水準(zhǔn)測量原理
水準(zhǔn)測量是利用一條水平視線，并借助水準(zhǔn)尺，來測定地面兩點(diǎn)間的高差，這樣就可由已知點(diǎn)的高程推算出未知點(diǎn)的高程。
編輯本段儀器和工具
水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具為水準(zhǔn)尺和尺墊。 水準(zhǔn)儀按其精度可分為DS05、DSl、DS3和DSl0等四個(gè)等級。建筑工程測量廣泛使用DS3級水準(zhǔn)儀。
水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)
根據(jù)水準(zhǔn)測量的原理，水準(zhǔn)儀的主要作用是提供一條水平視線，并能照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)。因此，水準(zhǔn)儀構(gòu)成主要有望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器及基座三部分。 1.望遠(yuǎn)鏡 DS3水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板所組成。物鏡和目鏡多采用復(fù)合透鏡組，十字絲劃板上刻有兩條互相垂直的長線，豎直的一條稱豎絲，橫的一條稱為中絲，是為了瞄準(zhǔn)目標(biāo)和談取讀數(shù)用的。在中絲的上下還對稱地刻有兩條與中絲平行的短橫線，是用來測定距離的，稱為視距絲。十字絲分劃板是由平板玻璃圓片制成的，平板玻璃片裝在分劃板座上，分劃板座固定在望遠(yuǎn)鏡筒上。 十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線，稱為視準(zhǔn)軸或視線。水準(zhǔn)測量是在視準(zhǔn)軸水平時(shí)，用十字絲的中絲截取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。 對光凹透鏡可使不同距離的目標(biāo)均能成像在十字絲乎面上。再通過目鏡，便可看清同時(shí)放大了的十字絲和目標(biāo)影像。從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)所看到的目標(biāo)影像的視角與肉眼直接觀察該目標(biāo)的視角之比，稱為望遠(yuǎn)鏡的放大率。DS3級水準(zhǔn)僅望遠(yuǎn)鏡的放大率一般為28倍。 2.水準(zhǔn)器:分為管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器。 水準(zhǔn)器是用來指示視準(zhǔn)軸是否水平或儀器豎軸是否豎直的裝置。有管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器兩種。管水準(zhǔn)器用來指示視準(zhǔn)軸是否水平;圓水準(zhǔn)器用來指示豎軸是否豎直。 (1)管水準(zhǔn)器 又稱水準(zhǔn)管，是一縱向內(nèi)壁磨成圓弧形的玻璃管，管內(nèi)裝酒精和乙醚的混合液，加熱融封冷卻后留有一個(gè)氣泡。由于氣泡較輕，故恒處于管內(nèi)最高位置。 水準(zhǔn)管上一般刻有間隔為2mm的分劃線，分劃線的中點(diǎn)0，稱為水準(zhǔn)管零點(diǎn)。通過零點(diǎn)作水準(zhǔn)管圓弧的切線，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管的氣泡中點(diǎn)與水準(zhǔn)管零點(diǎn)重合時(shí)，稱為氣泡居中;這時(shí)水準(zhǔn)管軸工人處于水平位置。水準(zhǔn)管圓弧2mm所對的圓心角稱為水準(zhǔn)管分劃值。安裝在DS3級水準(zhǔn)儀上的水準(zhǔn)管，其分劃值不大于20″/2m。 微傾式水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)管的上方安裝一組符合棱鏡，通過符合棱鏡的反射作用，使氣泡兩端的像反映在望遠(yuǎn)鏡旁的符合氣泡觀察窗中。若氣泡兩端的半像吻合時(shí)，就表示氣泡居中。若氣泡的半像錯(cuò)開，則表示氣泡不居中，這時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使氣泡的半像吻合。 (2)圓水準(zhǔn)器 圓水準(zhǔn)器頂面的內(nèi)壁是球面，其中有圓分劃圈，圓圈的中心為水準(zhǔn)器的零點(diǎn)。通過零點(diǎn)的球面法線為圓水準(zhǔn)器軸線，當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，該軸線處于豎直位置。當(dāng)氣泡不居中時(shí)，氣泡中心偏移零點(diǎn)2mm，軸線所傾斜的角值，稱為圓水準(zhǔn)器的分劃值，由于它的精度較低，故只用于儀器的概略整平。 (3)基座 基座的作用是文承儀器的上部并與三腳架連接。它主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構(gòu)成。
水準(zhǔn)尺和尺墊
水準(zhǔn)尺是水準(zhǔn)測量時(shí)使用的標(biāo)尺。其質(zhì)量好壞直接影響水準(zhǔn)測量的精度。因此，準(zhǔn)尺需用不易變形且干燥的優(yōu)質(zhì)木材制成; 要求尺長穩(wěn)定，分劃準(zhǔn)確。常用的水準(zhǔn)尺有塔尺和雙面尺兩種。塔尺多用于等外水準(zhǔn)測量，其長度有2m和5m兩種，用兩節(jié)或三節(jié)套接在一起。尺的底部為零點(diǎn)，尺上黑白格相間，每格寬度為1cm，有的為0.5cm，每一米和分米處均有注記。雙面水準(zhǔn)尺多用于三、四等水準(zhǔn)測量。其長度有2m和3m兩種，且兩根尺為一對。尺的兩面均有刻劃，一面為紅白相間稱紅面尺;另-面為黑白相間，稱黑面尺(也稱主尺)，兩面的刻劃均為1cm，并在分米處注字。兩根尺的黑面均由零開始;而紅面，一根尺由4.687m開始至6.687m或7.687m，另一根由4.787m開始至6.787m或7.787m。 尺墊是在轉(zhuǎn)點(diǎn)放置水準(zhǔn)尺用的，它用生鐵鑄成，一般為三角形，中央有一突起的半球體，下方有三個(gè)支腳。用時(shí)將支腳牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形頂點(diǎn)作為豎立水準(zhǔn)尺和標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)之用。
水準(zhǔn)儀的使用
水準(zhǔn)儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精平和讀數(shù)等操作步驟。 一、安置水準(zhǔn)儀 打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開儀器箱取出水準(zhǔn)儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。 二、粗略整平 粗平是借助圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準(zhǔn)軸粗略水平。在整平的過程中，氣泡的移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向-致。 三、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 首先進(jìn)行目鏡對光，即把望遠(yuǎn)鏡對著明亮的背景，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對光螺旋，使十字絲清晰。再松開制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡筒上的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊制動(dòng)螺旋。然后從望遠(yuǎn)鏡中觀察;轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對光螺旋進(jìn)行對光，使目標(biāo)清晰，再轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，使豎絲對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。 當(dāng)眼睛在目鏡端上下微微移動(dòng)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標(biāo)影像有相對運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是目標(biāo)成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會(huì)影響到讀數(shù)的正確性，必須加以消除。消除的方法是重新仔細(xì)地進(jìn)行物鏡對光，直到眼睛上下移動(dòng)，讀數(shù)不變?yōu)橹埂４藭r(shí)，從目鏡端見到十字絲與目標(biāo)的像都十分清晰。 四、精平與讀數(shù) 眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準(zhǔn)管氣泡，右手轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸已精確水平。這時(shí)，即可用十字絲的中絲在尺上讀數(shù)。現(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多采用倒像望遠(yuǎn)鏡，因此讀數(shù)時(shí)應(yīng)從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數(shù)，然后報(bào)出全部讀數(shù)。 精平和讀數(shù)雖是兩項(xiàng)不同的操作步驟，但在水準(zhǔn)測量的實(shí)施過程中，卻把兩項(xiàng)操作視為一個(gè)整體;即精平后再讀數(shù)，讀數(shù)后還要檢查管水準(zhǔn)氣泡是否完全符合。只有這樣，才能取得準(zhǔn)確的讀數(shù)。