A. 普通水準測量及其成果整理
一、水準點
水準點就是用水準測量的方法測定的高程式控制制點。水準測量通常從某一已知高程的水準點開始，經過一定的水準路線，測定各待定點的高程，作為地形測量和施工測量的高程依據。水準點應按照水準測量等級，根據地區氣候條件與工程需要，每隔一定距離埋設永久性或臨時性水準標志或標石，水準點標志或標石應埋設於土質堅實、穩固的地面或地表以下合適的位置，必須便於長期保存又利於觀測與尋找。國家等級永久性水準點埋設形式如圖2-14所示，一般用鋼筋混凝土或石料製成，深埋到地面凍結線以下。標石頂部嵌有不銹鋼或其他不易銹蝕的材料製成的半球形標志，標志最高處（球頂）作為水準點的高程位置。有時永久性水準點的金屬標志（一般宜銅制）也可以直接鑲嵌在堅固穩定的永久性建築物的牆腳上，稱為牆上水準點，如圖2-15所示。
圖2-14 國家等級永久性水準點（單位：mm）
圖2-15 牆上水準點（單位：mm）
各類建築工程中常用的永久性水準點一般用混凝土或鋼筋混凝土製成，如圖2-16（a）所示，頂部設置半球形金屬標志。臨時性水準點可用大木樁打入地下，如圖2-16（b）所示，樁頂面釘一個半圓球狀鐵釘，也可直接把大鐵釘（鋼筋頭）打入瀝青等路面或在橋台、房基石、堅硬岩石上刻上記號（用紅油漆示明）。
圖2-16 建築工程水準點
埋設水準點後，為便於以後尋找，水準點應進行編號，編號前一般冠以「BM」字樣，以表示水準點，並繪出水準點與附近固定建築物或其他明顯地物關系的點位草圖，在圖上應寫明水準點的編號和高程，稱為「點之記」，作為水準測量的成果一並保存。
二、水準路線
水準路線就是從已知水準點開始或在兩已知水準點之間按一定形式進行水準測量的測量路線，根據測區已有水準點的實際情況和測量的需要以及測區條件，水準路線一般可布設如下幾種形式。
1.支水準路線
從一個已知高程的水準點BM.A開始，沿待測的高程點1，2進行水準測量，稱為支水準路線，如圖2-17（a）所示。為了檢核支水準路線觀測成果的正確性和提高觀測精度，對於支水準路線應進行往返觀測。
2.閉合水準路線
從一個已知高程的水準點BM.A開始，沿各待測高程點1，2，3進行水準測量，最後又回到原水準點BM.A，稱為閉合水準路線，如圖2-17（b）所示。
3.附合水準路線
從一個已知高程的水準點BM.A開始，沿各待測高程點1，2，3進行水準測量，最後附合至另一已知水準點BM.B上，稱為附合水準路線，如圖2-17（c）所示。
4.水準網
若干條單一水準路線相互連接構成網形，稱為水準網，如圖2-17（d）所示。三條以上單一水準路線相互連結的點稱為結點，如圖示的E，F，G點。
圖2-17 水準路線略圖
三、普通水準測量方法
如圖2-18所示，已知水準點BM.A的高程HA=27.354m，欲測定距水準點BM.A較遠的B點高程，按普通水準測量的方法，由BM.A點出發共需設五個測站，連續安置水準儀測出各站兩點之間的高差，觀測步驟如下：
圖2-18 普通水準測量略圖
後司尺員在BM.A點立尺，觀測者在測站①處安置水準儀，前司尺員在前進方向視地形情況，在距水準儀距離約等於水準儀距後視點BM.A距離處設轉點TP.1點安放尺墊並立尺，司尺員應將水準尺保持豎直且分劃面（雙面尺的黑面）朝向儀器，觀測者經過粗平—瞄準—精平—讀數的操作程序，後視已知水準點BM.A 上的水準尺，讀數為1467，前視TP.1轉點上水準尺，讀數為1124，記錄者將觀測數據記錄在表2-2相應水準尺讀數的後視與前視欄內，並計算該站高差為+0.343m，記在表2-2高差「+」號欄中。至此，第①測站的工作結束。轉點TP.1上的尺墊保持不動，水準尺輕輕地轉向下一站的儀器方向，水準儀搬遷至測站②，BM.A點司尺員持尺前進選擇合適的轉點TP.2 安放尺墊並立尺，觀測者先後視轉點TP.1 上水準尺，讀數為1385，再前視轉點TP.2 上水準尺，讀數為1674，計算②站高差為-0.289m，讀數與高差均記錄在表2-2相應欄內。按上法依次連續進行水準測量，直至測到B點為止。
表2-2 普通水準測量記錄手簿
續表
表2-2記錄計算校核中，∑a-∑b=∑h可作為計算中的校核，可以檢查計算是否正確，但不能檢核觀測和記錄是否有錯誤。在進行連續水準測量時，若其中任何一個後視或前視讀數有錯誤，都要影響高差的正確性。對於每一測站而言，為了校核每次水準尺讀數有無差錯，可採用改變儀器高的方法或雙面尺法進行測站檢核。
1.改變儀器高的方法
在每一測站測得高差後，改變儀器高度（即重新安置與整平儀器）在0.1m以上再測一次高差，或者用兩台水準儀同時觀測，當兩次測得高差的差值在允許范圍內時，則取兩次高差平均值作為該站測得的高差值。否則需要檢查原因，重新觀測。
2.雙面尺法
儀器高度不變，讀取每一根雙面尺的黑面與紅面的讀數，分別計算雙面尺的黑面與紅面讀數之差及兩個黑面尺的高差h黑與兩個紅面尺的高差h紅。對於普通水準測量若同一水準尺紅面與黑面（加常數後）之差在±4mm以內，且黑面尺高差h黑與紅面尺高差h紅之差不超過±6mm，則取黑、紅面高差平均值作為該站測得的高差值。當兩根尺子的紅黑面零點差相差100mm時，兩個高差也應相差100mm，此時應在紅面高差中加或減100mm後再與黑面高差比較。
注意在每站觀測時，應盡量保持前後視距相等，視距可由上下絲讀數之差乘以100求得。每次讀數時均應使符合水準氣泡嚴密吻合，每個轉點均應安放尺墊，但所有已知水準點和待求高程點上不能放置尺墊。
四、水準測量成果整理
測站校核只能檢查每一個測站所測高差是否正確，對於整條水準路線來說，還不能說明它的精度是否符合要求。例如在儀器搬站期間，轉點的尺墊被碰動、下沉等引起的誤差，在測站校核中無法發現，而水準路線的閉合差卻能反映出來。因此，普通水準測量外業觀測結束後，首先應復查與檢核記錄手簿，並按水準路線布設形式進行成果整理，其內容包括：水準路線高差閉合差計算與校核；高差閉合差的分配和計算改正後的高差；計算各點改正後的高程。
1.高差閉合差的計算與校核
（1）支水準路線
如圖2-17（a）所示的支水準路線，沿同一路線進行了往返觀測，由於往返觀測的方向相反，因此往測和返測的高差絕對值在理論上應相同而符號相反，即往測高差總和∑h往與返測高差總和∑h返的代數和應等於零。但由於測量中各種誤差的影響，往測高差總和與返測高差總和的代數和不等於零，即有高差閉合差fh
fh=∑h往+∑h返 （2-9）
（2）閉合水準路線
如圖2-17（b）所示的閉合水準路線，因起點和終點均為同一點BM.A，構成一個閉合環，因此閉合水準路線所測得各測段高差的總和理論上應等於零，即∑h理=0。設閉合水準路線實際所測得各測段高差的總和為∑h測，其高差閉合差為
fh=∑h測-∑h理=∑h測 （2-10）
（3）附合水準路線
如圖2-17（c）所示的附合水準路線，因起點BM.A和終點BM.B的高程HA、HB已知，兩點之間的高差是固定值，因此附合水準路線所測得的各測段高差的總和理論上應等於終點與起點的高程之差，即
∑h理=HB-HA （2-11）
附合水準路線實測的各測段高差總和∑h測與高差理論值之差即為附合水準路線的高差閉合差
fh=∑h測-（HB-HA） （2-12）
由於水準測量中儀器誤差、觀測誤差以及外界的影響，使水準測量中不可避免地存在著誤差，高差閉合差就是水準測量觀測誤差中上述各誤差影響的綜合反映。為了保證觀測精度，對高差閉合差應作出一定的限制，即計算所得高差閉合差fh應在規定的容許范圍內。計算高差閉合差fh不超過容許值（即fh≤fh容）時，認為外業觀測合格，否則應查明原因返工重測，直至符合要求為止。對於普通水準測量，規定容許高差閉合差為
建築工程測量
式中：L——水準路線總長度，以km為單位。
在山丘地區，當每千米水準路線的測站數超過16站時，容許高差閉合差可用下式計算：
建築工程測量
式中：n——水準路線的測站數。
2.高差閉合差的分配和計算改正後的高差
當計算出的高差閉合差在容許范圍內時，可進行高差閉合差的分配，分配原則是：對於閉合或附合水準路線，按與路線長度L或按路線測站數n成正比的原則，將高差閉合差反其符號進行分配，對觀測高差進行改正。改正數用數學公式表示為
建築工程測量
或
建築工程測量
式中：L——水準路線總長度，Li——表示第i測段的路線長；
n——水準路線總測站數，ni——表示第i測段路線測站數；
Vhi——分配給第i測段觀測高差hi上的改正數；
fh——水準路線高差閉合差。
高差改正數計算校核式為∑Vhi=-fh，若滿足則說明計算無誤。
最後計算改正後的高差h′i，它等於第i測段觀測高差hi加上其相應的高差改正數。即
h′i=hi+Vhi （2-17）
3.計算各點改正後的高程
根據已知水準點高程和各測段改正後的高差h′i，依次逐點推求各點改正後的高程，作為普通水準測量高程的最後成果。推求到最後一點高程值應與閉合或附合水準路線的已知水準點高程值完全一致。
4.算例
如圖2-19a所示的附合水準路線，BM.A和BM.B為已知水準點，按普通水準測量的方法測得的各測段觀測高差和測段路線長度分別標注在路線的上、下方。現將此算例高差閉合差的分配和改正後高差及高程計算成果列於表2-3中。
圖2-19a 附合水準路線略圖
表2-3 附合水準路線測量成果計算表
如圖2-19b所示的閉合水準路線，A為已知水準點，按普通水準測量的方法測得的各測段觀測高差和測站數分別標注在路線的內、外方。現將此算例高差閉合差的分配和改正後高差及高程計算成果列於表2-4中。
圖2-19b 閉合水準路線略圖
表2-4 閉合水準路線測量成果計算表
B. 進行水準測量時,有哪些注意事項
1、在進行水準測量之前，必須對水準儀進行嚴格的檢驗和校正，以確保其准確性。
2、選擇測站時，應確保地面堅實穩固，同時確保水準儀腳架穩固，避免任何碰動或移位。
3、在測量過程中，確保前後視線的距離盡可能相等，同時避免視線過長（超過100米）或過短（小於10米），以保證測量的准確性。
4、在讀取水準尺時，必須注意消除視差，並在每次讀數前確保氣泡嚴格居中。
5、水準尺必須保持豎直，並且尺墊應牢固地踩實。在轉點時，要確保尺墊固定，除非在固定標志點，否則不得使用尺墊。
6、記錄數據時必須認真細致，計算結果也必須准確無誤，並且要及時進行校核計算。
7、在讀數時，必須保證准確無誤，並嚴格遵守限差要求。若誤差超出限制，必須重新進行測量。
8、在同一測站上進行觀測時，避免反復調焦。
9、在同一測站上，水準儀、前後視標尺的三個位置應盡可能位於同一直線上。
10、觀測過程中，雙眼應保持睜開狀態，避免出現單眼閉合的情況，以確保觀測的准確性。
水準測量，也稱為幾何水準測量，是通過使用水準儀和水準尺來測定地面上兩點之間的高差。從已知高程的水準原點或基準點出發，沿著選定的水準路線逐站測定各點的高程。由於不同高程的水準面不平行，不同路線測得的兩點間高差會有差異，因此在整理國家水準測量成果時，需要進行必要的改正，以得到正確的高程值。
國家水準網按照一等、二等、三等、四等分為四個等級。目前使用的規范包括GB/T 12897-2006《國家一、二等水準測量規范》和GB/T 12898-2009《國家三、四等水準測量規范》。在工程實踐中，常用的水準測量等級為三等和四等水準測量，以及等外水準測量。