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自動水準儀的刻度顯示保持水平的最常見原理是基于鐘擺的特性。
如果將水平儀放置在不平坦的表面上,如果不進行校正,通過鏡頭看到的刻度也會傾斜,因此對于沒有自動功能的水平儀,需要使用棒狀氣泡進行目視校正。自動水準儀利用了擺錘始終垂直的特性,將刻度顯示懸掛在擺錘上,使其在一定范圍內始終校正到垂直位置。此外,還使用活塞和氣缸來停止和穩(wěn)定鐘擺。的空氣制動系統(tǒng),或使用磁鐵的磁力制動系統(tǒng)。尺度顯示格式一般都是光學的。
電子水準儀的原理與自動水準儀相同,但刻度被分配給條形碼,并且通過分析圖像來自動讀取刻度。
使用電子水準儀進行測量,精度高,不存在因觀察者造成的誤差,因此日本國土地理院也采用電子水準儀進行測量。