、四等水準測量，而塔尺則用於等外水準測量。
使用注意事項：使用前應認清尺子刻劃線與數字之間的位置關係，是否為正、倒數字，尺底的數值。對於塔尺，當使用兩節以上時應注意兩節接口位置是否對準、卡簧是否卡住。
三、水準儀使用方法
注意：如何辨別及消除視差？
用腳螺旋整平儀器
視差存在的根本原因：目標像和十字絲分劃板不重合！！！
水準尺讀數方法：
四、水準測量的實施
1. 水準點及其選擇
水準測量必須要有已知水準點（即其高程已知的點，用BM表示，如BM0、BM1等）
水準點選擇：結合測區內水準點的分佈情況、被測點的分佈以及地形地勢情況、所採取的路線形式選擇。
水準點類型：永久性和臨時性
水準點製成：依永久性及臨時性水準點而製做。
1. 水準點及其選擇
水準測量必須要有已知水準點（即其高程已知的點，用BM表示，如BM0、BM1等）
水準點選擇：結合測區內水準點的分佈情況、被測點的分佈以及地形地勢情況、所採取的路線形式選擇。
水準點類型：永久性和臨時性
水準點製成：依永久性及臨時性水準點而製做。
1. 水準點及其選擇
水準測量必須要有已知水準點（即其高程已知的點，用BM表示，如BM0、BM1等）
水準點選擇：結合測區內水準點的分佈情況、被測點的分佈以及地形地勢情況、所採取的路線形式選擇。
水準點類型：永久性和臨時性
水準點製成：依永久性及臨時性水準點而製做。
2. 水準路線佈置
附合水準路線
（3）支水準路線：從一水準點出發，沿線測量各待定點，其線路既不閉合到原來的已知點，也不附合到另一已知點。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理論上往返高差應為絕對值相等而符號相反。
（4）結點水準網：由若干條單水準路線相互連接而成的圖形。可分為附合水準網及獨立水準網。
3. 水準測量施測
（1）觀測與記錄：採用連續水準路線測量方法進行測量。點與點之間的距離大小取決於通視條件、讀數清晰度以及保證視線在尺子範圍內，一般為50~100米。注意：待測點必須要立尺觀測。對每一測站分別記錄後視讀數及前視讀數。注意：記錄方法
（2）測量結果校核
1）計算校核：檢查計算結果有無錯誤：高差計算結果；採用公式是否正確等。
2）測站校核：對每一站的觀測和記錄都及時地在現場進行校核。校核方法有：變動儀器高法、雙面尺法或雙儀器法；
3）路線校核：根據計算的閉合差，與規定的允許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。
平地
(L 為水準路線總長度km）
山地
(n為測站總數）
4. 水準測量的高程計算
（1）高差閉合差計算
計算閉合差及閉合差允許值，寫在“路線校核”欄內。
（2）高差閉合差分配及高程計算
當導線閉合差滿足技術要求時，可進行閉合差分配。分配的原則：改正數v與測站數n（或路線長度L）成正比，與閉合差反號，即
各點高程值
H0：已知點的高程，Hi為改正前的高程值。
五、水準測量的誤差來源及削減措施
六、水準儀校驗
1. 水準儀軸線幾何關係
（1）水準盒軸平行豎軸；
（2）十字絲橫絲垂直豎軸；
（3）水準管軸平行視準軸。
2. 檢驗方法：
（1）檢驗水準盒軸與豎軸是否平行： 調平水準盒氣泡居中，然後旋轉望遠鏡180度，若氣泡依然居中則兩軸平行。
（2）檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直： 將十字絲橫絲左端對準某一目標，旋轉水平微動螺旋使目標移到十字絲的右端，若目標依然位於十字絲橫絲上則表明兩軸垂直。
（3）檢驗水準管軸是否平行視準軸： 在已知高差的兩點間架設儀器，並使儀器距兩點之間的距離懸殊，首先在其中一個點立尺觀測讀數a，並根據a計算出儀器對另一點的應該讀數b。然後對其進行觀測讀數得b’，利用b’、b及兩測點之間的距離DMN可以計算出兩軸線的夾角γ (單位為秒) ， 若γ 大於20秒 不平行。
七、其它用於水準測量的儀器
1.精密水準儀
光學測微器+精密水準尺
2.自動安平水準儀
自動補償裝置，補償視準軸出現輕微傾斜帶領的誤差。
3.電子水準儀（數字水準儀）
分光鏡和探測器+條紋編碼標尺+圖象處理電子系統。自動讀數、記錄和計算。
4.激光水準儀
激光發射器，測定激光雙程走時計算兩點間的距離。
5.全站測量儀
光學理論+幾何理論+計算機理論+計算方法。可在一個測站上同時測角（水平角和豎直角）和測距（斜距、水平距離和高差），並能自動計算出待測點的三維座標。
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