第二章 水准仪及水准测量
测定地面点高程的工作，称为高程测量(height measurement)。高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同，可以分为水准测量(leveling)、三角高程测量(trigonometric leveling)、GPS 高程测量(GPS leveling)和气压高程测量(air pressure leveling)。水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。
第一节
水准测量原理与方法
一、水准测量原理 利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontal sight)，读取竖立于两个点上的水准尺(leveling staff)上的读数，来测定点间的高差，再根据已知点高程计算待定点高程。
在A 、B 两点上各立一根尺子（水准尺），在A 、B 之间安置一架可以得到水平袖线的仪器（水准仪），由水平视线在尺子上读数，分别为a 、b ，则两点的高差hAB=a-b 。这其中的关键是水准仪能够给出水平视线。
a ——后视读数；
b ——前视读数
注意：
1．高差hAB 本身可正可负，当a 大于b 时hAB 为正，此时B 点高于A 点；当a 小于b 时hAB 为负，即B 点低于A 点。
2．高差hAB 的书写其下标的次序是固定的，不能随意变换，hAB 表示从A 到B 的高差；hBA 则表示从B 到A 的高差。
二、水准测量方法
转点：如果A 、B 两点相距较远或高差太大，可在A 、B 两点之间增设若干传递高程的临时水准点，称其为转折点（Turning Point ）
转点：临时立尺点，作为传递高程的过渡点。（一般转点上均需使用尺垫） 测站：每安置一次仪器，称为一个测站
b
a h h
b a h b a h b a h AB n
n n ∑-∑=∑=-=-=-=
2
22111
第二节水准仪和水准尺
水准测量的仪器：水准仪（title level ）
水准测量的工具：水准尺(leveling staff)和尺垫(staff plate)
水准仪的种类：通过调整水准仪使管水准气泡居中获得水平视线的水准仪称为微倾式水准仪(title level)；
通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为自动安平水准仪(compensator level)。
电子水准仪
国产微倾式水准仪的型号有：DS05、DS1、DS3、DS10，其中字母D、S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，字母后的数字表示以mm为单位的、仪器每公里往返测高差中数的中误差。DS05、DS1、DS3、DS10水准仪每公里往返测高差中数的中误差分别为±0.5mm、±1mm、±3mm、±10mm。
➢称DS05、DS1为精密水准仪(precise level)，主要用于国家一、二等水准测量和精密工程测量；
称DS3、DS10为普通水准仪(general level)，主要用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。工程建设中，使用最多的普通水准仪是DS3水准仪。
一、水准仪的结构
二、水准尺
水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成，长度从2m~5m不等。
水准尺分为直尺、塔尺和折尺，其中直尺又分单面分划和双面分划两种。
➢塔尺和折尺常用于图根水准测量，尺面上的最小分划为1cm或0.5cm，在每1米和每1分米处均有注记。
➢双面水准尺多用于三、四等水准测量，以两把尺为一对使用。尺的两面均有分划，一面为黑白相间称黑面尺；另一面为红白相间称红面尺，两面的最小分划均为1cm，只在分米处有注记。两把尺的黑面均由零开始分划和注记。红面的分划和注记，一把尺由4.687m开始分划和注记，另一把尺由4.787m开始分划和注记，两把尺红面注记的零点差为0.1m。
三、尺垫
四、自动安平水准仪(compensator level)
➢通过补偿器获得水平视线读数的水准仪。
➢自动安平水准仪上没有水准管和微倾螺旋，使用时只需将圆水准气泡居中，便将视线置为水平。
➢国产自动安平水准仪的型号是在DS后加字母Z，即为：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10，其中Z代表“自动安平”汉语拼音的第一个字母。
五、精密水准仪和精密水准尺
六、水准仪的基本操作
七、数字水准仪
➢数字水准仪(digital level)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器
(CCD阵列)等部件，采用条形码分划水准尺(coding level staff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。
➢数字水准仪的特点是：
①用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差；
②精度高，多条码(等效为多分划)测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界
环境变化的影响；
③速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采
集到最后成果计算的内外业一体化。
④数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准
仪又可当作普通自动安平水准仪使用。
第三节水准测量外业施测
一、水准点
为统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点(benchmark，通常缩写为BM)。
水准测量的主要目的是测出一系列点的高程。我国水准点的高程是从青岛水准原点起算的。一、二等水准测量为精密水准测量(precise leveling)，三、四等水准测量为普通水准测量(general leveling)。采用某等级的水准测量方法测出其高程的水准点称为该等级水准点；各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。
水准点标石的类型可分为：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准标志四种。
二、水准路线
➢符合水准路线（annexed leveling line）
➢闭合水准路线（closed leveling line）
➢支水准路线（spur leveling line）
二、普通水准测量的方法
已知水准点BMA的高程HA＝19.153m，欲测定距水准点BMA较远的B点高程，按普通水准测量的方法，由BMA点出发共需设五个测站，连续安置水准仪测出各站两点之间的高差，观测步骤如下：
1、改变仪器高法
在进行连续水准测量时，若其中任何一个后视或前视读数有错误，都要影响高差的正确性。对于每一测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可采用改变仪器高的方法或双面尺法进行测站检核。
改变仪器高的方法在每一测站测得高差后，改变仪器高度（即重新安置与整平仪器）在10cm以上再测一次高差，或者用2台水准仪同时观测，当两次测得高差的差值在±5mm以
