3.4 低端微倾式光学水准仪的使用方法
由于水准仪望远镜能看清楚标尺厘米刻划的最远距离是100m，因此，标尺到水准仪的最远距离不能超过100m。当地面上两点间距离较长或高差较大时仅安置一次仪器是不能直接测得两点间高差的，故必须进行连续的接力测量后将各站高差相加获得两点间高差，如图3.13所示。
图3.13显示了由已知点A（高程为HA）向未知点B测量高程（HB）的过程，测量时首先安置仪器于1站，竖立尺子于A点及转点1上（使前、后视距离大致相等且均不超过100m），瞄准A点上的尺子调整视线水平后（即使抛物线拼合）读取后视中丝读数a1，再瞄准转点1上的尺子调整视线水平后读取前视中丝读数b1，则后视中丝读数a1减去前视中丝读数b1即得A至转点l的高差hAl（hAl=a1-b1），至此，第1个测站工作结束。转点l上的尺子不动，搬仪器到第2站，刚才在A点立尺的人持尺前进选定转点2并将尺子立于转点2上（使前、后视距离大致相等且均不超过100m），按与第1站相同的观测方法测得转点1至转点2的高差h12，第2个测站工作结束。继续延续上述动作，完成第3站测量、第4站测量、第5站测量、…、直到最后一站（第n站）结束为止。这样，每安置一次仪器（称为一个测站）就测得一个高差，AB两点间的高差为n个测站的高差之和，即
则B点的高程HB为
由式（3.2）可以看出，A、B两点的高差等于中间各个测站高差的代数和，也等于各个测站所有后视中丝读数之和减去所有前视中丝读数之和。通常要同时用
和
进行计算以检核计算结果是否有误。
由上述水准测量过程可知，A点高程就是通过转点1、转点2、转点3、…、转点n-1等点传递到B点的，这些用来传递高程的点均称为转点。转点在前一测站先作为待求高程的点，然后在下一测站再作为已知高程的点，转点起传递高程的作用。转点非常重要，转点上产生的任何差错，都会影响到以后所有点的高程，因此，转点位置应选在坚实的地面上且应在其上放置尺垫并踩实，转点位置水准尺应竖立在尺垫的半球上（图3.7）。读数ai是在已知高程点上的水准尺中丝读数（称“后视读数”），bi是在待求高程点上的水准尺中丝读数（称“前视读数”）。高差必须是后视中丝读数减去前视中丝读数。高差hAB的值可能为正，也可能为负，正值表示待求点B高于已知点A，负值表示待求点B低于已知点A。高差的正负号与测量进行的方向有关，图3.13中的测量由A向B进行，高差用hAB表示；若由B向A进行则高差用hBA表示。hAB与hBA互为相反数，不可搞错。
图3.13 水准测量的常规作业过程
图3.13中每站测量的过程完全相同，下面以如图3.13所示S3光学水准仪为例介绍一下水准测量每站的测量过程（掌握了每站的测量过程也就学会水准仪的使用方法了），每站的测量过程应按以下五步程序顺序进行。
3.4.1 安放三脚架
安放三脚架的要领是 “等距、高适中、尖入土、顶平、腰牢靠”。将三脚架放置在与2个标尺大致等距的位置 （即使水准仪三脚架位于2个标尺所在铅垂线的中分铅垂面上，可通过小碎步步量法实现），三脚架安放处的土质要坚硬并便于观测者观测，这个动作称为 “等距”。旋松3个架腿的伸缩腿止滑钮，让3个伸缩腿在各自的双支杆间滑动，使三脚架的高度与观测者的身高相适应，然后钮紧3个伸缩腿止滑钮，这个动作称为 “高适中”。将三脚架3个架腿张开，以与地面成65°～75°的夹角立在地面上，将脚分别踏在3个架腿伸缩腿腿尖踏脚板上，小腿贴近伸缩腿面沿伸缩腿的方向用力下踩，将3个架腿的伸缩腿腿尖踩入土中并使之稳固不动，这个动作称为 “尖入土”。观察三脚架架头顶面的水平性，若不水平则左手抓住高处 （或低处）那根架腿的支杆 （拇指紧贴伸缩腿的顶面），右手旋松该架腿的伸缩腿止滑钮，然后右手压在伸缩腿顶面上，左手拉动支杆使支杆降低或升高到三脚架架头顶面水平，然后，左手控制并保持该架腿支杆与伸缩腿间位置不变（左手拇指紧贴伸缩腿的顶面以保证伸缩腿不在双支杆间滑动），右手钮紧伸缩腿止滑钮，这个动作称为 “顶平”。用双手分别按一下3个架腿的双支杆，观察一下3个架腿的伸缩腿是否已经被各自的伸缩腿止滑钮固紧 （若没固紧则重新固紧）以确保观测过程中三脚架的稳固 （否则三脚架会摔倒并摔坏水准仪），这个动作称为 “腰牢靠”。
3.4.2 连接水准仪
连接水准仪的基本要求是“连接可靠”。将仪器的3个脚螺旋旋到中间位置（即脚螺旋往上升高的幅度与往下降低的幅度相等的位置）后左手抓牢水准仪并将其放置在三脚架架头上平面上（始终不松手），右手将水准仪的中心连接螺旋从三脚架架头下方穿过三脚架架头的中心孔，旋入仪器基座底板的中心螺孔。用右手轻推仪器基座看仪器基座与三脚架架头上平面是否固连牢靠（不牢靠则须重新拧中心连接螺旋），确认无误后方可松开抓握水准仪的左手，至此，连接水准仪的工作结束。这个动作称为“连接可靠”。
3.4.3 粗平
粗平是指仪器的粗略整平。仪器的粗略整平是通过转动3个脚螺旋使照准部圆水准器的气泡居中来实现的。如图3.14所示，松开水准仪照准部 （或水平）制动螺旋 （任何测量仪器在转动以前均必须先松开相应的制动螺旋，否则会损坏仪器。这一点非常重要，应牢记）。转动照准部使望远镜视准轴的铅垂面垂直于脚螺旋A、B的连线，过圆水准器的零点假想一个与望远镜视准轴铅垂面平行的水准仪铅垂面，对向旋转A、B脚螺旋，使圆水准器气泡移到该假想水准仪铅垂面上（即通过圆水准器零点并垂直于这两个脚螺旋连线的方向上），如图3.14所示气泡自1位置移到2位置，此时，水准仪照准部在这两个脚螺旋连线方向处于水平位置。然后，单独用第3个脚螺旋C使气泡居中 （即气泡中心通过水准器零点3），此时，水准仪照准部在垂直于A、B两个脚螺旋连线方向也处于了水平位置。这样，水准仪照准部就水平了 （因为两条相交水平线决定的平面必然是水平面），粗平工作结束。如仍有偏差则重复进行上述动作。粗平操作时必须记住3条要领，即先旋转两个脚螺旋，然后旋转第3个脚螺旋；旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动 （即旋转方向应相反）；气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。
图3.14 圆水准器的整平
（a）双螺旋调向；（b）单螺旋拉中
3.4.4 后尺测量
（1）粗瞄。
松开水准仪照准部（或水平）制动螺旋，转动水准仪照准部，利用望远镜筒上的缺口和准星瞄准后视水准尺（3点成一面），拧紧照准部（或水平）制动螺旋。
（2）操作望远镜。
1）视度调节。转动水准仪目镜上的屈光度调节筒，用眼通过目镜观察，可以看到水准仪的十字丝，当水准仪十字丝最黑、最清晰时即为你的最佳视度位置，至此视度调节工作结束。视度调节实际上就是为你带上度数适合的眼镜，视力不同的人其最佳视度位置是不同的。一般测量仪器屈光度调节筒的调节范围是-5～+5个屈光度（相当于500度近视镜～500度老花镜间的范围）。这个动作简称为“调屈”。
2）调焦。转动水准仪望远镜上的调焦螺旋，用眼通过目镜观察，使后视水准尺（后尺）呈像最清晰。这个动作称为“调焦”。
3）精瞄。转动水准仪照准部（或水平）微动螺旋，使水准仪照准部在水平面内做缓慢的小幅转动（若微动螺旋转不动，应反向转动到适中位置，再松开水准仪照准部制动螺旋通过望远镜重新瞄准，瞄好后拧紧照准部制动螺旋，然后再转动水准仪照准部微动螺旋进行微调），使望远镜十字丝竖丝平分后视水准尺。
4）观察与消除视差。视差是物体通过望远镜成像后未成像在设计成像面（十字丝刻划面）上的现象。观测时把眼睛在目镜处稍作上下移动，若水准标尺像与十字丝间有相对移动（即读数有改变）则表示有视差存在，存在视差时是不可能得出准确读数的。消除视差的方法是再“调焦”，若仍然不行则“调屈”“调焦”“调屈”“调焦”……直到望远镜中不再出现水准标尺的像和十字丝间有相对移动为止（即水准标尺的像与十字丝在同一平面上）。
（3）精平。
精平是使望远镜视准轴水平的工作。操作时慢慢转动望远镜的微倾螺旋，用眼从侧面观察管水准器气泡的移动，当管水准器气泡移动到中间位置时，将眼睛转向管水准器位于目镜端的气泡精细影像（抛物线）观察圆孔（在目镜左侧圆水准器上方）可看到2个半抛物线［图3.5（a）］，继续缓慢转动望远镜微倾螺旋使2个半抛物线相接构成一个抛物线［图3.5（b）］。此时，望远镜视准轴就水平了，此时读出的横竖丝交点处的标尺读数即为式（3.1）中的a。观察3s，若构成的一个抛物线稳定（偏离量不超过半个抛物线宽度），此项工作结束；否则应继续缓慢调整抛物线直到抛物线满足观测读数要求为止。
图3.15 后视水准尺读数
（4）读数。
在保证构成的一个抛物线稳定不动的情况下应连续读出中丝、上丝、下丝在后视水准标尺上的读数a、SA、XA，后尺测量结束。如图3.15所示，后视水准标尺上的读数a=2043mm、SA=1941mm、XA=2146mm。上、下丝读数SA、XA之差乘以100即为水准仪到后视水准标尺的大概水平距离DA（精度1/100），即
将SA=1941mm、XA=2146mm代入式（3.4）可得水准仪到后视水准标尺的大概水平距离DA为20.5m。DA称为后视距离（简称后距）。
3.4.5 前尺测量
（1）粗瞄。
松开水准仪照准部（或水平）制动螺旋，转动水准仪照准部，利用望远镜筒上的缺口和准星瞄准前视水准尺（3点成一面），拧紧照准部（或水平）制动螺旋。
（2）操作望远镜。
1）视度调节。因在后尺测量时该项工作已完成，故若观测者不更换的话该项工作就不必做了，若观测者更换则按3.4.4中（2）的1）进行。
2）调焦。同3.4.4中（2）的2），转动水准仪望远镜上的调焦螺旋，用眼通过目镜观察，使前视水准尺（前尺）呈像最清晰。因为水准仪到前、后尺的距离大致相等，因此观测者不更换的话该项工作就不必做了。
3）精瞄。同3.4.4中（2）的3），转动水准仪照准部微动螺旋，使水准仪照准部在水平面内做缓慢的小幅转动，使望远镜十字丝竖丝平分前视水准尺。
4）观察与消除视差。同3.4.4中（2）的4）。
（3） 精平。
同3.4.4中的（3）。
图3.16 前视水准尺读数
（4）读数。
同3.4.4中的（4）。在保证管水准器构成的一个抛物线稳定不动的情况下应连续读出中丝、上丝、下丝在前视水准标尺上的读数b=4267mm、SB=4205mm、XB=4325mm（图3.16，以塔尺为例），前尺测量结束。前尺上、下丝读数SB、XB之差乘以100即为水准仪到前视水准标尺的大概水平距离DB=12.0m。DB称为前视距离（简称前距）。
至此完成了一个测站上的高差测量工作。测站高差hAB=a-b=-2.224m，测站路线长LAB=DA+DB=32.5m。测站读数的准确性（不是测量的准确性）可通过式（3.5）、式（3.6）大致进行检验，即
b与（SB+XB）/2的较差以及a与（SA+XA）/2的较差一般不宜超过3mm。
利用微倾式水准仪进行水准测量的关键要领是“读数必调抛物线”。为防止在一个测站上发生错误而导致整个水准路线结果的错误，可在每个测站上对观测结果进行检核，方法有两次仪器高法和双面尺法。两次仪器高法是在每个测站上一次测得两转点间的高差后，改变一下水准仪的高度再次测量两转点间的高差，对一般水准测量当两次所得高差之差小于5mm时可认为合格并取其平均值作为该测站所得高差（否则应进行检查或重测）。双面尺法利用双面水准尺分别由黑面和红面读数得出的高差，扣除一对水准尺的常数差后，两个高差之差小于5mm时可认为合格（否则应进行检查或重测），黑面高差与红面高差的差值应等于两把标尺尺常数的差值100mm（即4687mm与4787mm的差值），水准仪在视线不动情况下对同一把尺的黑面和红面进行读数的读数差应等于该水准尺的尺常数（读数差与尺常数之差小于3mm时可认为合格，否则应进行检查或重测）。