一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：測(cè)量軌道、水平測(cè)橋、測(cè)架、卷尺以及激光測(cè)距儀；其中，所述測(cè)量軌道設(shè)置在河工模型的兩側(cè)，設(shè)置方向與河道走向一致；所述水平測(cè)橋架設(shè)在所述測(cè)量軌道上；所述水平測(cè)橋的一個(gè)側(cè)面上設(shè)有卷尺，所述水平測(cè)橋上還設(shè)有測(cè)架，該測(cè)架上固定設(shè)置一激光測(cè)距儀。通過(guò)采用本發(fā)明公開(kāi)的系統(tǒng)，提高了測(cè)量效率與測(cè)量精度，且成本較低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水利工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 河工模型是用于研究河流由于水流、泥沙、邊界等條件改變而引起河床的地形變 化的模型。模型通過(guò)相似性原理將天然河流按一定比例縮小制作而成，在試驗(yàn)過(guò)程中，地形 參數(shù)在研究河床沖刷及淤積問(wèn)題中的重要參數(shù)，用于表達(dá)河床的沖淤變形和河勢(shì)演變。因 此，河道沖淤變化是動(dòng)床河工模型試驗(yàn)的主要內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)要求地形量測(cè)儀器能夠快速、準(zhǔn)確 地完成模型地形的測(cè)量。測(cè)量地形的儀器在使用方便的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能提高模型測(cè)量的 精度和效率。
[0003] 激光測(cè)距儀是利用激光對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定（又稱(chēng)激光測(cè)距）的儀器。激 光測(cè)距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時(shí) 器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。激光測(cè)距儀由于激光 的單色性好、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)，加上電子線(xiàn)路半導(dǎo)體化集成化，與光電測(cè)距儀相比，不僅可 以日夜作業(yè)、而且能提高測(cè)距精度，顯著減少重量和功耗。激光測(cè)距儀精度可達(dá)到1mm，適合 各種高精度測(cè)量用途。
[0004] 傳統(tǒng)的測(cè)量方法為測(cè)針或鋼尺測(cè)量法，以及采用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀的地形測(cè)量方 法。隨著激光技術(shù)、超聲波技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā) 展，又逐漸發(fā)展了光電反射式地形儀、電阻式地形儀、跟蹤地形儀、超聲地形儀、激光掃描儀 等儀器以及近景攝影測(cè)量等新技術(shù)測(cè)量方法。河工模型地形測(cè)量技術(shù)也從單一的人工測(cè)量 向自動(dòng)測(cè)量、從接觸式測(cè)量向非接觸式測(cè)量、從單點(diǎn)向多點(diǎn)測(cè)量發(fā)展。
[0005] 但是，傳統(tǒng)的測(cè)量方法為接觸式測(cè)量，受人為誤差影響，測(cè)量效率低，需停水后測(cè) 量。
[0006] 另外，上述新技術(shù)測(cè)量方法相較傳統(tǒng)的測(cè)量方法在精度測(cè)量精度或可靠性上有一 定的提升，但是，受到計(jì)算機(jī)采集缺點(diǎn)的限制，普遍存在測(cè)量成果需將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào)的影響，對(duì)水體含沙、電路中的電流波動(dòng)和外界因素（如溫度、濕度）等因素的影響大， 且造價(jià)高，安裝調(diào)試麻煩，維護(hù)保養(yǎng)需專(zhuān)業(yè)人員操作，搬運(yùn)移動(dòng)不方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)，提高了測(cè)量效率與測(cè)量精度，且 成本較低。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：測(cè)量軌道、水平測(cè)橋、測(cè)架、卷尺以及激光 測(cè)距儀；
[0010] 其中，所述測(cè)量軌道設(shè)置在河工模型的兩側(cè)，設(shè)置方向與河道走向一致；所述水平 測(cè)橋架設(shè)在所述測(cè)量軌道上；所述水平測(cè)橋的一個(gè)側(cè)面上設(shè)有卷尺，所述水平測(cè)橋上還設(shè) 有測(cè)架，該測(cè)架上固定設(shè)置一激光測(cè)距儀。
[0011] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該系統(tǒng)結(jié)合了傳統(tǒng)測(cè)針、鋼尺測(cè)量設(shè)備 簡(jiǎn)便易用的優(yōu)點(diǎn)和激光測(cè)量技術(shù)快捷、數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)；具體來(lái)說(shuō)，相對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)針測(cè)量，由 于采用的是非接觸式測(cè)量，對(duì)模型地形不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)與破壞，防止測(cè)量中測(cè)針破壞床面地 形，有效避免了人為操作問(wèn)題（如測(cè)針插入泥面過(guò)深或未接觸到泥面）等因素帶來(lái)的測(cè)量 誤差，儀器采用數(shù)字顯示屏直接輸出距離，大大提高了地形參數(shù)的讀取效率，避免人員因素 帶來(lái)的讀數(shù)錯(cuò)誤，提高了模型試驗(yàn)地形參數(shù)的測(cè)量工作效率和精度，節(jié)約了人工成本；相對(duì) 新技術(shù)測(cè)量方法而言，具有成本低廉、使用方便、結(jié)構(gòu)輕巧、受外界因素干擾小、維護(hù)保養(yǎng)便 利等優(yōu)點(diǎn)，而且激光發(fā)射的測(cè)量點(diǎn)是可視的，測(cè)量方式直觀可信，不會(huì)漏測(cè)河工模型中地形 變化劇烈的部位（如河灘與河槽的分界點(diǎn)）。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)架基座的示意圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光測(cè)距儀固定與限位部件的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本 發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017] 實(shí)施例
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該 系統(tǒng)主要包括：
[0019] 測(cè)量軌道11、水平測(cè)橋12、測(cè)架13、卷尺14以及激光測(cè)距儀15 ;
[0020] 其中，所述測(cè)量軌道11設(shè)置在河工模型的兩側(cè)，設(shè)置方向與河道走向一致；所述 水平測(cè)橋12架設(shè)在所述測(cè)量軌道11上；所述水平測(cè)橋12的一個(gè)側(cè)面上設(shè)有卷尺14,所述 水平測(cè)橋12上還設(shè)有測(cè)架13,該測(cè)架13上固定設(shè)置一激光測(cè)距儀15。
[0021] 進(jìn)一步的，所述測(cè)架13包括：測(cè)架基座、激光測(cè)距儀固定與限位部件、水平測(cè)橋限 位部件；
[0022] 其中，所述測(cè)架基座的上部固定設(shè)置激光測(cè)距儀固定與限位部件，下部固定設(shè)置 水平測(cè)橋限位部件。
[0023] 進(jìn)一步的，所述激光測(cè)距儀固定與限位部件包括：底部固定片、垂直固定片、側(cè)向 限位片；
[0024] 所述底部固定片通過(guò)固定螺絲固定在所述測(cè)架基座上；所述垂直固定片上設(shè)有一 固定安裝所述激光測(cè)距儀固定螺栓的通孔；所述側(cè)向限位片設(shè)于所述垂直固定片的一側(cè)。
[0025] 進(jìn)一步的，所述水平測(cè)橋限位部件由兩塊限位部件組成，其間距為所述水平測(cè)橋 的寬度。
[0026] 進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括：
[0027] 基準(zhǔn)校驗(yàn)部件16,該基準(zhǔn)校驗(yàn)部件上設(shè)有基準(zhǔn)校驗(yàn)點(diǎn)；所述基準(zhǔn)校驗(yàn)部件設(shè)置在 所述測(cè)量軌道附近的定床上或高程固定不變的區(qū)域。
[0028] 另外，圖1中附圖標(biāo)記16表示測(cè)量軌道11上的基點(diǎn)支架，附圖標(biāo)記17表示河工 模型定床，附圖標(biāo)記18表示斷面。
[0029] 以上為本發(fā)明所提供的高精度地形測(cè)量系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)，為便于理解，下面 對(duì)每一部件進(jìn)行詳細(xì)的介紹說(shuō)明。
[0030] 1、測(cè)量軌道。
[0031] 河工模型為測(cè)量方便，常在模型研究范圍的河道兩側(cè)設(shè)置高程相同的測(cè)量軌道， 用于放置水平測(cè)橋。軌道方向大多與河道走向一致，垂直與河道橫斷面。
[0032] 2、水平測(cè)橋。
[0033] 水平測(cè)橋移動(dòng)架設(shè)在所述測(cè)量軌道上，為保證方柱的強(qiáng)度和抗剪應(yīng)力、承載強(qiáng)度 足夠，也有采用多根柱材鉚固成一根的作法。材料選擇上，可以是鋼、鋁等金屬，為保證其移 動(dòng)輕便，以質(zhì)量較輕、材料鋼度強(qiáng)的鋁合金為優(yōu)。
[0034] 在測(cè)橋的長(zhǎng)方向上貼有經(jīng)計(jì)量認(rèn)證的鋼卷尺，用以測(cè)量水平方向的位移。鋼尺的 位置應(yīng)低于測(cè)架的最低點(diǎn)，防止在測(cè)量時(shí)測(cè)架對(duì)鋼卷尺磨損。鋼卷尺外面覆蓋有透明膠帶， 保持鋼卷尺順直狀態(tài)，保護(hù)卷尺不粘上污物和字跡不被磨損。
[0035] 3、測(cè)架。
[0036] 該測(cè)架移動(dòng)設(shè)置在所述水平側(cè)橋的上方；其主要由三個(gè)部分組成，分別為測(cè)架基 座、激光測(cè)距儀固定與限位部件、水平測(cè)橋限位部件。
[0037] 如圖2所示，所述測(cè)架基座21的上部通過(guò)固定孔22固定激光測(cè)距儀固定與限位 部件22,下部通過(guò)固定孔23(共8個(gè)）固定設(shè)置水平測(cè)橋限位部件24。所述測(cè)架基座的尺 寸大小可根據(jù)所需固定的測(cè)量?jī)x器和水平測(cè)橋截面的具體尺寸進(jìn)行合理的調(diào)整；其材料可 以是有機(jī)玻璃，也可以選擇塑料板、鋼板等其它材料；考慮加工方便、日常使用輕便、基座不 易變形、維護(hù)簡(jiǎn)易等方面的問(wèn)題，宜采用有機(jī)玻璃或厚塑料板。
[0038] 如圖3所示，激光測(cè)距儀固定與限位部件由兩個(gè)L形的直角鋼構(gòu)件組成，構(gòu)成一個(gè) 由兩個(gè)直角形組成的三維形狀。該部件的主要作用為固定手持式激光測(cè)距儀，從上下前后 左右六個(gè)方向固定住儀器，使固定的激光測(cè)距儀器設(shè)備不發(fā)生位移或旋轉(zhuǎn)，主要包括底部 固定片31、垂直固定片32與側(cè)向限位片33。材料選擇以加工方便為原則，可選用鋼或鋁合 金材料。
[0039] 底部固定片31與測(cè)架基座相連，使用螺絲穿過(guò)三個(gè)鉆孔311與測(cè)架基座（圖2的 固定孔22)連接在一起。手持激光測(cè)距儀背面設(shè)置有通用1/4英寸連接螺母用于固定機(jī) 器，與底部固定片31相連的垂直固定片32也開(kāi)有一個(gè)穿孔321，用來(lái)安裝測(cè)距儀的固定螺 栓組，精密加工時(shí)垂直片開(kāi)孔可以開(kāi)成1/4英寸螺絲孔，直接用螺栓將測(cè)距儀與垂直片固 定在一起。不同款式的手持式激光測(cè)距儀的固定螺孔位置不同，垂直片的開(kāi)孔位置要與激 光測(cè)距儀匹配。側(cè)向限位片的作用是限制激光測(cè)距儀發(fā)生側(cè)向的移動(dòng)和儀器旋轉(zhuǎn)，保證儀 器維持在垂直狀態(tài)。上述三個(gè)小部件的尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定。
[0040] 測(cè)架基座底部安裝的水平測(cè)橋限位部件，主要作用是控制測(cè)架沿水平測(cè)橋方向移 動(dòng)，保證測(cè)量時(shí)測(cè)架只能沿橫斷面方向平面移動(dòng)，并限制垂直于的橫斷面方向的平面位移。 限位部件由兩塊限位部件組成，與基座的長(zhǎng)邊方向平行。兩塊限位部件內(nèi)側(cè)的間距與測(cè)橋 截面寬度一致，這樣能夠保證測(cè)架能穩(wěn)定地放在水平測(cè)橋上，且順著測(cè)橋移動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生垂 向位移。為保證測(cè)架的重心穩(wěn)定，限位部件一般采用略重的鋼鐵，截面形式與所用材料有 關(guān)，可以是方形鋼管，也可以是槽鋼或角鐵。
[0041] 4、激光測(cè)距儀。
[0042] 本發(fā)明實(shí)施例中，激光測(cè)距儀可以為手持式激光測(cè)距儀。手持式激光測(cè)距儀是利 用激光對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的儀器。激光測(cè)距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激 光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出從 觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。
[0043] 激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式，如果光以速度C在空氣中傳播在A、B兩 點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為T(mén)，則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下列表示 ：
[0044] D = CT/2
[0045] 式中，D為測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離，C為光的速度，T為光往返A(chǔ)、B -次所需的時(shí) 間。
[0046] 由上式可知，要測(cè)量A、B距離實(shí)際上是要測(cè)量光傳播的時(shí)間T。
[0047] 根據(jù)測(cè)量時(shí)間方法的不同，激光測(cè)距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測(cè)量形 式。手持式激光測(cè)距儀采用相位式，其測(cè)相并不是測(cè)量紅外或者激光的相位，而是測(cè)量調(diào)制 在紅外或者激光上面的信號(hào)相位，因而，其測(cè)量精度遠(yuǎn)高于脈沖式測(cè)量。
[0048] 5、基準(zhǔn)校驗(yàn)部件。
[0049] 該基準(zhǔn)校驗(yàn)部件上設(shè)有基準(zhǔn)校驗(yàn)點(diǎn)；所述基準(zhǔn)校驗(yàn)部件設(shè)置在所述測(cè)量軌道附近 的定床上或高程固定不變的區(qū)域，用于換算和校核測(cè)量的地形數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)校驗(yàn)點(diǎn)的高程采 用水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀測(cè)量得到，平面位置坐標(biāo)可以通過(guò)模型邊墻點(diǎn)或模型內(nèi)已知基準(zhǔn)點(diǎn)的坐 標(biāo)換算得到。
[0050] 以上為每一部件進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，下面簡(jiǎn)述測(cè)量工作的相關(guān)方法。
[0051] 測(cè)量準(zhǔn)備：需要在預(yù)設(shè)好的橫斷面位置的軌道上放置水平測(cè)橋，再在水平測(cè)橋上 放上激光測(cè)距儀的測(cè)架。調(diào)整水平測(cè)橋的位置，使激光測(cè)距儀的點(diǎn)正好通過(guò)需要測(cè)量的斷 面。
[0052] 基準(zhǔn)校驗(yàn)點(diǎn)和斷面的測(cè)量：將測(cè)架在水平測(cè)橋上移動(dòng)至需要測(cè)量的地形點(diǎn)或基準(zhǔn) 校驗(yàn)點(diǎn)，在鋼卷尺上讀出水平距離讀數(shù)，使用激光測(cè)距儀讀出垂直距離的讀數(shù)，并記錄在記 錄紙上。
[0053] 地形高程轉(zhuǎn)換算法：模型測(cè)量記錄的原始數(shù)據(jù)為相對(duì)的水平距離和垂直距離，因 此需要對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。假設(shè)左右兩側(cè)的基點(diǎn)水平距離分別為隊(duì)和D K，基點(diǎn)垂直距離 分別為扎和Ηκ，基點(diǎn)高程分別為&和Βκ，斷面點(diǎn)的水平距離為D M和HM，則斷面點(diǎn)的地形高 程BM可按下式計(jì)算：
[0054]

【權(quán)利要求】
1. 一種高精度地形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：測(cè)量軌道、水平測(cè)橋、測(cè)架、卷 尺以及激光測(cè)距儀； 其中，所述測(cè)量軌道設(shè)置在河工模型的兩側(cè)，設(shè)置方向與河道走向一致；所述水平測(cè)橋 架設(shè)在所述測(cè)量軌道上；所述水平測(cè)橋的一個(gè)側(cè)面上設(shè)有卷尺，所述水平測(cè)橋上還設(shè)有測(cè) 架，該測(cè)架上固定設(shè)置一激光測(cè)距儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)架包括：測(cè)架基座、激光測(cè)距儀固 定與限位部件、水平測(cè)橋限位部件； 其中，所述測(cè)架基座的上部固定設(shè)置激光測(cè)距儀固定與限位部件，下部固定設(shè)置水平 測(cè)橋限位部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測(cè)距儀固定與限位部件包括：底 部固定片、垂直固定片、側(cè)向限位片； 所述底部固定片通過(guò)固定螺絲固定在所述測(cè)架基座上；所述垂直固定片上設(shè)有一固定 安裝所述激光測(cè)距儀固定螺栓的通孔；所述側(cè)向限位片設(shè)于所述垂直固定片的一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水平測(cè)橋限位部件由兩塊限位部件 組成，其間距為所述水平測(cè)橋的寬度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括： 基準(zhǔn)校驗(yàn)部件，該基準(zhǔn)校驗(yàn)部件上設(shè)有基準(zhǔn)校驗(yàn)點(diǎn)；所述基準(zhǔn)校驗(yàn)部件設(shè)置在所述測(cè) 量軌道附近的定床上或高程固定不變的區(qū)域。
【文檔編號(hào)】G01C7/02GK104266630SQ201410444121
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】胡健, 曹文洪, 戴清, 史紅玲, 田慶奇 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院