一種高精度地形測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度地形測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：測量軌道、水平測橋、測架、卷尺以及激光測距儀；其中，所述測量軌道設(shè)置在河工模型的兩側(cè)，設(shè)置方向與河道走向一致；所述水平測橋架設(shè)在所述測量軌道上；所述水平測橋的一個側(cè)面上設(shè)有卷尺，所述水平測橋上還設(shè)有測架，該測架上固定設(shè)置一激光測距儀。通過采用本發(fā)明公開的系統(tǒng)，提高了測量效率與測量精度，且成本較低。
【專利說明】一種高精度地形測量系統(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。模型通過相似性原理將天然河流按一定比例縮小制作而成，在試驗過程中，地形 參數(shù)在研究河床沖刷及淤積問題中的重要參數(shù)，用于表達河床的沖淤變形和河勢演變。因 此，河道沖淤變化是動床河工模型試驗的主要內(nèi)容，實驗要求地形量測儀器能夠快速、準確 地完成模型地形的測量。測量地形的儀器在使用方便的基礎(chǔ)上，應盡可能提高模型測量的 精度和效率。
[0003] 激光測距儀是利用激光對目標的距離進行準確測定（又稱激光測距）的儀器。激 光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時 器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。激光測距儀由于激光 的單色性好、方向性強等特點，加上電子線路半導體化集成化，與光電測距儀相比，不僅可 以日夜作業(yè)、而且能提高測距精度，顯著減少重量和功耗。激光測距儀精度可達到1mm，適合 各種高精度測量用途。
[0004] 傳統(tǒng)的測量方法為測針或鋼尺測量法，以及采用經(jīng)緯儀和水準儀的地形測量方 法。隨著激光技術(shù)、超聲波技術(shù)、光學技術(shù)、計算機技術(shù)以及圖像處理技術(shù)等先進技術(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量等新技術(shù)測量方法。河工模型地形測量技術(shù)也從單一的人工測量 向自動測量、從接觸式測量向非接觸式測量、從單點向多點測量發(fā)展。
[0005] 但是，傳統(tǒng)的測量方法為接觸式測量，受人為誤差影響，測量效率低，需停水后測 量。
[0006] 另外，上述新技術(shù)測量方法相較傳統(tǒng)的測量方法在精度測量精度或可靠性上有一 定的提升，但是，受到計算機采集缺點的限制，普遍存在測量成果需將電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號的影響，對水體含沙、電路中的電流波動和外界因素（如溫度、濕度）等因素的影響大， 且造價高，安裝調(diào)試麻煩，維護保養(yǎng)需專業(yè)人員操作，搬運移動不方便。


【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量系統(tǒng)，提高了測量效率與測量精度，且 成本較低。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] -種高精度地形測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：測量軌道、水平測橋、測架、卷尺以及激光 測距儀；
[0010] 其中，所述測量軌道設(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 測橋架設(shè)在所述測量軌道上；所述水平測橋的一個側(cè)面上設(shè)有卷尺，所述水平測橋上還設(shè) 有測架，該測架上固定設(shè)置一激光測距儀。
[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)測針、鋼尺測量設(shè)備 簡便易用的優(yōu)點和激光測量技術(shù)快捷、數(shù)字化的優(yōu)點；具體來說，相對傳統(tǒng)的測針測量，由 于采用的是非接觸式測量，對模型地形不會產(chǎn)生擾動與破壞，防止測量中測針破壞床面地 形，有效避免了人為操作問題（如測針插入泥面過深或未接觸到泥面）等因素帶來的測量 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 帶來的讀數(shù)錯誤，提高了模型試驗地形參數(shù)的測量工作效率和精度，節(jié)約了人工成本；相對 新技術(shù)測量方法而言，具有成本低廉、使用方便、結(jié)構(gòu)輕巧、受外界因素干擾小、維護保養(yǎng)便 利等優(yōu)點，而且激光發(fā)射的測量點是可視的，測量方式直觀可信，不會漏測河工模型中地形 變化劇烈的部位（如河灘與河槽的分界點）。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017] 實施例
[0018] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種高精度地形測量系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該 系統(tǒng)主要包括：
[0019] 測量軌道11、水平測橋12、測架13、卷尺14以及激光測距儀15 ;
[0020] 其中，所述測量軌道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 水平測橋12架設(shè)在所述測量軌道11上；所述水平測橋12的一個側(cè)面上設(shè)有卷尺14,所述 水平測橋12上還設(shè)有測架13,該測架13上固定設(shè)置一激光測距儀15。
[0021] 進一步的，所述測架13包括：測架基座、激光測距儀固定與限位部件、水平測橋限 位部件；
[0022] 其中，所述測架基座的上部固定設(shè)置激光測距儀固定與限位部件，下部固定設(shè)置 水平測橋限位部件。
[0023] 進一步的，所述激光測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固定螺絲固定在所述測架基座上；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] 進一步的，所述水平測橋限位部件由兩塊限位部件組成，其間距為所述水平測橋 的寬度。
[0026] 進一步的，該系統(tǒng)還包括：
[0027] 基準校驗部件16,該基準校驗部件上設(shè)有基準校驗點；所述基準校驗部件設(shè)置在 所述測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中附圖標記16表示測量軌道11上的基點支架，附圖標記17表示河工 模型定床，附圖標記18表示斷面。
[0029] 以上為本發(fā)明所提供的高精度地形測量系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)，為便于理解，下面 對每一部件進行詳細的介紹說明。
[0030] 1、測量軌道。
[0031] 河工模型為測量方便，常在模型研究范圍的河道兩側(cè)設(shè)置高程相同的測量軌道， 用于放置水平測橋。軌道方向大多與河道走向一致，垂直與河道橫斷面。
[0032] 2、水平測橋。
[0033] 水平測橋移動架設(shè)在所述測量軌道上，為保證方柱的強度和抗剪應力、承載強度 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 動輕便，以質(zhì)量較輕、材料鋼度強的鋁合金為優(yōu)。
[0034] 在測橋的長方向上貼有經(jīng)計量認證的鋼卷尺，用以測量水平方向的位移。鋼尺的 位置應低于測架的最低點，防止在測量時測架對鋼卷尺磨損。鋼卷尺外面覆蓋有透明膠帶， 保持鋼卷尺順直狀態(tài)，保護卷尺不粘上污物和字跡不被磨損。
[0035] 3、測架。
[0036] 該測架移動設(shè)置在所述水平側(cè)橋的上方；其主要由三個部分組成，分別為測架基 座、激光測距儀固定與限位部件、水平測橋限位部件。
[0037] 如圖2所示，所述測架基座21的上部通過固定孔22固定激光測距儀固定與限位 部件22,下部通過固定孔23(共8個）固定設(shè)置水平測橋限位部件24。所述測架基座的尺 寸大小可根據(jù)所需固定的測量儀器和水平測橋截面的具體尺寸進行合理的調(diào)整；其材料可 以是有機玻璃，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、維護簡易等方面的問題，宜采用有機玻璃或厚塑料板。
[0038] 如圖3所示，激光測距儀固定與限位部件由兩個L形的直角鋼構(gòu)件組成，構(gòu)成一個 由兩個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距儀，從上下前后 左右六個方向固定住儀器，使固定的激光測距儀器設(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與測架基座相連，使用螺絲穿過三個鉆孔311與測架基座（圖2的 固定孔22)連接在一起。手持激光測距儀背面設(shè)置有通用1/4英寸連接螺母用于固定機 器，與底部固定片31相連的垂直固定片32也開有一個穿孔321，用來安裝測距儀的固定螺 栓組，精密加工時垂直片開孔可以開成1/4英寸螺絲孔，直接用螺栓將測距儀與垂直片固 定在一起。不同款式的手持式激光測距儀的固定螺孔位置不同，垂直片的開孔位置要與激 光測距儀匹配。側(cè)向限位片的作用是限制激光測距儀發(fā)生側(cè)向的移動和儀器旋轉(zhuǎn)，保證儀 器維持在垂直狀態(tài)。上述三個小部件的尺寸可根據(jù)實際需求進行設(shè)定。
[0040] 測架基座底部安裝的水平測橋限位部件，主要作用是控制測架沿水平測橋方向移 動，保證測量時測架只能沿橫斷面方向平面移動，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，與基座的長邊方向平行。兩塊限位部件內(nèi)側(cè)的間距與測橋 截面寬度一致，這樣能夠保證測架能穩(wěn)定地放在水平測橋上，且順著測橋移動時不產(chǎn)生垂 向位移。為保證測架的重心穩(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、激光測距儀。
[0042] 本發(fā)明實施例中，激光測距儀可以為手持式激光測距儀。手持式激光測距儀是利 用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激 光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從 觀測者到目標的距離。
[0043] 激光測距是光波測距中的一種測距方式，如果光以速度C在空氣中傳播在A、B兩 點間往返一次所需時間為T，則A、B兩點間距離D可用下列表示 ：
[0044] D = CT/2
[0045] 式中，D為測站點A、B兩點間距離，C為光的速度，T為光往返A(chǔ)、B -次所需的時 間。
[0046] 由上式可知，要測量A、B距離實際上是要測量光傳播的時間T。
[0047] 根據(jù)測量時間方法的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測量形 式。手持式激光測距儀采用相位式，其測相并不是測量紅外或者激光的相位，而是測量調(diào)制 在紅外或者激光上面的信號相位，因而，其測量精度遠高于脈沖式測量。
[0048] 5、基準校驗部件。
[0049] 該基準校驗部件上設(shè)有基準校驗點；所述基準校驗部件設(shè)置在所述測量軌道附近 的定床上或高程固定不變的區(qū)域，用于換算和校核測量的地形數(shù)據(jù)?；鶞市ｒ烖c的高程采 用水準儀或經(jīng)緯儀測量得到，平面位置坐標可以通過模型邊墻點或模型內(nèi)已知基準點的坐 標換算得到。
[0050] 以上為每一部件進行詳細的說明，下面簡述測量工作的相關(guān)方法。
[0051] 測量準備：需要在預設(shè)好的橫斷面位置的軌道上放置水平測橋，再在水平測橋上 放上激光測距儀的測架。調(diào)整水平測橋的位置，使激光測距儀的點正好通過需要測量的斷 面。
[0052] 基準校驗點和斷面的測量：將測架在水平測橋上移動至需要測量的地形點或基準 校驗點，在鋼卷尺上讀出水平距離讀數(shù)，使用激光測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：模型測量記錄的原始數(shù)據(jù)為相對的水平距離和垂直距離，因 此需要對地形數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。假設(shè)左右兩側(cè)的基點水平距離分別為隊和D K，基點垂直距離 分別為扎和Ηκ，基點高程分別為&和Βκ，斷面點的水平距離為D M和HM，則斷面點的地形高 程BM可按下式計算：
[0054]

【權(quán)利要求】
1. 一種高精度地形測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：測量軌道、水平測橋、測架、卷 尺以及激光測距儀； 其中，所述測量軌道設(shè)置在河工模型的兩側(cè)，設(shè)置方向與河道走向一致；所述水平測橋 架設(shè)在所述測量軌道上；所述水平測橋的一個側(cè)面上設(shè)有卷尺，所述水平測橋上還設(shè)有測 架，該測架上固定設(shè)置一激光測距儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測架包括：測架基座、激光測距儀固 定與限位部件、水平測橋限位部件； 其中，所述測架基座的上部固定設(shè)置激光測距儀固定與限位部件，下部固定設(shè)置水平 測橋限位部件。
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固定螺絲固定在所述測架基座上；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，所述水平測橋限位部件由兩塊限位部件 組成，其間距為所述水平測橋的寬度。
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： 基準校驗部件，該基準校驗部件上設(shè)有基準校驗點；所述基準校驗部件設(shè)置在所述測 量軌道附近的定床上或高程固定不變的區(qū)域。
【文檔編號】G01C7/02GK104266630SQ201410444121
【公開日】2015年1月7日 申請日期: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 申請人:中國水利水電科學研究院