水准仪使用全指南：操作方法、维护管理、设备校验与注意事项

水准测量的核心是建立”水平视线”，这也是水准仪区别于其他测量仪器的根本特征。

1.2 水准仪的分类

（一）微倾式水准仪

• 通过微倾螺旋调节，使管水准器气泡居中，建立水平视线
• 结构简单，精度可靠，但操作相对繁琐
• 适用于普通工程测量和教学实习

（二）自动安平水准仪

• 利用补偿器（棱镜吊丝系统）自动保持视线水平
• 操作简便，观测速度快
• 当仪器存在轻微倾斜时，补偿器可自动改正
• 广泛应用于工程测量和变形监测

（三）电子（数字）水准仪

• 配备光电读数系统，自动读取条码水准尺
• 消除人为读数误差，提高测量精度
• 可存储数据，支持数据导出
• 测量效率高，适用于高精度测量任务
• 代表品牌：徕卡DNA、Trimble DiNi、天宝DINI

1.3 水准仪的精度等级

按《水准仪》国家标准，水准仪精度等级用”DS”表示：

1.4 水准仪的主要技术指标

（一）望远镜参数

• 放大倍率：DS05级≥42倍，DS1级≥38倍，DS3级≥30倍
• 物镜口径：DS3级≥40mm
• 最短视距：一般≤1.5~2.0m

（二）水准器参数

• 管水准器角值：DS05级≤10″/2mm，DS1级≤15″/2mm，DS3级≤20″/2mm
• 圆水准器角值：一般≤8′/2mm

二、水准仪使用方法详解

2.1 仪器安置与整平

（一）三脚架架设

1. 松开脚架固定螺旋，打开三脚架
2. 调节三脚架高度，使架头与观测者肩部平齐
3. 将三脚架踩实，确保稳定
4. 目估使架头大致水平

（二）安装仪器

1. 将水准仪从仪器箱中取出，轻轻放置于三脚架架头上
2. 旋紧连接螺旋，确保仪器与三脚架连接牢固

（三）粗略整平（粗平）

转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，操作方法：

1. 观察气泡偏移方向
2. 转动两个脚螺旋，使气泡沿这两个脚螺旋连线的垂直方向移动
3. 再转动第三个脚螺旋，使气泡居中

口诀：”左手大拇指法则”——气泡移动方向与大拇指按压方向相反。

2.2 瞄准与调焦

（一）目镜调焦

1. 将望远镜对准明亮处（如白墙、天空）
2. 转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰成像

（二）粗略瞄准

1. 通过瞄准器（准星）初步找到水准尺方向
2. 在望远镜中看到水准尺影像

（三）精确瞄准与物镜调焦

1. 转动微动螺旋，使水准尺影像居中
2. 转动物镜调焦螺旋，消除视差，使水准尺成像清晰

（四）消除视差

视差是十字丝平面与水准尺影像不重合产生的现象。检验方法：眼睛在目镜处上下微微移动，若发现十字丝与水准尺刻划有相对位移，说明存在视差。

消除方法：重新转动物镜调焦螺旋，直至视差消失。

2.3 精确整平与读数

（一）精确整平（精平）

微倾式水准仪：转动微倾螺旋，使管水准器气泡两半影像精确重合（符合）。

自动安平水准仪：仪器自动补偿，无需此步骤（但应确认补偿器工作正常）。

（二）读取中丝读数

读数顺序：米→分米→厘米→毫米

• 读取十字丝横丝在水准尺上的截取位置
• 正像望远镜：从下往上读；倒像望远镜：从上往下读
• 估读毫米位，估读到0.1mm

（三）读数检核

每次读数后，应检查管水准器气泡是否仍保持符合，若不符合需重新整平读数。

2.4 水准测量的实施方法

（一）水准路线布设形式

（二）测站检核方法

为确保每个测站测量正确，需进行测站检核：

• 变动仪器高法（适用于DS3）

同一测站改变仪器高度（变化量≥10cm），两次测得高差之差不超过±6mm，取平均值作为该站高差。

• 双面尺法（适用于二、三等水准）

同一测站分别读取黑面和红面水准尺读数，计算高差。红面高差经常数（±100mm）改正后，与黑面高差之差不超过±3mm，取平均值。

2.5 电子水准仪操作

电子水准仪操作流程与光学水准仪相似，特殊步骤包括：

1. 安装电池：确保电池电量充足
2. 设置参数：输入单位制（m/cm/mm）、观测模式等
3. 整平：粗平、精平与光学水准仪相同
4. 瞄准条码尺：精确瞄准水准尺
5. 触发测量：按下测量键，等待读数显示
6. 存储数据：确认数据后保存到内存

电子水准仪注意事项：

• 条码尺必须与仪器配套使用，不同品牌不可混用
• 避免在振动环境下测量（如打桩机旁）
• 定期检定条码尺的厘米分划误差

三、水准仪维护管理

3.1 日常维护

（一）使用前检查

• 检查仪器外观有无损坏
• 检查三脚架各部位是否灵活可靠
• 检查管水准器和圆水准器是否正常
• 检查自动安平补偿器是否灵敏（挡光法检验）

（二）使用中注意事项

• 避免阳光直射仪器
• 避免在震动环境中作业
• 观测时不要碰触三脚架
• 读数前确认管水准器气泡精确符合

（三）使用后清洁

• 用软布擦拭仪器表面
• 镜头用专用镜头纸轻轻擦拭
• 清除三脚架上的泥土和灰尘
• 检查各螺旋是否松动

3.2 仪器存放

（一）存放环境要求

• 温度：-40°C ~ +60°C
• 湿度：相对湿度≤90%，避免潮湿
• 通风：保持通风干燥

（二）装箱要求

• 将仪器放入仪器箱，固定好
• 放入干燥剂
• 扣紧箱扣，妥善保管

（三）长期存放

• 每1~2个月取出检查一次
• 定期清洁和润滑
• 保持干燥，防止霉变

3.3 运输与携带

• 仪器运输时应装入专用仪器箱
• 避免剧烈振动和撞击
• 长途运输时，仪器应随身携带，不宜托运
• 野外作业携带时，注意防雨防潮

3.4 设备档案管理

建立完善的仪器设备档案，包括：

• 仪器名称、型号、编号
• 出厂日期、购置日期
• 历次检定记录和检定证书
• 维修记录
• 使用记录（使用人、使用日期、作业项目）

四、水准仪设备校验

4.1 校验项目与周期

根据《测绘仪器检定规程》要求，水准仪检定项目与周期如下：

4.2 主要轴线条件检验

水准仪应满足以下几何条件：

• 圆水准器轴平行于竖轴（LL’∥VV）
• 十字丝横丝垂直于竖轴
• 水准管轴平行于视准轴（LL∥CC）——最重要条件

4.3 i角检验与校正

i角定义：水准管轴与视准轴在竖直面内的夹角。

检验方法（野外校核法）

1. 在平坦场地上选择A、B两点，相距约80m，打木桩或放置尺垫
2. 步骤一：将仪器置于A、B中点C处，精平后读取A尺读数a₁、B尺读数b₁，计算高差h₁ = a₁ – b₁
3. 步骤二：将仪器移至A点附近（约3m处），读取A尺读数a₂、B尺读数b₂，计算高差h₂ = a₂ – b₂
4. 计算i角：若|h₁ – h₂| > 3mm，说明i角超限

校正方法

1. 计算A尺正确读数：a₂’ = a₂ + (h₁ – h₂)
2. 转动微倾螺旋，使十字丝横丝对准正确读数a₂’
3. 用校正针拨动水准管校正螺旋（左、右两校正螺旋先松后紧），使气泡精确符合
4. 重复检校，直至满足要求

自动安平水准仪i角校正：需送专业维修部门或厂家校正。

4.4 圆水准器检验与校正

检验方法

1. 将仪器整平，观察圆水准器气泡位置
2. 旋转照准部180°，观察气泡偏移方向

校正方法

1. 若气泡偏移，用校正针拨动圆水准器下方三个校正螺旋
2. 先松后紧，调节气泡向居中方向移动一半
3. 再用脚螺旋调节另一半，使气泡居中
4. 旋转照准部180°，重复检校直至合格

4.5 十字丝横丝检验与校正

检验方法

1. 精确整平仪器
2. 用横丝一端瞄准一清晰目标点A
3. 转动微动螺旋，使目标沿横丝移动至另一端

若目标点始终在横丝上移动，说明横丝垂直于竖轴；若偏离横丝，需校正。

校正方法

1. 打开目镜处十字丝环护盖
2. 松开十字丝环固定螺旋
3. 微微旋转十字丝环，使横丝水平
4. 拧紧固定螺旋，盖上护盖

4.6 自动安平补偿器检验

（一）倾斜稳定性检验（挡光法）

1. 精确整平仪器，瞄准水准尺，读取读数a
2. 在物镜前用手或挡光板水平遮挡，读取读数a₁
3. 移开遮挡物，再次读取a₂
4. 若|a₁ – a₂| ≤1mm，说明补偿器工作正常

（二）补偿误差检验

补偿误差检验可参照i角检验方法，在补偿器工作状态下进行。

五、水准测量注意事项

5.1 仪器操作注意事项

（一）安置仪器

• 测站应选在土质坚实的地方，避免软土
• 三脚架踩实，防止下沉
• 仪器与测点距离尽量相等（前、后视距离相等可消除i角影响）

（二）瞄准读数

• 水准尺应立直，扶尺员不能倚靠尺子
• 读数前必须精平，确保气泡精确符合
• 读数应立即记录，不得追记
• 正倒像望远镜读数方向不同，需注意区分

（三）迁站

• 仪器迁站时，后视水准尺不得移动
• 前视尺可向前方适当位置转移，继续观测
• 避免在观测过程中碰动后视水准尺

5.2 环境因素注意事项

（一）气象条件

• 最佳观测时间：日出后1小时至中午前、午后2小时至日落前1小时
• 不宜观测条件：日出前后、中午前后、风力大于4级、气温剧烈变化时
• 雨天禁止观测：雨水影响水准尺成像，且仪器需防雨

（二）地面条件

• 避免在松软土质上设站
• 尺垫应踩实，防止下沉
• 避免在震动源附近设站

（三）太阳辐射

• 避免阳光直射仪器和水准尺
• 必要时使用遮阳伞
• 水准尺应避免局部受热不均

5.3 测量精度保证措施

（一）减少仪器误差

• 测量前严格检校i角
• 保持前、后视距离相等（限差见规范）
• 每站采用变动仪器高法或双面尺法检核

（二）减少外界条件影响

• 选择有利的观测时间
• 前、后视视线高度不小于0.3m
• 避免视线通过建筑物、树林的反射面

（三）减少人为误差

• 多次读数取平均
• 换人读数检核（重要测量）
• 规范记录，禁止涂改

5.4 水准测量限差要求

根据《工程测量标准》GB/T 50026-2017和《国家三四等水准测量规范》：

注：L为水准路线长度（km）。

六、水准测量误差分析

6.1 仪器误差

（一）i角误差

水准管轴与视准轴不平行产生的i角是高程测量最主要的系统误差源。

对高差的影响：Δh = (D₂ – D₁) × tan(i) ≈ (D₂ – D₁) × i″/ρ″

其中D₁、D₂为前、后视距离，i″为i角秒值，ρ″=206265″。

削减措施：保持前、后视距离相等。

（二）水准尺零点差

水准尺分划起始点（零点）与底部不一致，会给成段高差测量带来系统误差。

削减措施：使用同一根水准尺的同一端进行测量，或通过成对使用、定期检定消除影响。

（三）水准尺弯曲误差

水准尺弯曲后，实际分划值大于标称值。

削减措施：使用检定合格的直尺，弯曲超限者不得使用。

6.2 外界条件误差

（一）大气折光误差

光线通过不同密度大气层时产生弯曲。近地面大气密度梯度大，折光影响最为显著。

削减措施：视线离地面高度不小于0.3m；避免在日出前后观测。

（二）地球曲率影响

地球弯曲导致水准面不平行，高程测量存在曲率误差。

当视线与水准面的切点在水准尺读数上的投影差为：c = D²/(2R)

其中D为视线长，R为地球曲率半径（6371km）。

削减措施：前、后视距离相等时，地球曲率影响相互抵消。

（三）温度变化影响

温度变化引起仪器热胀冷缩，改变i角；还会造成水准尺分划线位移。

削减措施：避免阳光直射；选择阴天或气温稳定时段观测。

（四）仪器下沉误差

仪器安置在软土上，会随时间缓慢下沉，导致后视、前视读数不处于同一水平面。

削减措施：选择坚实地面设站；提高观测速度；采用”后-前-前-后”的观测顺序。

6.3 观测误差

（一）整平误差

管水准器气泡居中误差约为0.15倍角值，距离越远影响越大。

（二）照准误差

望远镜照准误差与放大倍率有关：m照 = 60″/V（V为放大倍率）。

（三）估读误差

毫米位的估读误差约为0.1~0.15mm。

（四）对中误差

水准仪与水准尺对中误差影响较小，但尺垫对中误差可通过往返测消除。

七、水准仪在工程中的应用

7.1 高程控制测量

水准测量是建立高程控制网的主要方法：

• 一等水准网：国家高程基准，精度最高（DS05）
• 二等水准网：省级高程控制（DS1）
• 三、四等水准网：城镇、工矿企业高程控制（DS3）
• 图根水准：地形测量和工程测量的高程控制（DS10）

7.2 建筑施工测量

（一）施工高程控制

在施工场地建立高程控制点，作为施工高程测量的基准。

（二）施工放样

将设计高程测设到实地，包括：

• 基础高程放样
• 楼层高程传递
• 道路高程放样
• 管道高程测量

（三）结构安装

钢结构安装、预制构件吊装等的高程控制。

7.3 变形监测

水准测量是建筑物、桥梁、大坝等变形监测的重要手段：

• 沉降观测：建筑物基础的均匀或不均匀沉降
• 位移监测：大坝、边坡的垂直位移
• 裂缝监测：裂缝两侧的高差变化

监测要求：采用高精度仪器（DS05或DS1），固定仪器、固定人员、固定路线、固定时间。

7.4 地形测量

水准测量用于测定地形点的高程，建立测区高程控制：

• 高程控制点加密
• 地形点高程测定
• 纵横断面测量

八、电子水准仪与条码水准尺

8.1 电子水准仪特点

• 自动读数：消除人为估读误差
• 高测量效率：读数时间短，观测速度快
• 数据存储：内置存储器，支持数据导出
• 多模式测量：支持单次、平均、跟踪等多种测量模式
• 精度稳定：受观测员影响小，测量精度稳定

8.2 条码水准尺

（一）条码尺类型

• 铟瓦条码尺：精度最高，用于一等、二等水准测量
• 玻璃钢条码尺：精度较高，用于三、四等水准测量
• 铝合金条码尺：轻便，用于图根水准和工程测量

（二）条码尺检定

• 每米分划间隔误差
• 底面与分划面垂直度
• 尺面弯曲度
• 条码分划质量

8.3 使用注意事项

• 条码尺必须与读数仪器配套（同一品牌、同一型号）
• 条码尺损坏或更换后需重新校准
• 避免条码尺受潮、变形
• 定期检定条码尺的分划精度

九、水准仪发展趋势

9.1 智能化发展

新一代水准仪集成了更多智能功能：

• 自动对焦：减少人工调焦操作
• 自动跟踪：移动目标自动跟踪测量
• 数据无线传输：蓝牙、WiFi实时传输数据
• 云端存储：测量数据直接上传云端

9.2 多传感器融合

将水准仪与GNSS、倾角传感器等融合：

• 水准仪+倾斜传感器：自动监测仪器倾斜状态
• 水准仪+GNSS：快速建立高程基准
• 多传感器协同：提高测量效率和可靠性

9.3 自动化监测系统

无人值守自动化水准监测系统：

• 自动照准、自动测量、自动记录
• 实时数据传输和分析
• 异常情况自动报警
• 广泛应用于大坝、桥梁、高层建筑监测

十、常见问题与处理方法

10.1 常见故障及处理

10.2 精度超限原因分析

当测量成果超限时，应分析原因：

• 往返测高差不符值超限：检查仪器i角、尺垫是否松动、观测时间是否合适
• 闭合差超限：检查记录计算是否正确、已知点高程是否正确
• 测段高差中误差大：检查测站整平质量、视线高度、观测时间

十一、总结

水准仪是工程测量中最基础、最重要的仪器之一。熟练掌握水准仪的使用方法、做好设备的维护管理、严格遵守校验周期、时刻注意测量精度保证措施，是每个测量人员必备的基本技能。

建议测量人员：

• 新购置仪器应进行全面检定，使用中定期自检
• 严格按照测量规范操作，做好测站检核
• 做好仪器日常维护，建立设备档案
• 注意环境因素对测量的影响，选择有利的观测条件
• 积极学习新技术，掌握电子水准仪等新型设备的使用方法

随着测量技术的发展，水准仪将更加智能化、自动化，但水准测量的基本原理——建立水平视线测定高差——不会改变。扎实的理论基础和熟练的操作技能，始终是高质量水准测量的保障。