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一、水准仪的认识和功能介绍 1.水准仪的外观认识： 
2.水准仪的各部件的功能介绍： 水准仪分为两大类：光学水准仪和电子水准仪，光学水准仪包括微倾水准仪和自动安平水准仪，目前使用的主要仪器是自动安平水准仪（上图所示）和电子水准仪（下图所示）。  | | 美国天宝DINI03电子水准仪 | |
①基座。基座与全站仪、经纬仪的基座相似，呈三角形，底板中心有螺孔，可以连接脚架中心螺旋，进行仪器安置。③圆水准器：用于显示水准仪的整平效果，旋转任意方向，气泡居中，则说明仪器处于水平状态，可以进行后续的测量。④望远镜：望远镜主要由目镜、目镜调焦旋钮、物镜、物镜调焦旋钮、瞄准器。主要用于瞄准目标和观测读数。⑤目镜/物镜：用于眼睛观看的镜头称为目镜，靠近物体一端的镜头称为物镜。⑦物镜调焦旋钮：调整观测物体（水准尺）的清晰程度。⑧瞄准器：用于粗略瞄准目标，便于找到目标所在大致方位。（1）三脚架。用来安置水准仪，给予水准仪测量时一定的高度，调节架腿的高低和开合可以适应任何地形，除此之外，也可以利用三脚架调平水准仪。（2）水准尺。水准尺的类型有多种，优质木材制成的红黑尺、铝合金制成的塔尺、用于精密水准测量的铟瓦尺。水准尺一般成对使用，一尺立于后视点，一尺立于前视点。①塔尺携带方便，但是结合处容易产生误差，且没有水准气泡，一般适用于四等以下水准测量使用；②红黑尺是双面尺，一面是黑色划线，零起点，一面是红色划线，常数起点，两根双面红色的尺底常数不同，分别是4687mm、4787mm，用于双面读数检核，用于四等以上水准测量使用；③铟瓦尺是单面尺，尺面上没有刻度，而是以条形码的形式存在，必须配套使用特定型号的电子水准仪才可以使用，测量精度高，一般适用于变形监测和二等水准测量。（3）尺垫。尺垫是用于水准线路测量时转点的一种工具，用钢板或铸铁制成，呈三角形或圆形，重量为1~5kg，尺垫下方有三个尖脚，上方中央有一凸出的半球体。使用时将尺垫踩实，把水准尺立在凸出的半球体上使用。 尺垫主要用于高程传递，作为临时水准点使用。使用过程中，注意一定要踩实尺垫，其目的是为了防止尺垫下沉造成高程误差；将水准尺立于半球体之上，其目的是为了测量过程中，尺子在转换（前视变后视）时，使其点位高程不发生变化。水准测量的基本原理是利用水准仪提供的一条水平视线，通过观测前后两把水准尺的读数，进而由已知点高程推求未知点的高程。如下图所示：已知A点的高程HA ,前后水准尺的读数分别为b、a，求B点的高程值HB。首先计算A、B两点之间的高差hAB ,高差即两点的高程之差，根据图示，可得:
①高差法：利用两点之间的高差来计算高程的方法，适用于一般的水准线路测量；②视线高法：利用视线高（仪器视线高程）计算高程的方法，适用于在一个测站上，观测多个前视目标时使用，常见于场地平整、地形测量、变形监测项目中。使用自动安平水准仪或电子水准仪进行高差测量时，其步骤基本一样，都要经过：仪器安置→粗平→瞄准→读数。①安置：将三脚架放置在两个测量点大致中间位置，使其前后视距相等（消除i角误差），三脚架的高度和胸口高度持平，然后将水准仪安装在架头上，中心螺旋旋紧。②粗平：粗平有两种方法可以完成，一种是调整脚螺旋，方法和全站仪精平类似，先调整两个脚螺旋，再调节另外一个脚螺旋，使得圆水准气泡居中，该方法适用前提是三脚架放置时架头处于基本水平的状态，因为脚螺旋调节有一定的限度。另外一种方法是：调整一个三脚架腿的位置，保持另外两个架腿不动，将另外一条架腿抬起，然后调整位置，最后使得气泡居中。两种方法也可以配合使用。③瞄准：望远镜目镜调焦，使十字丝清晰，转动望远镜，用瞄准器瞄准目标，使目标进入视线内。旋转物镜调焦旋钮，使目标清晰，消除视差，然后调整微动旋钮，使得十字丝精确瞄准目标，过程中尽量让十字丝竖丝瞄准水准尺中间部位，便于检查水准尺是否倾斜，方便提示扶尺人员。④读数：用分划板上的视距丝（上丝和下丝）读数，用于计算前后视距离；用分划板上的中丝读取水准尺的读数，用于计算高差。电子水准仪读数较为简单，瞄准并清晰看到水准尺的条形码后，点击“测量”，即可得到水准尺的读数及视距。利用水准仪提供的一条水平视线，通过瞄准两点所在的水准尺的读数，计算两点之间的高差，即：光学水准仪可以利用上丝读数和下丝读数，计算前后视的距离，计算方法为：电子水准仪可以直接测量前后视距，其测量原理是利用电磁波测距。水准测量的方法有两种：双面尺法和两次仪器高法（或变换仪器高法）。双面尺法的使用前提是使用的水准尺两面都有刻度，例如红黑尺。在待测高程的两点上竖立水准尺，将水准仪置于两尺大致中间的位置，置平后先读取后尺、前尺黑面中丝的读数a1、b1，再读取后尺、前尺红面中丝的读数a2、b2，计算高差h1=a1-b1，h2=a2-b2。若两次观测高差之差符合限差要求，取平均值作为观测高差。两次仪器高法使用的水准尺可以是单面尺。在待测高差的两点上竖立水准尺，将水准仪置于两尺大致中间的位置，置平后读取后尺、前尺中丝的读数a1、b1，然后重新调整仪器的高度，两次仪器的高度不能小于10cm,置平后再读取后尺、前尺中丝的读数a2、b2，计算高差h1=a1-b1，h2=a2-b2。若两次观测高差之差符合限差要求，取平均值作为观测高差。对于国家高程控制网，按照精度可分为一、二、三、四等。一等水准路线沿着国家主要交通干道和河流布设，是国家高程控制网的骨干，为全国高程控制测量提供统一的高程基准，也为研究大地水准面及地球形状和大小提供依据；二等水准网是在一等水准路线控制下加密得到的，形成国家高程控制的全面基础，同时用于地面沉降观测及精密工程测量的起算数据；三、四等水准网用于小区域高程测量的首级控制，作为图根高程控制测量的起算数据。目前，我国的高程控制系统是“1985国家高程基准”，水准原点位于青岛市观象山山顶处。水准原点是我国高程系统的起算点，高程为72.260米。我国以黄海平均海水面作为高程起算面，称为似大地水准面。以大地水准面作为基准面的高程系统称为正高系统，以似大地水准面作为基准面的高程系统称为正常高系统，以参考椭球面为基准面的高程系统称为大地高系统。我国采用的是正常高系统。高程控制测量方法主要是水准测量，水准测量包括踏勘和选点、水准点布设、高差测量、内业计算。（1）踏勘和选点。确定测区后，到现场巡视测区内的地物地貌，在巡视的过程中，选择合适的水准点位置。水准点宜布设在地表基础稳定，视野开阔，便于保存的地方，永久性水准点的点位基座用钢筋混凝土筑成；对于水泥路面，临时性的水准点一般可以使用沉降钉代替。水准点构网形式有单一水准路线和水准网，如下图所示，单一水准路线包括附合水准路线、闭合水准路线和支水准路线三种。①附合水准路线的特点是：从一个已知高程点出发，最后附合到另一个已知高程点，其检核条件好，常用于高程控制网加密；②闭合水准路线的特点是：从已知高程点出发，最后闭合到该高程点，具有严格的检核条件，但是不能检核已知高程值；③支水准路线的特点是：从已知高程点出发，最后既不闭合也不附合到已知高程点，缺乏检核条件，一般采用往返观测，仅适用于图根控制点的加密；④水准网的特点是：有多条单一水准路线交叉获得，检核条件多，结构好，适用于测区首级高程控制网。
该规定来自于《国家一、二等水准测量规范》的要求，具体如下：①仪器使用之前，应该进行i角的测定，保证视准轴的误差在限度之内。（一、二等i角不超过15″，三、四等i角不超过20″）②观测前30min，应将仪器置于露天阴凉处，使仪器与外界气温趋于一致；如果使用的是电子水准仪，需要开机进行预热。③仪器应处于前后尺的中间，一测站前、后视距差应小于1m，前、后视距累计差应小于3m。这样做，可以消除或削弱i角误差和垂直折光的影响。⑤在两相邻测站上，应按奇偶数测站的不同观测程序进行观测，对于往测奇数测站按“后前前后”、偶数测站按“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行；返测时，奇数测站与偶数测站的观测程序与往测时相反，。这样观测顺序可以消除或削弱仪器在测量过程中下沉的影响。⑥每一测段的往测和返测，其测站数均应为偶数，由往测转向返测时，两水准尺应互换位置，并应重新安置仪器。这样做可以削弱两水准尺零点不相等对观测高差的影响。⑦水准测量的观测工作间歇时，最好能结束在固定的水准点上，否则，应选择两个稳定可靠、光滑突出、便于放置水准标尺的固定点，作为间歇点加以标记，间歇后，应对两个间歇点的高差进行检测，检测结果符合限差要求就可以从间歇点起测。若只能选择一个固定点，则在间歇后应仔细检查，确认没有发生任何位移，方可开始起测。①三、四等水准测量采用双面尺法进行，为了削弱或消除仪器下沉等观测误差，测站按照一定的顺序进行观测。②三等水准测量一般观测顺序为“黑黑红红”或“后前前后”，即后视黑面、前视黑面、前视红面、后视红面；四等水准测量的观测顺序为“黑红黑红”或“后后前前”，即后视黑面、后视红面、前视黑面、前视红面。③三、四等水准测量的测量精度要求，参见《工程测量规范》，此处不做赘述。水准测量的内业计算，此处只做单一水准路线的计算，水准网的计算，我们会在后续进行单独讲解。具体步骤如下：将观测记录表中的数据整理，计算出每一测站的高差，填写到Excel表格内，方便统计和计算。在水准测量过程中，不仅要满足测站限差要求，还要满足路线闭合差的限差要求。高差闭合差等于水准路线高差观测值之和∑h测与理论值∑h理之差，即附合水准路线的理论值∑h理等于两个已知点的高差，闭合水准路线的理论值为0，支水准路线无检核条件，一般采用往返观测，往返测高差之和理论上符号相反，绝对值相等，之和为0 ，若不等于零，即为高差闭合差。高差闭合差分配的原则有两种：一种是按照测站数进行反号平均分配到每一测站上（-fh/n），一种是按照距离成比例反号分配到每一测站上（-fh/∑S*Si）。一般地势平坦地区，高差闭合差按照距离分配，地势变化比较大的地区，按测站数分配。对于支水准路线，取各测段往测和返测高差绝对值的平均值，符号与往测高差相同。从已知点开始，下一点高程=上一点高程+改正后的高差值建筑变形测量的等级、精度指标及其适用范围（数据来源《建筑变形测量规范》2016版） | | 主要适用范围 | | | 特高精度要求的变形测量。 | | | 地基基础设计为甲级的建筑的变形测量；重要的古建筑、历史建筑的变形测量；重要的城市基础设施的变形测量等。 | | | 地基基础设计为甲、乙级的建筑的变形测量；重要场地的边坡监测；重要的基坑监测；重要管线的变形测量；地下工程施工及运营中的变形测量；重要的城市基础设施的变形测量等。 | | | 地基基础设计为乙、丙级的建筑的变形测量；一般场地的边坡监测；一般的基坑监测；地表、道路及一般管线的变形测量；一般的城市基础设施的变形测量；日照变形测量；风振变形测量等。 | | | 精度要求较低的变形测量。 |
①沉降观测应设置沉降基准点。特等、一等沉降观测，基准点不少于4个；其他等级沉降观测，基准点不少于3个。基准点之间应形成闭合环。②沉降监测点应布设在能反映建筑及地基变形特征，并应顾及建筑结构和地质结构特点。当建筑结构或地质结果复杂时，应加密布点。③建筑沉降达到稳定状态可由沉降量与时间关系曲线判定。当最后100d的最大沉降速率小于0.01mm/d~0.04mm/d时，可认定为已达到稳定状态。式中：hA和hB分别代表基础倾斜方向上的A和B两点的沉降量（mm），L代表这两点之间的距离（mm）。水准仪在施工测量中的应用主要体现在高程放样，例如土方量计算、场地平整、地坪线标定、基坑开挖等。高程放样是根据附近已知水准点，在给定点位上标出设计高程位置，主要采用的方法是水准测量法和三角高程测量法。此处主要介绍水准测量法。①一般法。普通水准测量的方法，利用两水准尺的读数求得未知点高程值的方法。②倒尺法。一般适用于测量顶部的高程时使用，例如隧道顶板标高、矿山巷道顶板测量等。电子水准仪可以调用倒尺测量模式，光学水准仪需要将尺长减去读数，才是顶板到水准仪视线高。③悬尺法。一般适用于待放样高程与已知点高程之间的高差较大时，例如基坑开挖高程传递、高楼传递高程、矿山测量中高程传递等。在上方利用水准仪对已知高程点和钢尺进行读数，在下方也利用水准仪，借助钢尺上的读数，传递到底部的待定点上。水准仪在道路工程中的应用很多，例如高程控制测量、纵断面测量、横断面测量、坡度放样等。初测主要体现在高程控制测量，一般采用四等水准测量或图根水准测量。通常每隔2km设置一个水准点，并与国家水准点联测。测定沿线水准点的高程控制测量称为基平测量；根据基平水准点，测定导线点、中线上的转点、百米桩、加桩等高程的测量工作，称为中平测量。定测工作一般分为定线测量、中桩测量和纵、横断面测绘。涉及水准仪使用的主要体现在纵、横断面测绘。纵断面测绘可以利用中平测量的数据进行绘制，横断面测绘需要先确定横断面，然后以中桩为基准测量横断面上的点，绘制成横断面图。道路施工阶段的水准仪的使用主要体现在路基高程放样和路面标高的放样。其内容与施工测量类似，此处就不做赘述。竣工时需要将水准点引测到稳固的建筑物上或埋设永久性标石，间距不大于2km，其精度与定测时的要求相同。水准仪在地形图测绘中的应用主要体现在高程值的测量。对于地势较为平缓的地方，可以使用水准仪进行高程的测量，采用的方法是视线高法，一个测站不动，只需要移动水准尺就可以完成面状区域的高程点采集。不过这种方法太过费时费力，现已被全站仪和RTK所代替。综上所述，水准仪的用途主要是用来测定某点的高程值，无论是在单一水准路线还是水准网中，都是利用了水准测量的原理来完成的。水准测量是一项需要多人配合才能完成的工作，每个人都很重要，缺谁都不行，因此在测量过程中，一定要严格遵守测量的规范要求，如果测量过程中测错了，一定要及时汇报沟通，否则会导致后面的一连串的错误，尤其是在单一水准路线测量时，一处出错，所有的点都会受其影响。
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