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高程測量是測繪地形圖的基本工作之一，另外大量的工程、建筑施工也必須量測地面高程， 利用水準儀進行水準測量是精密測量高程的主要方法。
一、水準儀器組合
1. 望遠鏡 2. 調整手輪 3. 圓水準器 4. 微調手輪 5. 水平制動手輪 6. 管水準器 7. 水平微調手輪 8. 腳架
二、操作要點
在未知兩點間，擺開三腳架，從儀器箱取出水準儀安放在三腳架上，利用三個機座螺絲調平，使圓氣泡居中，跟著調平管水準器。水平制動手輪是調平的，在水平鏡內通過三角棱鏡反射，水平重合，就是平水。將望遠鏡對準未知點（ 1 ）上的塔尺，再次調平管水平器重合，讀出塔尺的讀數（后視），把望遠鏡旋轉到未知點（ 2 ）的塔尺，調整管水平器，讀出塔尺的讀數（前視），記到記錄本上。
計算公式：兩點高差 = 后視－前視。
三、校正方法
將儀器擺在兩固定點中間，標出兩點的水平線，稱為 a 、 b 線，移動儀器到固定點一端，標出兩點的水平線，稱為 a’ 、 b ’ 。計算如果 a － b ≠ a’ － b’ 時，將望遠鏡橫絲對準偏差一半的數值。用校針將水準儀的上下螺釘調整，使管水平泡吻合為止。重復以上做法，直到相等為止。
四、水準儀的使用方法
水準儀的使用包括：水準儀的 安置、粗平、瞄準、精平、讀數 五個步驟。
1. 安置
安置是將儀器安裝在可以伸縮的三腳架上并置于兩觀測點之間。首先打開三腳架并使高度適中，用目估法使架頭大致水平并檢查腳架是否牢固，然后打開儀器箱，用連接螺旋將水準儀器連接在三腳架上。
2. 粗平
粗平是使儀器的視線粗略水平，利用腳螺旋置園水準氣泡居于園指標圈之中。具體方法用儀器練習。在整平過程中，氣泡移動的方向與大姆指運動的方向一致。
3. 瞄準
瞄準是用望遠鏡準確地瞄準目標。首先是把望遠鏡對向遠處明亮的背景，轉動目鏡調焦螺旋，使十字絲最清晰。再松開固定螺旋，旋轉望遠鏡，使照門和準星的連接對準水準尺，擰緊固定螺旋。最后轉動物鏡對光螺旋，使水準尺的清晰地落在十字絲平面上，再轉動微動螺旋，使水準尺的像靠于十字豎絲的一側。
4. 精平
精平是使望遠鏡的視線精確水平。微傾水準儀，在水準管上部裝有一組棱鏡，可將水準管氣泡兩端，折射到鏡管旁的符合水準觀察窗內，若氣泡居中時，氣泡兩端的象將符合成一拋物線型，說明視線水平。若氣泡兩端的象不相符合，說明視線不水平。這時可用右手轉動微傾螺旋使氣泡兩端的象完全符合，儀器便可提供一條水平視線，以滿足水準測量基本原理的要求。注意？氣泡左半部份的移動方向，總與右手大拇指的方向不一致。
5. 讀數
用十字絲，截讀水準尺上的讀數。現在的水準儀多是倒象望遠鏡，讀數時應由上而下進行。先估讀毫米級讀數，后報出全部讀數。
注意，水準儀使用步驟一定要按上面順序進行，不能顛倒，特別是讀數前的符合水泡調整，一定要在讀數前進行。
五、水準儀的測量
測定地面點高程的工作，稱為高程測量。高程測量是測量的基本工作之一。高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同，可以分為水準測量、三角高程測量、 GPS 高程測量和氣壓高程測量。水準測量是目前精度最高的一種高程測量方法，它廣泛應用于國家高程控制測量、工程勘測和施工測量中。
水準測量的原理是利用水準儀提供的水平視線，讀取豎立于兩個點上的水準尺上的讀數，來測定兩點間的高差，再根據已知點高程計算待定點高程。
如下圖所示，在地面上有 A 、 B 兩點，已知 A 點的高程為 HA 、為求 B 點的高程 HB ，在 A 、 B 兩點之間安骨水準儀， A 、 B 兩點亡各豎立一把水準尺，通過水準儀的望遠鏡讀取水平視線分別在 A 、 B 兩點水準尺上截取的讀數為 a 和 b ，可以求出 A 、 B 兩點問的高差為：
設水準測量的前進方向為 A 點至 B 點，則稱 A 點為后視點，其水準尺讀數 a 為后視讀數；稱 B 點為前視點，其水準尺讀數 b 為前視讀數。因此，兩點間的高差等于：
hAB= 后視讀數 - 前視讀數
若后視讀數大于前視讀數，則高差為正，表示 B 點比 A 點高， hAB>0 ；若后視讀數小于前視讀數，則高差為負，表示 B 點比 A 點低， hAB<0 。
如果 A 、 B 兩點相距不遠，且高差不大，則安置一次水準儀，就可以測得高差 hAB 。此時 B 點高程為：
當架設一次水準儀需要測量多個前視點 B1 ， B2 ， … ， Bn 的高程時，采用視線高程計算這些點的高程就非常方便。設水準儀對豎立在 B1 ， B2 ， … ， Bn 點上的水準尺讀數分別為 b1 ， b2 ， … ， bn 時，則高程計算公式為：
如果 A 、 B 兩點相距較遠或高差較大，安置一次儀器無法測得其高差時，就需要在兩點間增設若干個作為傳遞高程的臨時立尺點，稱為轉點 ( 簡稱 TP 點 ) ，如圖中的 TP1 ， TP 2 ， … 點，并依次連續設站觀測，設測得的各站高差為：
六、保養與維修
1 ．水準儀是精密的光學儀器，正確合理使用和保管對儀器精度和壽命有很大的作用；
2 ．避免陽光直曬，不許可證隨便拆卸儀器；
3 ．每個微調都應輕輕轉動，不要用力過大。鏡片、光學片不準用手觸片；
4 ．儀器有故障，由熟悉儀器結構者或修理部修理；
5 ．每次使用完后，應對儀器擦干凈，保持干燥。
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