第二章
第一节水准测量高程测量概述
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)、气压高程测量(air pressure leveling)和GPS高程测量(GPS 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
原理：利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontal sight) ，配合水准尺(leveling staff) ，测定地面两点的高差，然后根据一已知
点高程推算未知点高程。
一、高差测量
高差=后视读数-前视读数
h=a-b
高差有正负之分
二、高程计算
H B =HA +h
=HA +a-b……高差法
=（HA +a）-b
= Hi -b ………
视线高法
第三节
1、水准仪分类水准测量仪器和工具•水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。一、水准仪
1) 微倾式水准仪(title level)；按精度分DS05、DS1、DS3，DS10等。
2）自动安平水准仪(compensator level)。
3）电子水准仪（数字水准仪）。
2、微倾水准仪的构造
水准仪主要由望远镜(telescope)、水准器(bubble)和基座(tribrach)组
成。
1、望远镜
根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜。
十字丝分划板：
在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝；中间的长横丝称为中丝，用于读取水准尺上分划的读数；上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝，上、下丝总称为视距丝，用来测定水准仪至水准尺的距离。用视距丝测量出的距离称为视距(stadia)。
望远镜物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴(collimation axis of telescope)，用CC表示。
望远镜对光：转动目镜，看清楚十字丝；转动对光螺旋，看清楚目标。
2、水准器
水准器用于置平仪器。水准器有管水准器(bubble tube)和圆水准器(circular bubble)两种。
①管水准器（水准管）
a：水准管轴——过水准管圆弧零点的切线
b：水准管分划值——2mm圆弧所对应的圆心角。分划值越大，水准管灵敏度越低；反之，越高。
尚未符合符合气泡符合
②圆水准器
圆水准器由玻璃圆柱管制成，其顶面内壁是磨成一定半径R的球面，中央刻有小圆圈，其圆心O是圆水准器的零点；过零点O的球面法线为圆水准器轴(circular bubble axis)；当圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置；
圆水准器用于粗略整平仪器。
(3) 基座及三脚架
基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。三脚架由木质或铝合金制成。
二、水准尺
水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成，尺的零点一般在尺的底部，尺的刻划是黑（红）白相间，每格是1cm或0.5cm，每分米均注数字，长度从2m-5m不等。
水准尺分为直尺（板尺）、塔尺和折尺，其中直尺又分单面分划和双面分划两种。
双面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
尺垫是在转点处放置水准尺用，避免标尺下沉和立尺点位置变动。
第四节
微倾式水准仪的使用步骤：
1）安置仪器水准仪的使用安置仪器→粗平→瞄准水准尺→精平→读数。
要求使三脚架的架头面大致水平，并将三脚架的三个脚尖踩入土中，使脚架稳定。然后从仪器箱内取出水准仪，放在三脚架的架头面，并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内，以防止仪器从三脚架头上摔下来。
2) 粗平
粗平即粗略整平仪器。旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜的视准轴大致水平。
旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是：用左手旋转脚螺旋，则左手大拇指移动方向即为水准气泡移动方向；用右手旋转脚螺旋，则右手食指移动方向即为水
准气泡移动方向。
3) 瞄准水准尺
望远镜对光：旋转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；旋转物镜调焦螺旋，使目标清晰。
观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝没有相对移动，如果目标像与十字丝分划板平面不重合，观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝之间就会有相对移动，这种现象称为视差(parallax)。
消除视差的方法：用手暂时遮住物镜(或将望远镜对准天空)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝十分清晰；移去遮物镜的手(或瞄准标尺)，旋转物镜调焦螺
旋使目标像十分清晰。
4) 精平
从目镜左边的附合气泡观察窗中察看两个气泡影像是否吻合，如不吻合，再漫漫旋转微倾螺旋直至完全吻合为止。
5) 读数
仪器精平后，应立即用十字丝的横丝在水准标尺上读数。
第五节
水准测量的基本方法
一、水准点
为了已确定的高程能长久的保存，作为水准测量的依据而设立的标志，称为水准点(benchmark，通常缩写为BM)。水准点有永久性和临时性两种。
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)。
二、水准测量的实施如果欲测高程点与
已知水准点相距较远或
高差较大，安置一次仪
器无法测得其高差时，
就要在两点间增设若干
个作为传递高程的临时
立尺点称为转点
（turning point，缩
写为TP）。
第六节
一、测站校核水准测量的精度要求和内业计算
1.改变仪器高法（双仪高法）：两次高差不大于±5mm
2.双面尺法：同一根尺黑红面读数之差不超过±3mm或黑面尺和红面尺读数的高差差值在±5mm以内。
二、路线校核
1.闭合水准路线
由一个已知高程的水准点开始观测，顺序测量若干待测点，最后测回到原来开始的水准点。
闭合水准路线上各点之间的高差代数和理论上应等于零，否则便产生高差闭合差f h 。f h =∑h
2.附合水准路线由一个已知高程的水准点开始，顺序测定若干待测点，最后连续测到另一个已知高程水准点上，构成附合的水准路线。在附合水准路线检核中，各点之间高差代数和，应等于两个水准点的高差。如不相等，两者之差称为高差闭合差f h
f h =∑h测-（H终-H 起）
附合水准路线的内业计算
（1）高差闭合差的计算
f h =∑h测-（H终-H 起）
（2）高差闭合差的调整
平差原则：将高差闭合差反符号按距离或测站数成比例分配于各测段（测站）高差中
改正数=-[（闭合差/全长）×某一测段距离]
或=-[（闭合差/测站总数）×某一测段测站数]
（3）高程的推算
算例----附合导线
举例：如图，已知HA =56.345m，HB =59.039m
3、支水准路线
f h =∑h往+ ∑h返
第八节(1) 仪器误差水准测量的误差分析及注意事项水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境的影响三个方面。
1) 仪器校正后的残余误差：视线倾斜误差（视准轴不平行水准轴误差或i 角
误差）。
i 角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。
2) 水准尺误差：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的
水准尺分划误差会影响水准测量的精度。
规范规定，对于区格式木质标尺不应大于0.5mm，否则，应在所测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。
(2) 观测误差
1) 管水准气泡居中误差：
2) 读数误差：
读数误差与望远镜的放大倍数和视距长有关。视距愈长，读数误差愈大。因此，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视距应小于等于80m。
3) 水准尺倾斜：读数时水准尺必须竖直。
4) 瞄准误差：
5) 仪器下沉和尺垫下沉：采用“后—前—前—后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响，采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响。
(3) 地球曲率与大气折光影响：采用前、后视距离相等可消除或减弱地球曲率与大气折光影响。规范规定，三、四等水准测量时应保证上、中、下三丝应能读数，二等水准测量则要求下丝读数大于等于0.3m。
2、检验方法
1）圆水准器轴L ′L ′平行于仪器的竖轴
旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后将仪器绕竖轴旋转180˚，如果气泡仍居中，则表示该几何条件满足；如果气泡偏出分划圈外，则需要校正。校正方法见教材。
2）十字丝中丝垂直于仪器的竖轴的检验方法
安置水准仪，使圆水准器的气泡严格居中后，先
用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标M ，然后旋紧
制动螺旋，转动微动螺旋，如果目标点M 不离开中
丝，则表示中丝垂直于仪器的竖轴；如果目标点M 离
开中丝，则需要校正。见图示。
校正方法见教材。
3）水准管轴平行于视准轴的检验方法
•
•在较平坦的地面上选择相距约80m的A 、B 两点，打下木桩或放置尺垫。用皮尺丈量，定出AB 的中间点C 。在C 点处安置水准仪，用变动仪器高法，连续两次测出A 、B 两点的高差，若两次测定的高差之差不超过3mm，则取两次高差的
平均值h AB 作为最后正确结果。
在离B 点大约3m左右的D 点处安置水准仪，精平后读得B 点尺上
的读数为b 2，看作正确读数, 算出A 点尺上视线水平时的应读读数
为：•
b 2 h AB a 2
第十节自动安平水准仪简介
自动安平水准仪(compensator level)的结构特点是没有管水准器和微倾螺旋。基本原理是在望远镜中安置了一个补偿装置，当视准轴有微小倾斜，通过物镜光心的水平光线经补偿装置后能通过十字丝交点，使用时只要圆水准器泡剧中，瞄准水准尺即可读数。
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。
自动安平水准仪的视线安平原理如图所示。
补偿器的工作原理是利用地球引力进行工作的, 它将一组透镜用掉丝悬挂, 在地球引力的作用下, 悬挂的透镜始终垂直于地面, 当仪器没完全整平时, 也就是望远镜轴于水平线有一夹角(i角), 则相应的补偿器会始终垂直于地面, 其也将与望远镜轴产生夹角(i+90度角), 经过悬挂的透镜, 我们的视线就会得到改正, 使我们得到正确的水平视线
.
意思是仪器里面有一个垂球和十字丝分划板是一体的。水准仪处于水平状态，垂球自然下垂，十字丝分划板处于正确位置。当水准仪接近水平，但又不太水平时由于垂球仍然会自然下垂，从而起到自动补偿的作用。由于垂球和十字丝板是一体的，当水准仪不太水平时，由于垂球仍然会自然下垂，从而会带动十字丝分划板回到正确位置（原来的位置）。
由于补偿器相当于一个重摆，由于开始时会有些晃动（表现为十字丝相对于水准尺像的晃动），大约1～2秒钟后将趋于稳定，此时即可在水准尺上进行读数。
图2-28为北京光学仪器厂生产的DZS3-1自动安平水准仪，图2-29为其望远镜视场，左边为补偿器状态窗口，当仪器安置好、补偿器指标线位于补偿器指标附近时，即可以
进行读数。
精密水准仪和精密水准尺
精密水准仪(precise level) 主要用于国家一、二等水准测量(the first and second order leveling) 和高精度的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。
(1) 精密水准仪的特点
1) 望远镜的放大倍数大，分辨率高，如规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；
2) 管水准器分划值为10″/2mm，精平精度高；
3) 望远镜的物镜有效孔径大，亮度好；
4) 望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响；
5) 采用平板玻璃测微器读数，读数误差小；
6) 配备精密水准尺。
(2) 精密水准尺(因瓦水准尺)
精密水准尺(invar leveling staff) 是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。
长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm 和5mm 两种。
(2) 精密水准尺(因瓦水准尺)
精密水准尺(invar leveling staff)是在木质尺身的凹槽内，引
张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端
用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢
带不受尺身伸缩变形的影响。
长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精
密水准尺的分划值有10mm 和5mm 两种。
图2-30a 为徕卡公司生产的与新N3精密水准仪配套的精密
水准尺，因为新N3的望远镜为正像望远镜，所以水准尺上
的注记也是正立的。水准尺全长约3.2m ，在因瓦合金钢带
上刻有两排分划，左边一排分划为基本分划，数字注记从
0到300cm ，右边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm
到600cm ，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数
301.55cm ，称为基辅差或尺常数。水准测量作业时用以检
查读数是否存在粗差。
(3) N3精密水准仪及其读数原理
图2-31就是新N3微倾式精密水准仪，其每km 往返测高差中数的中误差为±0.3mm 。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer) ，N3的平行玻璃板测微器的结构见图2-32
。
(3) N3精密水准仪及其读数原理
图2-31就是新N3微倾式精密水准仪，其每km 往返测高差中数的中误差为±0.3mm 。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer) ，N3的平行玻璃板测微器的结构见图2-32。
它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。
平行玻璃板安装在物镜前，它与测微尺之间用带有齿条的传动杆连接，当旋转测微螺旋时，传动杆带动平行玻璃板绕其旋转轴作俯仰倾斜。
视线经过倾斜的平行玻璃板时产生上下平行移动，可以使原来并不对准尺上某一分划的视线能够精确对准某一分划，从而读到一个整分划读数(见图2-32中的148cm 分划) ，而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成
像在测微尺读数窗内。
旋转N3的平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm ，它对应测微尺上的100个分格。
测微尺上1个分格等于0.1mm ，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm 。将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如图2-33的读数为148+0.655= 148.655cm=1.48655m
。
徕卡新N3正像
精密水准仪
精密水准尺
威特老N3倒像
微倾式精密水准仪
第二章
第一节水准测量高程测量概述
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)、气压高程测量(air pressure leveling)和GPS高程测量(GPS 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
原理：利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontal sight) ，配合水准尺(leveling staff) ，测定地面两点的高差，然后根据一已知
点高程推算未知点高程。
一、高差测量
高差=后视读数-前视读数
h=a-b
高差有正负之分
二、高程计算
H B =HA +h
=HA +a-b……高差法
=（HA +a）-b
= Hi -b ………
视线高法
第三节
1、水准仪分类水准测量仪器和工具•水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。一、水准仪
1) 微倾式水准仪(title level)；按精度分DS05、DS1、DS3，DS10等。
2）自动安平水准仪(compensator level)。
3）电子水准仪（数字水准仪）。
2、微倾水准仪的构造
水准仪主要由望远镜(telescope)、水准器(bubble)和基座(tribrach)组
成。
1、望远镜
根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜。
十字丝分划板：
在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝；中间的长横丝称为中丝，用于读取水准尺上分划的读数；上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝，上、下丝总称为视距丝，用来测定水准仪至水准尺的距离。用视距丝测量出的距离称为视距(stadia)。
望远镜物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴(collimation axis of telescope)，用CC表示。
望远镜对光：转动目镜，看清楚十字丝；转动对光螺旋，看清楚目标。
2、水准器
水准器用于置平仪器。水准器有管水准器(bubble tube)和圆水准器(circular bubble)两种。
①管水准器（水准管）
a：水准管轴——过水准管圆弧零点的切线
b：水准管分划值——2mm圆弧所对应的圆心角。分划值越大，水准管灵敏度越低；反之，越高。
尚未符合符合气泡符合
②圆水准器
圆水准器由玻璃圆柱管制成，其顶面内壁是磨成一定半径R的球面，中央刻有小圆圈，其圆心O是圆水准器的零点；过零点O的球面法线为圆水准器轴(circular bubble axis)；当圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置；
圆水准器用于粗略整平仪器。
(3) 基座及三脚架
基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。三脚架由木质或铝合金制成。
二、水准尺
水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成，尺的零点一般在尺的底部，尺的刻划是黑（红）白相间，每格是1cm或0.5cm，每分米均注数字，长度从2m-5m不等。
水准尺分为直尺（板尺）、塔尺和折尺，其中直尺又分单面分划和双面分划两种。
双面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
尺垫是在转点处放置水准尺用，避免标尺下沉和立尺点位置变动。
第四节
微倾式水准仪的使用步骤：
1）安置仪器水准仪的使用安置仪器→粗平→瞄准水准尺→精平→读数。
要求使三脚架的架头面大致水平，并将三脚架的三个脚尖踩入土中，使脚架稳定。然后从仪器箱内取出水准仪，放在三脚架的架头面，并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内，以防止仪器从三脚架头上摔下来。
2) 粗平
粗平即粗略整平仪器。旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜的视准轴大致水平。
旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是：用左手旋转脚螺旋，则左手大拇指移动方向即为水准气泡移动方向；用右手旋转脚螺旋，则右手食指移动方向即为水
准气泡移动方向。
3) 瞄准水准尺
望远镜对光：旋转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；旋转物镜调焦螺旋，使目标清晰。
观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝没有相对移动，如果目标像与十字丝分划板平面不重合，观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝之间就会有相对移动，这种现象称为视差(parallax)。
消除视差的方法：用手暂时遮住物镜(或将望远镜对准天空)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝十分清晰；移去遮物镜的手(或瞄准标尺)，旋转物镜调焦螺
旋使目标像十分清晰。
4) 精平
从目镜左边的附合气泡观察窗中察看两个气泡影像是否吻合，如不吻合，再漫漫旋转微倾螺旋直至完全吻合为止。
5) 读数
仪器精平后，应立即用十字丝的横丝在水准标尺上读数。
第五节
水准测量的基本方法
一、水准点
为了已确定的高程能长久的保存，作为水准测量的依据而设立的标志，称为水准点(benchmark，通常缩写为BM)。水准点有永久性和临时性两种。
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)。
二、水准测量的实施如果欲测高程点与
已知水准点相距较远或
高差较大，安置一次仪
器无法测得其高差时，
就要在两点间增设若干
个作为传递高程的临时
立尺点称为转点
（turning point，缩
写为TP）。
第六节
一、测站校核水准测量的精度要求和内业计算
1.改变仪器高法（双仪高法）：两次高差不大于±5mm
2.双面尺法：同一根尺黑红面读数之差不超过±3mm或黑面尺和红面尺读数的高差差值在±5mm以内。
二、路线校核
1.闭合水准路线
由一个已知高程的水准点开始观测，顺序测量若干待测点，最后测回到原来开始的水准点。
闭合水准路线上各点之间的高差代数和理论上应等于零，否则便产生高差闭合差f h 。f h =∑h
2.附合水准路线由一个已知高程的水准点开始，顺序测定若干待测点，最后连续测到另一个已知高程水准点上，构成附合的水准路线。在附合水准路线检核中，各点之间高差代数和，应等于两个水准点的高差。如不相等，两者之差称为高差闭合差f h
f h =∑h测-（H终-H 起）
附合水准路线的内业计算
（1）高差闭合差的计算
f h =∑h测-（H终-H 起）
（2）高差闭合差的调整
平差原则：将高差闭合差反符号按距离或测站数成比例分配于各测段（测站）高差中
改正数=-[（闭合差/全长）×某一测段距离]
或=-[（闭合差/测站总数）×某一测段测站数]
（3）高程的推算
算例----附合导线
举例：如图，已知HA =56.345m，HB =59.039m
3、支水准路线
f h =∑h往+ ∑h返
第八节(1) 仪器误差水准测量的误差分析及注意事项水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境的影响三个方面。
1) 仪器校正后的残余误差：视线倾斜误差（视准轴不平行水准轴误差或i 角
误差）。
i 角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。
2) 水准尺误差：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的
水准尺分划误差会影响水准测量的精度。
规范规定，对于区格式木质标尺不应大于0.5mm，否则，应在所测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。
(2) 观测误差
1) 管水准气泡居中误差：
2) 读数误差：
读数误差与望远镜的放大倍数和视距长有关。视距愈长，读数误差愈大。因此，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视距应小于等于80m。
3) 水准尺倾斜：读数时水准尺必须竖直。
4) 瞄准误差：
5) 仪器下沉和尺垫下沉：采用“后—前—前—后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响，采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响。
(3) 地球曲率与大气折光影响：采用前、后视距离相等可消除或减弱地球曲率与大气折光影响。规范规定，三、四等水准测量时应保证上、中、下三丝应能读数，二等水准测量则要求下丝读数大于等于0.3m。
2、检验方法
1）圆水准器轴L ′L ′平行于仪器的竖轴
旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后将仪器绕竖轴旋转180˚，如果气泡仍居中，则表示该几何条件满足；如果气泡偏出分划圈外，则需要校正。校正方法见教材。
2）十字丝中丝垂直于仪器的竖轴的检验方法
安置水准仪，使圆水准器的气泡严格居中后，先
用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标M ，然后旋紧
制动螺旋，转动微动螺旋，如果目标点M 不离开中
丝，则表示中丝垂直于仪器的竖轴；如果目标点M 离
开中丝，则需要校正。见图示。
校正方法见教材。
3）水准管轴平行于视准轴的检验方法
•
•在较平坦的地面上选择相距约80m的A 、B 两点，打下木桩或放置尺垫。用皮尺丈量，定出AB 的中间点C 。在C 点处安置水准仪，用变动仪器高法，连续两次测出A 、B 两点的高差，若两次测定的高差之差不超过3mm，则取两次高差的
平均值h AB 作为最后正确结果。
在离B 点大约3m左右的D 点处安置水准仪，精平后读得B 点尺上
的读数为b 2，看作正确读数, 算出A 点尺上视线水平时的应读读数
为：•
b 2 h AB a 2
第十节自动安平水准仪简介
自动安平水准仪(compensator level)的结构特点是没有管水准器和微倾螺旋。基本原理是在望远镜中安置了一个补偿装置，当视准轴有微小倾斜，通过物镜光心的水平光线经补偿装置后能通过十字丝交点，使用时只要圆水准器泡剧中，瞄准水准尺即可读数。
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。
自动安平水准仪的视线安平原理如图所示。
补偿器的工作原理是利用地球引力进行工作的, 它将一组透镜用掉丝悬挂, 在地球引力的作用下, 悬挂的透镜始终垂直于地面, 当仪器没完全整平时, 也就是望远镜轴于水平线有一夹角(i角), 则相应的补偿器会始终垂直于地面, 其也将与望远镜轴产生夹角(i+90度角), 经过悬挂的透镜, 我们的视线就会得到改正, 使我们得到正确的水平视线
.
意思是仪器里面有一个垂球和十字丝分划板是一体的。水准仪处于水平状态，垂球自然下垂，十字丝分划板处于正确位置。当水准仪接近水平，但又不太水平时由于垂球仍然会自然下垂，从而起到自动补偿的作用。由于垂球和十字丝板是一体的，当水准仪不太水平时，由于垂球仍然会自然下垂，从而会带动十字丝分划板回到正确位置（原来的位置）。
由于补偿器相当于一个重摆，由于开始时会有些晃动（表现为十字丝相对于水准尺像的晃动），大约1～2秒钟后将趋于稳定，此时即可在水准尺上进行读数。
图2-28为北京光学仪器厂生产的DZS3-1自动安平水准仪，图2-29为其望远镜视场，左边为补偿器状态窗口，当仪器安置好、补偿器指标线位于补偿器指标附近时，即可以
进行读数。
精密水准仪和精密水准尺
精密水准仪(precise level) 主要用于国家一、二等水准测量(the first and second order leveling) 和高精度的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。
(1) 精密水准仪的特点
1) 望远镜的放大倍数大，分辨率高，如规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；
2) 管水准器分划值为10″/2mm，精平精度高；
3) 望远镜的物镜有效孔径大，亮度好；
4) 望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响；
5) 采用平板玻璃测微器读数，读数误差小；
6) 配备精密水准尺。
(2) 精密水准尺(因瓦水准尺)
精密水准尺(invar leveling staff) 是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。
长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm 和5mm 两种。
(2) 精密水准尺(因瓦水准尺)
精密水准尺(invar leveling staff)是在木质尺身的凹槽内，引
张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端
用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢
带不受尺身伸缩变形的影响。
长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精
密水准尺的分划值有10mm 和5mm 两种。
图2-30a 为徕卡公司生产的与新N3精密水准仪配套的精密
水准尺，因为新N3的望远镜为正像望远镜，所以水准尺上
的注记也是正立的。水准尺全长约3.2m ，在因瓦合金钢带
上刻有两排分划，左边一排分划为基本分划，数字注记从
0到300cm ，右边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm
到600cm ，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数
301.55cm ，称为基辅差或尺常数。水准测量作业时用以检
查读数是否存在粗差。
(3) N3精密水准仪及其读数原理
图2-31就是新N3微倾式精密水准仪，其每km 往返测高差中数的中误差为±0.3mm 。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer) ，N3的平行玻璃板测微器的结构见图2-32
。
(3) N3精密水准仪及其读数原理
图2-31就是新N3微倾式精密水准仪，其每km 往返测高差中数的中误差为±0.3mm 。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer) ，N3的平行玻璃板测微器的结构见图2-32。
它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。
平行玻璃板安装在物镜前，它与测微尺之间用带有齿条的传动杆连接，当旋转测微螺旋时，传动杆带动平行玻璃板绕其旋转轴作俯仰倾斜。
视线经过倾斜的平行玻璃板时产生上下平行移动，可以使原来并不对准尺上某一分划的视线能够精确对准某一分划，从而读到一个整分划读数(见图2-32中的148cm 分划) ，而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成
像在测微尺读数窗内。
旋转N3的平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm ，它对应测微尺上的100个分格。
测微尺上1个分格等于0.1mm ，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm 。将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如图2-33的读数为148+0.655= 148.655cm=1.48655m
。
徕卡新N3正像
精密水准仪
精密水准尺
威特老N3倒像
微倾式精密水准仪