2.3 水准仪的使用
2.3.1 微倾式水准仪的使用方法
水准仪的使用包括：安置仪器、粗略整平、照准和调焦、精确整平和读数。
2.3.1.1 安置水准仪
在测站上，首先松开三脚架架腿的固定螺旋，伸缩三个架腿使高度适中，再拧紧固定螺旋。打开三脚架，使三脚架架头大致水平，并将三脚架的架脚踩入土中。三脚架安置好后，从仪器箱中取出仪器，旋紧中心连接螺旋将仪器固定在架头上。
2.3.1.2 粗略整平
粗略整平简称粗平，是调节仪器脚螺旋使圆水准器气泡居中，以达到水准仪的竖轴铅直，视线大致水平的目的。
脚螺旋转动的规律是：顺时针转动脚螺栓使该脚螺栓所在一端升高，逆时针转动脚螺栓使该脚螺栓所在一端降低。气泡偏向哪段说明哪段高些，气泡的移动方向始终与左手大拇指所指的方向一致，称为左手大拇指法则。具体操作方法：松开水平制动螺旋，转动仪器，将圆水准器置于两个脚螺旋之间，当气泡中心偏离零点位于m处时，如图2-12a所示，用两手同时相对（向内或向外）转动①、②两个脚螺旋（此时气泡移动方向与左手拇指移动方向相同），使气泡沿①、②两螺旋连线的平行方向移至中间n处，如图2-12b所示。然后转动第三个脚螺旋，使气泡居中，如图2-12c所示。按照上述方法反复调整脚螺旋，能使圆水准器气泡完全居中。
图2-12 粗平水准仪
2.3.1.3 瞄准和调焦
瞄准目标简称瞄标，瞄标分为粗瞄和精瞄，具体操作方法是：
（1）粗瞄：松开制动螺旋，转动望远镜，用准星和缺口粗略的瞄准水准尺，固定制动螺旋。
（2）看清目标：转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰；转动物镜对光螺旋，使尺子的成像清晰。
（3）精瞄：转动水平微动螺旋，使十字丝纵丝对准水准尺的中间，如图2-13所示。
（4）消除视差：如果调焦不到位，就会使尺子成像面与十字丝分划平面不重合，此时，观测者的眼睛靠近目镜端上下微微移动，就会发现十字丝和目标影像有相对运动，这种现象称为视差。视差会影响观测结果的准确性，所以必须消除。产生视差的原因是由于水准尺的影像没有落在十字丝的分刻板上。消除视差的方法是反复调节物镜和目镜的调焦螺旋，直到无论眼睛在哪个位置观察，水准尺的影像和十字丝无相对运动为止。
图2-13 照准水准尺读数
图2-14 视差
2.3.1.4 精确整平
每次在水准尺上读数前，均应转动微倾螺旋，使管水准器气泡观察镜中所看到的两半气泡影像严密重合在一起，此时管水准器气泡精确居中。由于气泡的移动有一个惯性，所以转动微倾螺旋的速度不能太快，尤其在管水准器的两端气泡影像将要对齐时更要注意。
2.3.1.5 读数
符合水准器气泡居中后，即可读取十字丝横丝在水准尺上的读数，依次读出米、分米、厘米、毫米四位数，其中毫米是估读的。如图2-13所示，中丝读数为0.716m，读数后应检查气泡是否符合，若不符合再精确整平，重新读数。
2.3.2 水准测量的基本方法
2.3.2.1 水准点
水准测量一般是在两个水准点之间进行，从已知高程的水准点出发，测定待定水准点的高程。为了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许多高程点。这些通过水准测量方法测定的高程控制点称为水准点（Bench Mark），简记为BM，作为测定未知点高程的依据。
水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。永久性水准点一般用石料或混凝土制成，深埋在地面冻土线以下，顶面设有不锈钢或其他不易腐蚀的材料制成的半球形标志，如图2-14a所示。有些水准点也设置在稳定的墙脚上，称为墙上水准点，如图2-14b所示。
在地形测量或建筑工程的施工中，常采用临时性水准点。可用木桩或道钉打入地面，也可在地表突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面上用红油漆作为标志，并标注记号和编号。
水准点埋设后，为便于以后使用时查找，需绘制说明点位的平面图，称为点之记。
2.3.2.2 水准测量的观测、记录和计算
1.观察和记录
普通水准测量的观测应按以下程序或步骤进行：
图2-15 国家级水准点
（1）将水准尺立于已知高程的水准点上，作为后视尺。
（2）将水准仪安置于水准路线的适当位置，在路线前进方向上的适当位置放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视尺。仪器到两水准尺的距离应基本相等，最大视距不大于150m。
（3）将仪器大略整平，照准后视标尺，消除视差，用微倾螺旋调节水准管气泡居中，用中丝读取后视读数，并记入记录簿（见表2-1）。
表2-1 普通水准测量记录表
（4）调转水准仪，照准前视标尺，消除视差，使水准管气泡居中，用中丝读取前视读数，并记入记录簿（见表2-1）。
（5）将仪器迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。
（6）将水准尺移到前面适当的高度和距离的地方，重复前面步骤，按顺序沿水准路线前进方向观测完毕。
2.观测和记录时应注意事项
（1）在已知高程点和待测高程点上立尺时，不能放尺垫，直接放在标石或木桩上。
（2）仪器到前后水准尺的距离要大致相等，可步量确定。
（3）水准尺要扶直，不能前后左右倾斜。
（4）观测员迁站前，后视点的尺垫不能动。
（5）原始读数不得涂改，读错或记错的数据应划去，再将正确数据写在上方，并在相应的备注栏内注明原因，记录簿要干净、整齐。
（6）有正、负意义的量，在记录时都应带上“+”、“-”号，对于中丝读数，要求记录4位，前后的0都要读记。
2.3.2.3 水准测量的检核方法
1.测站检核
在每一个测站的观测中，为了能及时发现观测中的错误，通常用“变动仪器高法”或“双面尺法”进行水准测量。
（1）变动仪器高法。在连续水准测量中，每一测站上通过改变两次仪器高度（应大于10cm），测定前视、后视两点间的高差，据此检查观测和读数是否正确。两次测得高差之差应不超过限值，若符合要求，则取两次高差平均值作为每一测站的高差。超过限值则重新观测。
（2）双面尺法。用双面尺法进行水准测量时，仪器高度不变，观测顺序为“后黑面尺、前黑面尺、前红面尺、后红面尺”，分别读取黑、红两面的两次高差。两个高差不超过限值时，即取两次高差平均值作为每一测站的高差；超过限值则重新观测。
2.路线检核
测站检核只能检查单个测站的观测精度是否符合要求，还必须进一步对水准测量成果进行检核，水准测量中，一般要形成一定的水准路线，将水准路线的测量结果和理论值相比较，来判断观测精度是否符合要求。实际测量的高差和高差理论值之差即为测量误差，称为高差闭合差，即为
fh=∑h观测-∑h理论 （2-8）
如何高差闭合差不大于允许限差，精度合乎要求，则观测结果正确，否则应当重测。
水准路线通常有以下三种形式，水准路线的形式不同，其高差闭合差的计算方法也不相同。
（1）附合水准路线。从一已知水准点出发，沿各待测高程的水准点进行水准测量，最后附合到另一已知水准点上，所构成的水准路线称为附合水准路线。如图2-16a所示。
附合水准路线常用于带状区域，附合水准路线是从一个已知的高程点测到另外一个已知的高程点，高差的理论值为终点高程减去起点高程，即∑h理=H终-H始，根据高差闭合差的定义，得
fh=∑h测-（H终-H始） （2-9）
（2）闭合水准路线。从一已知水准点出发，沿各待测高程的水准点进行水准测量，最后仍回到原已知水准点上，所构成的环形路线称为闭合水准路线。如图2-16b所示。
图2-16 水准路线
闭合水准路线常用于方形区域，闭合水准路线是起止于同一个已知点上，所以高差的总和理论上应为零，即∑h理=0，根据高差闭合差的定义得：
fh=∑h测-∑h理=∑h测-0=∑h测 （2-10）
（3）支水准路线。从一已知水准点出发，沿各待测高程的水准点进行，测量最后既不回到原已知水准点上，也不附合到另一已知水准点的路线，称为支水准路线。如图2-16c所示。附合水准路线和闭合水准路线因有检核条件，一般采用单程观测；支水准路线没有检核条件，必须进行往返观测或单程双线观测，利用往返观测两个结果检核观测成果。
闭合水准路线的往测高差总和理论上应与返测高差总和大小相等符号相反。因此，支水准路线的高差闭合差为
fh=∑h测=∑h往+∑h返 （2-11）
根据有关测量规范要求，等外水准测量的高差闭合差的允许值为
式中 L——水准测量的长度，单位是km；
n——水准测量的测站数。
水准测量中，一般当每公里测站数大于16站/km，选用山地公式；每公里测站数小于16站/km，选用平地公式。