1.水准测量
（1）水准测量原理。水准测量，即利用水准仪提供水平视线，测定地面点间的高差。水准测量原理如图4.13所示，地面上有A、B两点，在A、B两点之间安置水准仪，A、B两点上各竖立一把水准尺，读取水平视线分别在A、B两点水准尺上截取的读数a和b，则A点至B点的高差为：
（2）水准仪与水准尺。
图4.14 不同类型的水准仪
（a）国产DS3型微倾式光学水准仪；（b）德国产微倾式精密光学水准仪；（c）国产自动安平式光学水准仪；（d）国产自动安平式精密光学水准仪；（e）瑞士产自动安平式精密光学水准仪；（f）瑞士产自动安平式精密电子水准仪；（g）美国产自动安平式精密电子水准仪；（h）日本产自动安平式精密电子水准仪
图4.15 水准尺
（a）区格式双面水准尺；（b）铟瓦水准尺；（c）条形码标尺
1）水准仪。水准仪按其读数种类不同，分为光学水准仪和电子水准仪；按提供水平视线方式不同，分为微倾式水准仪和自动安平水准仪；按精度种类不同，我国将光学水准仪分为DS05型、DS1型、DS3型等几个级别，电子水准仪有0.3mm/km、0.4mm/km、0.5mm/km、1mm/km等。水准仪虽种类繁多，但其结构都基本相同，均由望远镜、水准器和基座几部分组成。不同类型水准仪如图4.14所示。
2）水准尺。水准尺是水准测量时使用的标尺，水准尺有区格式双面水准尺、铟瓦水准尺和条形码标尺，如图4.15所示。不同精度和不同读数方法的仪器配套不同的水准尺，一般精度的光学水准仪（如DS3型光学水准仪）常配套使用区格式双面水准尺，这种水准尺用木质材料或合金材料制成，双面刻画，一面黑白格相间，另一面红白格相间，每格宽度为1cm，整米和整分米处均有注记；精密光学水准仪常配套使用铟瓦水准尺，这种水准尺是在木质尺身的凹槽内引张一根铟瓦合金钢带，其中零点固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使铟瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响，长度分划在铟瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上；电子水准仪配套使用的是条形码标尺，当标尺影像通过水准仪望远镜成像在十字丝平面上，经过电子处理器译释、对比、数字化后，在仪器显示屏上显示中丝在标尺上的读数或视距。
（3）水准仪的使用。水准仪的使用分为安置仪器、粗略整平、瞄准标尺和精平读数几个步骤。其中粗略整平是借助于仪器上的圆水准器，观察气泡居中情况调节脚螺旋达到整平目的；精确整平，对于微倾式水准仪，是借助于仪器上的长水准器，观察气泡居中情况调节微倾螺旋达到整平目的，而自动安平式水准仪，则是由仪器的补偿器自动达到精平，无须人工调节。
（4）水准测量的实施。水准测量按精度等级分为：一等、二等水准测量（精密水准测量，必须使用精密水准仪），三等、四等水准测量和等外水准测量。其中一等、二等水准测量的方法基本相同，三等、四等水准测量的方法基本相同。现将一等、二等水准测量和三等、四等水准测量的技术要求和观测记录计算表分别列于表4.5～表4.8中。
表4.5 一等、二等水准测量的技术要求
表4.6 一等、二等水准测量观测记录计算表
表4.7 三等、四等水准测量技术要求
表4.8 三等、四等水准测量记录计算表
2.三角高程测量(www.xing528.com)
当地形高低起伏较大而不便于进行水准测量时，可以使用三角高程测量的方法测定点间的高差。三角高程测量是用经纬仪测量竖直角，用测距仪测量斜距或平距，进而推算点间的高差。如果用全站仪测量，仪器则可直接显示出高差值。
图4.16 竖直角的概念
（a）仰角；（b）俯角
（1）竖直角的概念。竖直角的概念如图4.16所示，同一竖直面内，照准目标方向线与水平线之间的夹角，称为竖直角，一般用α表示。倾斜视线在水平视线上方为仰角，竖直角取正号；倾斜视线在水平视线下方为俯角，竖直角取负号。经纬仪的竖盘系统即是用于测量竖直角的。
（2）三角高程测量原理。三角高程测量原理如图4.17所示，若测得A、B两点间的斜距S和竖直角α，并量取仪器高i和标杆高ν，则A、B两点间的高差计算式为：
或
图4.17 三角高程测量原理
图4.18 地球曲率和大气折光对三角高程测量的影响
（3）三角高程测量的严密计算公式。用三角高程测量方法测定两点间的高差，严密计算还需要考虑地球曲率和大气折光对三角高程测量高差的影响，地球曲率和大气折光对三角高程测量的影响如图4.18所示，f1＝D2/2R（R为地球曲率半径）为地球曲率改正数，称为球差改正；f2＝－k D2/2R（k为大气垂直折光系数）为大气折光改正数，称为气差改正。球差与气差改正之和为：
则三角高程测量高差的计算公式为：
或
大气垂直折光系数k随地区、气候、季节、地面覆盖物和视线超出地面高度等条件的不同而变化，目前，人们还不能精确地测定它的数值（一般近似地取为0.14）。若在A、B两点同时进行对向观测，可以认为k值是相同的，两差改正f也相等，往返测高差分别为：
取往返测高差的平均值，可以抵消掉f，即：
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