国家三、四等水准测量的精度要求高于等外水准测量，因此，除了对所使用仪器的技术参数有具体规定外，也对观测程序、视线长度及读数要求等给出了具体指标，见表1-1所示。用于三、四等水准测量的水准尺，一般为木质的黑红面双面标尺，表1-1中的黑红面读数差就是指一根标尺的两面读数在去掉常数之后所容许的差值。
三等水准测量应沿路线进行往返观测，而四等水准测量在两端有高等级水准点或为闭合环时只需要单程测量。每一测段的往返观测的测站数应为偶数，否则应加入标尺零点差改正。若由往测转向返测时，两根水准尺必须互换位置，并重新整置仪器。
检测间歇点最好位于水准点上，否则应选择两个稳固可靠的固定点作为间歇点。起测前，再对间歇点进行检测，其检测结果应符合表1-1中的限差要求。
在使用水准仪进行水准测量时，由于受到仪器误差、观测误差和外界因素的影响，必将使观测结果产生误差。为了减少这些误差对观测结果的影响，提高水准测量精度，则应从水准测量仪器及方法出发，分析各种误差源及其对观测成果的影响规律，并寻求消除或削弱这些误差的方法或措施。
本次水准测量实验步骤大致分为如下九个步骤：布设水准路线、水准路线选点与埋石、安置水准仪、粗平、瞄准、精平、读数、记录和计算与检核。
在图上设计水准路线。在国家等级水准测量中，为了提高水准点的高程精度及其可靠性，应增加检核条件，通常采用结点水准路线和水准网，如图1所示。
（图1：结点水准路线与水准网）
在图上设计完成水准路线以后，应在野外实地确定水准点的具体位置，该项工作称为选点。选点时应注意选择有利于水准观测的路线，而且水准点应选择在土质坚硬、地下水位低、观测便利、使用方便且安全、便于长期保存的位置。
用水准测量方法测定的具有一定精度的高程控制点称为水准点，而水准点的标定工作就称为埋石。水准点按使用时间长短可分为永久性水准点和临时性水准点。永久性水准点一般用混凝土预制而成，也可选择在建筑物墙角埋设墙角水准标志。
水准点埋设完成后，应绘制水准点与附近地形的关系图，并注明水准点的编号及高程，称为点之记，以便日后寻找水准点位置。
1）松开三脚架三个制动螺旋，伸缩架腿，三脚架高度适当，旋紧制动螺旋；
2）三角等距分开，使架头大致水平；
3）取出水准仪，放在架头上，连接螺旋旋入水准仪基座的中心螺孔中，适度旋紧，使其固定于三脚架头上；
4）将三脚架其中两条腿基本固定，对另一条腿进行前后（或左右）移动，使圆水准器基本居中。
粗平的目的是利用圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴竖直。粗平的操作步骤如图2所示。图中①、②、③分别为3个脚螺旋，中间为圆水准器。阴影小圆圈为气泡所处位置。
（图2：圆水准器粗平）
首先用双手分别以相对方向（图中箭头所示方向）转动脚螺旋①、②，使圆气泡移动到①、②两个脚螺旋连线方向的中间位置，然后再转动脚螺旋③，使气泡居中。整平时，气泡移动方向始终与左手大拇指运动的方向一致。
1）将望远镜对向明亮处，转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰；
2）松开制动螺旋，旋转望远镜并利用照准器瞄准标尺；
3）拧紧制动螺旋，转动物镜调焦螺旋并看清水准尺；
4）利用水平微动螺旋，使十字丝竖丝瞄准尺边或中央，若此时望远镜内的水准尺成像不清晰，则可再转动物镜调焦螺旋使成像完全清晰，并应消除视差。
在读取水准尺上数字之前，应转动微倾螺旋使管水准器气泡居中，以保证视线精确水平。由于气泡运动的惯性作用，因此转动微倾螺旋的速度不宜过快，特别是在符合水准器的两端气泡影像将要对其时更应注意。只有在气泡已经稳定且又居中的情况下才能起到精平仪器的目的。
在仪器精平后便可在水准尺上进行读数。为了保证读数的准确无误，并提高读数的速度，可以首先看好尺上的大数，然后再将全部数据报出。普通水准测量只读四位数字，即米、分米、厘米及毫米，并以毫米为单位，如图3所示。
（图3：水准仪读数）
三、四等水准测量在一个测站上的观测程序为：
①照准后视标尺黑面，读取视距丝和中丝读数；
②照准前视标尺黑面，读取视距丝和中丝读数；
③照准前视标尺红面，读取中丝读数；
④照准后视标尺红面，读取中丝读数。
这样的观测程序称为后—前—前—后（黑、黑、红、红）。
四等水准测量每站观测程序也可为后—后—前—前（黑、红、黑、红）。但无论采用何种程序，视距丝及中丝的读数均应在管水准气泡居中时读取。
把所有的读数填入表1-2《三、四等水准测量观测手薄》相应位置。表内括号中的号码为观测读数和计算顺序。(1)—(8)为观测读数，其余均为计算所得。（表格在附件中：表1-2附件.doc）
1）测站上的计算与检核
①高差计算与检核：表1-2中，
式中，（10）和（9）分别为后视及前视标尺的黑红面读数之差，而（11）则是黑红面所测高差之差；K为后视和前视标尺红黑面零点的差数。
表1-2中（16）为黑面计算的高差，（17）为红面计算的高差。但由于两根尺子的黑红面零点差不同，因此，（16）并不等于（17），其值应相差100。故可用（11）做一次计算检核，即
②视距计算，表1-2中，
式中，（12）为后视距离；（13）为前视距离；（14）为前后视距之差；（15）为前后视距累计差。
2）观测结束后的计算与检核
①高差部分：
式中，h黑 、h红分别为一测段黑面、红面所得高差；h中则为该测段高差中数。
②视距部分：
若测站上有超出限差规定的观测结果，在本站检查发现后应立即重测。若在迁站后才发现，则应从水准点或间歇点开始重测。
完成布设水准路线、水准路线选点与埋石、安置水准仪、粗平、瞄准、精平、读数、记录、计算与检核等实验步骤后，按照实验报告书写要求填写实验报告。