CN106093960A - 一种喀斯特高原山区地形坡长测量方法及测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喀斯特高原山区地形坡长测量方法及测量仪，该方法基于假想三角形的解三角函数原理以及激光测距仪原理，将激光测距仪固定在可伸缩支撑杆上，在需要测量的坡面的底部、中部或山顶插入可伸缩支撑杆，将激光测距仪瞄准目标点，此时激光测距仪、目标点以及可伸缩支撑杆底部构成一个假想三角形，通过计算激光测距仪到目标点的直线距离及角度、可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度，根据解三角函数原理计算出该三角形的任何一条边的长度和任何一个角的角度，即可得到目标坡面的坡长长度及坡度。本发明可以完美实现喀斯特地区复杂山地地形坡长的测量，具有精度高、轻便、快捷、方便携带、测量计算速度快、成本相对较低等特点。

Description

一种喀斯特高原山区地形坡长测量方法及测量仪

技术领域

本发明涉及一种坡长测量方法及测量装置，尤其是一种喀斯特高原山区地形坡长测量方法及测量仪。

背景技术

目前对坡长的测量方法主要包括室内工作和野外工作两种主要办法，室内法包括：GIS软件提取法、地形图矢量绘制法等；室外方法包括全站仪测量法、皮尺测量法等。GIS软件提取法是基于DEM或数字地形图进行的，需进行地形图矢量化并生成DEM或网上直接下载DEM作为数据源，受数据精度影响，对地面实际情况的反映情况也存在差异；其次是提取方法较多，主要分为单流向提取法以及多流向提取法两大方法，均需要进行精度验证。因此，此方法受地形图或DEM精度、提取方法的影响很大，存在较多错误，需要大量的精度验证，工序繁多，耗时长。地形图矢量绘制法是先在地形图上进行绘制坡长轨迹，再进行矢量化测量其长度，但这种方法工作量巨大、耗时久，同时还受人主观影响严重，精度上也存在一定误差。全站仪测量法是通过采集水平角、垂直角和倾斜距离等三种数据通过仪器内部的中央处理器计算得出坡长。测量结果相对精确，但受天气、温度等影响较大，机器稳定性差，仪器笨重，操作繁琐且容易出故障，由于机器本身比较昂贵，因此测量成本较高。在喀斯特地貌复杂多变的情况下，工作量巨大，不适合进行大面积实地测量。皮尺测量法是利用皮尺沿坡面测量，这种方法虽然操作简单，价格便宜，但是费时费力，在喀斯特地区山高破陡的地貌下，进行大面积测量是不现实的，精度也受主观因素影响而误差巨大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简便、高效实用、测量精度高的喀斯特高原山区地形坡长测量方法及测量仪，从而克服上述现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种喀斯特高原山区地形坡长测量方法，该方法是基于假想三角形的解三角函数原理以及激光测距仪原理，将激光测距仪固定在可伸缩支撑杆上，在需要测量的坡面插入可伸缩支撑杆并使可伸缩支撑杆垂直于大地基准面，将激光测距仪瞄准目标点，此时激光测距仪、目标点以及可伸缩支撑杆底部构成一个假想三角形，三角形的其中一边为该坡面的地形坡长，通过测量激光测距仪到目标点的直线距离及角度以及可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度，根据解三角函数原理计算出该三角形的任何一条边的长度和任何一个角的角度，即可得到目标坡面的坡长长度及坡度。

上述的喀斯特高原山区地形坡长测量方法中，具体是通过激光测距仪的激光发射器向目标射出一束激光并通过激光测距仪的激光接收器接收目标反射的激光束，测定激光束从发射到接收的时间，即可测量出测距仪到目标点的直线距离及角度。

前述的喀斯特高原山区地形坡长测量方法中，优选方案是在支撑杆上安装圆形水准器，通过调整圆形水准器气泡到中间位置使支撑杆垂直于大地基准面。

一种喀斯特高原山区地形坡长测量仪，它包括激光测距仪和可伸缩支撑杆，可伸缩支撑杆由上部支撑杆和下部支撑杆嵌套组成，上部支撑杆嵌入在下部支撑杆中；激光测距仪固定在测距仪固定支架上，测距仪固定支架安装在可旋转底座上，可旋转底座连接在上部支撑杆的顶部；在上部支撑杆上安装有圆形水准器，在上部支撑杆与下部支撑杆的连接处安装有带项圈的调节钮，在下部支撑杆的底部设有固定三角锥，在上部支撑杆和下部支撑杆的表面设有刻度尺。

上述的喀斯特高原山区地形坡长测量仪中，所述的激光测距仪是由红外瞄准镜、瞄准目镜、激光接收器、激光发射器、开始按钮、电源按钮和显示屏组成。

有益效果：与现有技术相比，本发明可以完美实现喀斯特地区复杂山地地形坡长的测量，是一种高精度、轻便、快捷、方便携带的测量装置，其原理简单、测量、计算速度快，成本也相对较低。本发明专为喀斯特地貌特征设计，测量方式多样，采用可伸缩支撑杆以及可360度旋转底座设计，可以应对一切复杂地表形态，可在坡面的任意地点进行测量，特别适用于快速高效的测量峰从洼地、峰从谷地等喀斯特典型地貌的地形坡长及坡度。本发明适用于团队工作，其数据稳定，测量方法简单，计算方法稳定，可将人为干预将至最低。

本发明具有以下特点：

1、可以在坡面的任意地点（山顶、山底、山麓）进行测量，不需要长距离搬运，仪器轻巧，携带、组装方便，可调节仪器高度，适用于测量喀斯特地区山高坡陡、集中连片不易登顶的高原山地地貌。

2、采用激光测距仪作为测距装置，具有体积小、重量轻、携带方便、分辨率高、抗干扰性强等特点，可以克服因天气影响下的野外测量工作，数据稳定，测量速度快，其测量误差仅为其它光学测距仪的1/100，可测量的最大距离为800米，可在30秒之内得到测量结果，因此更适用于野外高密度测量作业。

3、仪器使用方便，操作简单，不需要多人进行操作，即使是多人操作，激光测距仪的稳定性特别是精确度也能使人为影响的误差降到最低。

附图说明

图1是本发明的测量仪结构示意图；

图2是本发明的激光测距仪左侧面结构示意图；

图3是本发明的激光测距仪正前方结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的测量原理示意图；

图5是本发明的另一个实施例的测量原理示意图；

图6是本发明的又一个实施例的测量原理示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

如图1所示，喀斯特高原山区地形坡长测量仪的构成，包括激光测距仪1和可伸缩支撑杆，所述的激光测距仪由红外瞄准镜15、瞄准目镜11、激光接收器16、激光发射器17、开始按钮13、电源按钮12和显示屏14组成。所述的可伸缩支撑杆由上部支撑杆6和下部支撑杆9嵌套组成，上部支撑杆6嵌入在下部支撑杆9中，未伸长时高度为80厘米，完全伸长时高度为140厘米；激光测距仪1固定在测距仪固定支架2上，测距仪固定支架2安装在可旋转底座3上，可旋转底座3可以360度旋转，其底部通过螺丝连接点4连接在上部支撑杆6的顶部；在上部支撑杆6上安装有圆形水准器5，用于使上部支撑杆6和下部支撑杆9垂直于地表基面，在上部支撑杆6与下部支撑杆9的连接处安装有带项圈的调节钮7，在下部支撑杆9的底部设有固定三角锥10，在上部支撑杆6和下部支撑杆9的表面设有刻度尺8，可伸缩支撑杆的实际高度为调节钮7处所示的刻度值。

本发明的测量方法及测量原理如下：基于假想三角形的解三角函数原理以及激光测距仪原理，将激光测距仪固定在可伸缩支撑杆上，在需要测量的坡面的底部、中部或山顶地面插入可伸缩支撑杆，在支撑杆上安装圆形水准器，通过调整圆形水准器气泡到中间位置，使支撑杆垂直于大地基准面。测量时，将激光测距仪瞄准目标点，此时激光测距仪、目标点以及可伸缩支撑杆底部构成一个假想三角形，该三角形的其中一边为该坡面的地形坡长长度，通过测量激光测距仪到目标点的直线距离及角度以及可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度，根据解三角函数原理计算出该三角形的任何一条边的长度和任何一个角的角度，即可得到目标坡面的坡长及坡度。激光测距仪的测距原理是通过激光测距仪的激光发射器向目标射出一束激光并通过激光测距仪的激光接收器接收目标反射的激光束，测定激光束从发射到接收的时间，即可计算出测距仪到目标点的直线距离及角度，并在激光测距仪的显示屏上显示出来。

实施例1：如图4所示，在喀斯特峰从洼地、谷底地貌下的坡底或垭口测量地形坡长长度。图中BC为本发明的测量仪。首先将测量仪的可伸缩支撑杆插入坡底地面并移动至圆形水准器的气泡居中为止，使可伸缩支撑杆垂直于大地基准面，然后固定测量仪。测量时，用激光测距仪的瞄准目镜瞄准目标点A，按下开始键进行测量可得出AB的距离a以及角度β，之后旋转激光测距仪瞄准目标点D，按下开始键进行测量，测得DB的距离c及角度θ，由于激光测距仪测得的角度β、θ只是A、D点在大地水平面的角度，因此AB边与BC边的夹角β1以及DB边与BC边的夹角θ1还需要分别加上90度，即β1=β+90，θ1=θ+90，由于BC的高度b（可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度）是确定的，因此由解三角函数原理（即已知两边及其夹角,求第三边的余弦定理）计算出AC边的长度和DC边的长度即为坡面的地形坡长长度，具体计算公式如下：AC=,DC=。

实施例2：如图5所示，在喀斯特峰从洼地、谷底等地貌下的坡顶测量地形坡长长度。图中AE为本发明的测量仪，首先将测量仪的可伸缩支撑杆插入坡顶地面并移动至圆形水准器气泡居中为止，使可伸缩支撑杆垂直于大地基准面，然后固定测量仪。测量时，用激光测距仪的瞄准目镜瞄准目标点B、C、D，按下开始键进行测量，可得出AB、AC、AD的距离以及所对应的夹角∠b、∠c、∠d，由于激光测距仪只能得出激光测距仪至目标点在大地水平面的角度，因此AB与AC边的夹角∠1等于∠b+90°-∠2；AC边与AE边的夹角∠2等于90°-∠c；AE与AD边的夹角∠3等于90°-∠d。由于AE的高度（可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度）是确定的，在确定∠1、∠2、∠3的角度后，根据解三角函数原理（即已知两边及其夹角,求第三边的余弦定理）计算出BC、EC、ED的长度即为坡面的地形坡长长度。

实施例3：如图6所示，在喀斯特峰从洼地、谷底等地貌下的坡面任意位置测量地形坡长长度。图中BC为为本发明的测量仪，首先将测量仪的可伸缩支撑杆插入坡顶地面，移动至圆形水准器气泡居中为止，使可伸缩支撑杆垂直于大地基准面，然后固定测量仪。测量时，用激光测距仪的瞄准目镜瞄准目标点A、D、E，按下开始键进行测量，可得出BA、BD、BE的距离以及所对应的夹角∠a、∠d、∠e，由于激光测距仪只能得出测距仪至目标点在大地水平面的角度，因此BE边与BD边的夹角∠7等于∠e+90°-∠4；BD边与BC边的夹角∠4等于90°-∠d；BC边与AB边的夹角∠3等于90°+∠a，由于BC的高度（可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度）是确定的，在确定∠7、∠4、∠3的角度后，根据解三角函数原理（即已知两边及其夹角,求第三边的余弦定理）计算出AC、CD、DE的长度，AC+CD、DE的长度即为坡面的地形坡长长度。

Claims (5)

1.一种喀斯特高原山区地形坡长测量方法，其特征在于：基于假想三角形的解三角函数原理以及激光测距仪原理，将激光测距仪固定在可伸缩支撑杆上，在需要测量的坡面插入可伸缩支撑杆并使可伸缩支撑杆垂直于大地基准面，将激光测距仪瞄准目标点，此时激光测距仪、目标点以及可伸缩支撑杆底部构成一个假想三角形，三角形的其中一边为该坡面的地形坡长，通过测量激光测距仪到目标点的直线距离及角度以及可伸缩支撑杆上激光测距仪距地面的垂直高度，根据解三角函数原理计算出该三角形的任何一条边的长度和任何一个角的角度，即可得到目标坡面的坡长长度及坡度。

2.根据权利要求1所述的喀斯特高原山区地形坡长测量方法，其特征在于：通过激光测距仪的激光发射器向目标射出一束激光并通过激光测距仪的激光接收器接收目标反射的激光束，测定激光束从发射到接收的时间，即可测量出测距仪到目标点的直线距离及角度。

3.根据权利要求1所述的喀斯特高原山区地形坡长测量方法，其特征在于：在支撑杆上安装圆形水准器，通过调整圆形水准器气泡到中间位置使支撑杆垂直于大地基准面。

4.一种喀斯特高原山区地形坡长测量仪，其特征在于：包括激光测距仪（1）和可伸缩支撑杆，可伸缩支撑杆由上部支撑杆（6）和下部支撑杆（9）嵌套组成，上部支撑杆（6）嵌入在下部支撑杆（9）中；激光测距仪（1）固定在测距仪固定支架（2）上，测距仪固定支架（2）安装在可旋转底座（3）上，可旋转底座（3）连接在上部支撑杆（6）的顶部；在上部支撑杆（6）上安装有圆形水准器（5），在上部支撑杆（6）与下部支撑杆（9）的连接处安装有带项圈的调节钮（7），在下部支撑杆（9）的底部设有固定三角锥（10），在上部支撑杆（6）和下部支撑杆（9）的表面设有刻度尺（8）。

5.根据权利要求4所述的喀斯特高原山区地形坡长测量仪，其特征在于：所述的激光测距仪由红外瞄准镜（15）、瞄准目镜（11）、激光接收器（16）、激光发射器（17）、开始按钮（13）、电源按钮（12）和显示屏（14）组成。