第二章 水准仪及水准测量
Unit 2 Water Level And Leveling
西安理工大学工程管理系 余梁蜀
Project Management Department of XI’An
University of Technology
Yliang Liangshu
2005年 1月 22日
22.1.2005
水准测量原理
The Principle of Leveling
水准仪及其使用
The Water Level and the Usage
?
?
? 水准测量的一般方法和要求The Common Methods and Demand of the Water Level
? 水准仪的检验和校正The Inspection and Emendation of the Water Level
水准测量误差产生的原因及消减方法
The Causes and Elimination of Leveling?
§ 2.1 水准测量原理 The Principle of Leveling
水准测量的原理是借助仪器提供的水平视线，配合水准尺测
定地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程来推求未知点
的高程。如图 2— 1所示，已知 A点高程为 HA，要测出 B点高程
HB，只要在 A,B两点间安置一架能提供水平视线的的仪器 —
水准仪，并在 A,B两点各竖立水准尺，利用水平视线分别读出
A点尺子上的读数 α及 B点尺子上的读数 b，则 A,B两点间的高
差为,
HAB=a-b
如果测量是由 A→B 的方向前进，则 A点称为后视点,B点称
为前视点,a及 b分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就
等于后视读数减去前视读数。如果 B点高于 A点，则高差为正，
反之，高差为负。
A
B
后
视
前视
前进方向
HA
Hi HB
a
b
（ 水平视线高程 =HA+a）
hab
水
准
尺
水
准
尺
计算高程的方法
(一 ) 由高差计算高程
B点（未知点）的高程等于 A点（已知点）的高程加
上两点间的高差，即
HB=HA+HAB=HA+(a-b)
(二 ) 由视线高程计算高程
由上页图可知,A点高程加后视读数等于仪器视线的
高程，设视线高程为 Hi，即
Hi=HA+a
则 B点高程等于视线高程减去前视读数，即
HB=Hi-b=(HA+a)-b
§ 2.2 水准仪及其使用
§ 2.2 The Water Level and the Usage
一、水准仪 (以 DS3型水准仪为例 )
The Water Level (Take DS3 for example)
主要由望远镜、水准器及基座三个主要部分组成。水准
仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有
一个圆水准器。下面有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。
望远镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜
作微小上下仰俯动作的微倾螺旋，转动微倾螺旋，管水准
器随望远镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便
呈水平位置，以简化精密整平仪器的工作。（见图 2-2）
（一）望远镜
是用来瞄准远方目标的，主要作用是使目标成像清晰、扩大视角，
以精确照准目标。由物镜、十字丝分划板、调焦镜、目镜等构成。
由于物镜调节器焦构造不同，望远镜有外对光望远镜和内对望远镜
两种。成像原理：目标通过物镜及调焦凹透镜的作用，在十字丝面
上形成一个倒立的小实像，再经过目镜的放大作用，使目标的像和
十字丝同时放大成虚像。
（二）水准器
是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器分圆水准器
和长水准器两种。 圆水准器一般装在基座上，作粗略整平、使竖轴竖
直之用，长水准管和望远镜连在一起，供精确调平视线之用。
二、水准尺与尺垫
The Water Level Ruler and Ruler Tray
三、水准仪的使用
The Usage of Water Level
（一）安置与粗略整平
（二）瞄准
（三）精确整平和读数
（四）消除视差
§ 2.3 水准测量的一般方法和要求
§ 2.3 The Common Methods and Demand of the Water Level
一、水准测量的实施 The Implement of water level
若地面两点相距远时，安置一次仪器就可以直接测定两点的高差。当地面
上两点相距较远或高差较大时，安置一次仪器难以测得两点的高差，因此，
必须依图 2— 14所示，在 A,B两点之间增设若干临时立尺点。把 A,B分成若干
测段，逐段测出高差，最后由各段高差求和，得出 A,B两点间高差。
二、水准测量的校核方法和精度要求
The Precision and Emendation of the Water Level
（一）测站校核
两台仪器法
变动仪高法
采用双面尺
两次测得的高差之差
必须小于 5 mm
（二）、线路校核
闭合水准路线,从一个已知水准点出发经过各待
测水准点后又回到该已知水准点上。
1
2
BMA
3
附合水准路线：从一个已知水准点出发经过各待测
水准点附合另一个已知水准点上。
1 2
BMA BMB
往返观测
1
2
BMA 往 测返 测
比较往返观测高差
§ 2.4 水准仪的检验和校正
§ 2.4 The Inspection and Emendation of the Water Level
一、水准仪轴线必须满足的条件
The Necessary Condition of water level axes
1,圆水准器轴平行于竖轴
（ L1L1‖ VV）
2,十字丝横丝垂直于竖轴
3,水准管轴平行于视准轴
（ LL‖ CC）
二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正
The Inspection and Emendation of Round Water Level Paralleling Instrument axes
检验、校正
三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正
The Inspection and Emendation of Cross Line Plumbing Upright Axes
四、水准管轴平行于视准轴的检验和校正
The Inspection and Emendation of Water Level Canal Paralleling Watch Axes
校正方法：转动上下微倾螺旋，使十字丝
的中丝对准 A 尺上的正确读数 a0,这时
水准管器泡不再居中，用校正针拨动水准
管一端上、下两个校正螺旋，使气泡居中，
反复多次，使条件满足为止。
一、仪器误差 Instrument Error
仪器校正不完善的误差（水准管轴不平行于视准轴）
对光误差（调焦误差）、水准尺刻划误差
水准尺尺底零点误差
二、观测误差 Observation Error
整平误差、照准误差、估读 误差
三、外界条件的影响 The Influence of Outside
仪器升降的误差、尺垫升降的误差、地球曲率的误差
大气折光的误差
§ 2.5 水准测量误差分析及注意事项
§ 2.5 Leveling Error Analysis and Notice
Unit 2 Water Level And Leveling
西安理工大学工程管理系 余梁蜀
Project Management Department of XI’An
University of Technology
Yliang Liangshu
2005年 1月 22日
22.1.2005
水准测量原理
The Principle of Leveling
水准仪及其使用
The Water Level and the Usage
?
?
? 水准测量的一般方法和要求The Common Methods and Demand of the Water Level
? 水准仪的检验和校正The Inspection and Emendation of the Water Level
水准测量误差产生的原因及消减方法
The Causes and Elimination of Leveling?
§ 2.1 水准测量原理 The Principle of Leveling
水准测量的原理是借助仪器提供的水平视线，配合水准尺测
定地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程来推求未知点
的高程。如图 2— 1所示，已知 A点高程为 HA，要测出 B点高程
HB，只要在 A,B两点间安置一架能提供水平视线的的仪器 —
水准仪，并在 A,B两点各竖立水准尺，利用水平视线分别读出
A点尺子上的读数 α及 B点尺子上的读数 b，则 A,B两点间的高
差为,
HAB=a-b
如果测量是由 A→B 的方向前进，则 A点称为后视点,B点称
为前视点,a及 b分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就
等于后视读数减去前视读数。如果 B点高于 A点，则高差为正，
反之，高差为负。
A
B
后
视
前视
前进方向
HA
Hi HB
a
b
（ 水平视线高程 =HA+a）
hab
水
准
尺
水
准
尺
计算高程的方法
(一 ) 由高差计算高程
B点（未知点）的高程等于 A点（已知点）的高程加
上两点间的高差，即
HB=HA+HAB=HA+(a-b)
(二 ) 由视线高程计算高程
由上页图可知,A点高程加后视读数等于仪器视线的
高程，设视线高程为 Hi，即
Hi=HA+a
则 B点高程等于视线高程减去前视读数，即
HB=Hi-b=(HA+a)-b
§ 2.2 水准仪及其使用
§ 2.2 The Water Level and the Usage
一、水准仪 (以 DS3型水准仪为例 )
The Water Level (Take DS3 for example)
主要由望远镜、水准器及基座三个主要部分组成。水准
仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有
一个圆水准器。下面有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。
望远镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜
作微小上下仰俯动作的微倾螺旋，转动微倾螺旋，管水准
器随望远镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便
呈水平位置，以简化精密整平仪器的工作。（见图 2-2）
（一）望远镜
是用来瞄准远方目标的，主要作用是使目标成像清晰、扩大视角，
以精确照准目标。由物镜、十字丝分划板、调焦镜、目镜等构成。
由于物镜调节器焦构造不同，望远镜有外对光望远镜和内对望远镜
两种。成像原理：目标通过物镜及调焦凹透镜的作用，在十字丝面
上形成一个倒立的小实像，再经过目镜的放大作用，使目标的像和
十字丝同时放大成虚像。
（二）水准器
是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器分圆水准器
和长水准器两种。 圆水准器一般装在基座上，作粗略整平、使竖轴竖
直之用，长水准管和望远镜连在一起，供精确调平视线之用。
二、水准尺与尺垫
The Water Level Ruler and Ruler Tray
三、水准仪的使用
The Usage of Water Level
（一）安置与粗略整平
（二）瞄准
（三）精确整平和读数
（四）消除视差
§ 2.3 水准测量的一般方法和要求
§ 2.3 The Common Methods and Demand of the Water Level
一、水准测量的实施 The Implement of water level
若地面两点相距远时，安置一次仪器就可以直接测定两点的高差。当地面
上两点相距较远或高差较大时，安置一次仪器难以测得两点的高差，因此，
必须依图 2— 14所示，在 A,B两点之间增设若干临时立尺点。把 A,B分成若干
测段，逐段测出高差，最后由各段高差求和，得出 A,B两点间高差。
二、水准测量的校核方法和精度要求
The Precision and Emendation of the Water Level
（一）测站校核
两台仪器法
变动仪高法
采用双面尺
两次测得的高差之差
必须小于 5 mm
（二）、线路校核
闭合水准路线,从一个已知水准点出发经过各待
测水准点后又回到该已知水准点上。
1
2
BMA
3
附合水准路线：从一个已知水准点出发经过各待测
水准点附合另一个已知水准点上。
1 2
BMA BMB
往返观测
1
2
BMA 往 测返 测
比较往返观测高差
§ 2.4 水准仪的检验和校正
§ 2.4 The Inspection and Emendation of the Water Level
一、水准仪轴线必须满足的条件
The Necessary Condition of water level axes
1,圆水准器轴平行于竖轴
（ L1L1‖ VV）
2,十字丝横丝垂直于竖轴
3,水准管轴平行于视准轴
（ LL‖ CC）
二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正
The Inspection and Emendation of Round Water Level Paralleling Instrument axes
检验、校正
三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正
The Inspection and Emendation of Cross Line Plumbing Upright Axes
四、水准管轴平行于视准轴的检验和校正
The Inspection and Emendation of Water Level Canal Paralleling Watch Axes
校正方法：转动上下微倾螺旋，使十字丝
的中丝对准 A 尺上的正确读数 a0,这时
水准管器泡不再居中，用校正针拨动水准
管一端上、下两个校正螺旋，使气泡居中，
反复多次，使条件满足为止。
一、仪器误差 Instrument Error
仪器校正不完善的误差（水准管轴不平行于视准轴）
对光误差（调焦误差）、水准尺刻划误差
水准尺尺底零点误差
二、观测误差 Observation Error
整平误差、照准误差、估读 误差
三、外界条件的影响 The Influence of Outside
仪器升降的误差、尺垫升降的误差、地球曲率的误差
大气折光的误差
§ 2.5 水准测量误差分析及注意事项
§ 2.5 Leveling Error Analysis and Notice
