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水准测量是利用水准仪提供的一条水平视线，配合竖立在地面点上的水准尺，测出两地面点之间的高差，然后根据已知点的高程和高差，推算出另一个点的高程。
如图 3.3 所示，如果测量路线是由A点到B点的前进方向，则A点称为后视点，B点称为前视点，a和b分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就等于后视读数减去前视读数。如果B点高于A点，则高差h AB 为正；反之，高差h AB 为负。
通过水准仪测得A、B两点的高差h AB ，然后根据已知A点的高程H A 计算B点的高程H B 。
图3.3 水准测量的原理
①认识自动安平水准仪，掌握水准仪的基本功能、基本操作和水准尺度数。
②完成单站水准测量，并会记录、计算水准测量手簿（表 3.1）。
表3.1 水准测量手簿
自动安平水准仪构造如图 3.4 所示。
图3.4 自动安平水准仪的结构
1—基座；2—安平手轮；3—检查按钮；4—目镜卡环；5—目镜；6—护盖；7—光学瞄准器；
8—圆水准器观测棱镜；9—圆水准器；10—物镜；11—水平微动手轮；12—调焦手轮；13—内置度盘读数窗
先将木质三脚架架腿上的紧固螺旋松开，抽出第二节，使其高度适中，拧紧松开的紧固螺旋。然后张开 3 条腿，置于地面上，张开的角度不应过大或过小，否则脚架不稳，易被碰倒。用脚将 3 条腿的铁脚尖踩入土中，踩时应注意使架头大致水平，如图 3.5 所示。打开仪器箱取出仪器，置于架头上，一只手扶住仪器，另一只手将脚架中心螺旋旋入仪器连接板的螺母中，把仪器安置在测站上。
图3.5 踩踏三脚架
转动基座上的 3 个脚螺旋，使圆水准器气泡居中。整平时，气泡移动方向始终与左手大拇指的运动方向一致，圆水准器整平方法如图 3.6 所示。当气泡不在中心而偏左[图 3.6（a）]时，可先用双手按箭头指示的方向转动脚螺旋 1 和脚螺旋 2，使气泡移到图 3.6（b）的位置，然后转动第 3 个螺旋使气泡从图 3.6（b）的位置移动到圆圈的中心。
图3.6 圆水准器整平
先将望远镜对向明亮的背景，转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰；松开制动螺旋，转动望远镜，利用望远镜上照门和准星照准水准尺；拧紧制动螺旋，转动物镜调焦螺旋，看清水准尺；利用水平微动螺旋，使十字丝竖丝瞄准尺边缘或中央，同时观测者的眼睛在目镜端上下微动，检查十字丝横丝与物像是否存在相对移动的现象，这种现象被称为视差。如有视差则应消除，即继续按以上调焦方法仔细对光，直至水准尺正好成像在十字丝分划板平面上，两者同时清晰且无相对移动时为止。
读数应保持 4 位数字，米、分米、厘米可由水准尺上刻划直接读出，毫米数则由估计而读得。图 3.7（a）所示读数为 1.307 m，图 3.7（b）所示读数为 2.165 m。
图3.7 水准尺读数
将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，在施测路线的前进方向上合适位置（视距不超限，十字丝读数位置不超限）放置尺垫，竖立水准尺作为前视。将水准仪置于两尺之间前后视距大致相等的位置，将仪器用圆水准器粗平后瞄准后视标尺，用中丝读后视读数至毫米。掉转望远镜瞄准前视标尺，用中丝读前视读数至毫米。记录员根据观测员的读数在手簿中记录相应数字，并计算高差。
进行连续水准测量时，若其中任何一个后视读数或前视读数有错误，都会影响高差的正确性。因此，在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用双面尺法或双仪器高法进行观测，以检查高差测定中可能发生的错误。
第一测站结束后，记录员通知后视标尺员向前转移，并将仪器迁至第二测站。此时，第一测站的前视点成为第二测站的后视点。按第一测站相同的工作程序进行第二测站的工作。依次沿水准路线方向施测直至全部路线观测完为止，如图 3.8 所示。
图3.8 水准测量的基本方法
由图 3.8 可以看出每站的高差如下：
将以上各段高差相加，则得A、B两点间的高差h AB 为：
由式（3.4）可知，相距较长距离的A、B两点（或高差较大的两点），其高差等于两点间各段高差之和，也等于所有后视尺读数之和减去所有前视尺读数之和。在实际测量作业中，两种方法相互检核计算是否正确。
如果A点高程H A 已知，则B点高程H B 为：
在测量过程中，高程已知的水准点称为已知点，未知高程点称为待定点。由若干个连续测站完成两点（已知点或待定点）间高差测定称为一个测段。计算样表如表 3.2 所示。
表3.2 水准测量手簿（两次仪器高法）
在进行水准测量时，应注意以下 8 点：
①观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正。
②在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防止仪器和尺子下沉。在临时选的转点上要安置尺垫，水准点要直接安置水准尺。
③前、后视距应尽量相等，以消除视准轴不平行于水准管轴的误差和地球曲率及大气折光的影响。
④前、后视距不宜太长，一般不要超过 100 m。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数，以减少大气折光影响。
⑤在烈日下作业，要撑伞遮住阳光，避免气泡因受热不均而影响其稳定性。
⑥读完数后，应再次检查气泡是否仍然符合要求，否则应重读。
⑦记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚、端正。如果有错，不能用橡皮擦去，而应在改正处画一条横线，在旁边注上改正后的数字。
⑧水准尺必须扶直，不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。