CN108877449B - 一种基于地质构造“v”字型法则的演示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置及方法，演示装置包括箱体、置于箱体内的块体、安装于箱体内的测量相机和电脑主机，以及置于箱体外的显示屏；块体的四个侧面底部上安装有轨道，在轨道上安装有两个滑轮；在块体的表面上设置弹性绳索，且其两端分别连接在一滑轮上，通过弹性绳索拉动两个滑轮滑动，以改变弹性绳索在块体上的位置；在弹性绳索上安装有若干个位置传感器，用于实时记录弹性绳索的位置；位置传感器、显示屏和测量相机均通过数据线与电脑主机进行连接，以分别实现其与电脑主机之间的数据传输。本发明结构简单、制作快捷方便，可以动态演示“V”字型法则的“相反相同”、“相同相反”以及“相同相同”的不同适用情况。

Description

一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置及方法

技术领域

本发明涉及教具技术领域，尤其涉及一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置及方法。

背景技术

“V”字型法则，其本质是地质界线与地形等高线之间在平面地质图上的关系规律：当地面起伏时，倾斜岩层露头呈弯曲条带状分布，其界线与地形等高线交切，表现在岩层界线穿越沟谷或山脊时，均成“V”字形展布，它们与地形等高线的弯曲保持一定几何关系，称“V”字形法则。“V”字形法则在地质中应用广泛，作为地质工作者，“V”字形法则是参加地质填图所必须掌握的基本方法。

在授课过程中，学生很难建立起空间概念，不知道如何根据野外具体地质现象，灵活正确勾绘地质界线，在地质平面图上准确体现地质界线与地形等高线之间的关系，这增加了教师的教学难度，也影响到教学进度。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置，可以动态演示“V”字型法则的“相反相同”、“相同相反”以及“相同相同”的不同适用情况，在地质平面图上准确体现地质界线与地形等高线之间的关系。

为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置，所述演示装置包括箱体、置于所述箱体内的块体、安装于所述箱体内的测量相机和电脑主机，以及置于所述箱体外的显示屏；

所述块体的四个侧面底部上安装有轨道，在所述轨道上安装有两个滑轮；在所述块体的表面上设置弹性绳索，且其两端分别连接在一滑轮上，由此通过所述弹性绳索拉动两个滑轮滑动，以改变所述弹性绳索在所述块体上的位置；

在所述弹性绳索上安装有若干个位置传感器，用于实时记录所述弹性绳索的位置，并将其记录的位置数据传输给所述电脑主机，所述电脑主机根据位置数据生成地质界线；

所述测量相机位于所述箱体的内部高处，用于拍摄整个块体的影像，并将其采集的影像数据传输给所述电脑主机，所述电脑主机对所述块体的影像数据进行测量，并建立所述块体的数字高程模型，进行处理后生成地形等高线；

所述电脑主机将生成的包含所述地质界线和地形等高线的平面地形图传输给所述显示屏进行显示。

进一步地，所述箱体为设有内部空间的立方体结构。

进一步地，所述块体为一单斜构造体，其包括：底面，其为平面，用以稳定置于所述箱体的内部，第一侧面，其为平面，且与底面垂直，以模拟地质学上的陡崖地质构造特征；第二侧面，其为凸起面，且与第一侧面相对，以模拟地质学上的山脊地质构造特征。

进一步地，所述块体还包括第三侧面和第四侧面，第三侧面和第四侧面分别位于第一侧面的两侧，且第三侧面分别与第一侧面、第二侧面连接，第四侧面分别与第一侧面、第二侧面连接。

进一步地，在所述块体的第三侧面和第四侧面上安装的轨道互相平行。

进一步地，在所述弹性绳索贴近所述块体的内表面上涂防滑剂来进行防滑处理，以防止其在所述块体的表面上随意滑动。

进一步地，所述演示装置还包括与所述显示屏连接的功能按键，用于移动、放大或缩小所述显示屏上的平面地形图或者开关所述电脑主机。

进一步地，所述位置传感器、显示屏和测量相机分别通过数据线与所述电脑主机进行连接，以分别实现其与所述电脑主机之间的数据传输。

进一步地，所述演示装置可通过所述弹性绳索和块体来分别对应代表地质界线和地形等高线，基于地质界线和地形等高线的不同关系规律来分别演示“V”字型法则的“相反相同”、“相同相反”以及“相同相同”的不同适用情况。

为实现上述目的，本发明采用了另一种技术方案：一种利用上述任一项所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置进行演示的方法，包括如下步骤：

步骤S1：安装演示装置：在所述块体的四个侧面底部上安装所述轨道，在和与底面垂直的侧面相邻的两个侧面上的轨道各安装一个滑轮，在所述块体的表面上设置弹性绳索，并所述弹性绳索的两端分别连接在两个滑轮上，在所述弹性绳索上安装若干个位置传感器，将所述块体置于所述箱体中，并在所述箱体内安装所述测量相机和电脑主机，将所述位置传感器、测量相机和显示屏分别通过所述数据线与所述电脑主机连接；

步骤S2：捕捉块体的影像：通过所述测量相机捕捉所述块体的影像，并将其捕捉的影像传输给所述电脑主机；

步骤S3：获取弹性绳索的位置：通过所述弹性绳索拉动所述滑轮滑动以改变所述弹性绳索在块体上的位置，同时通过所述位置传感器记录所述弹性绳索的不同位置，并将其记录的位置数据传输给所述电脑主机；

步骤S4：生成平面地形图：所述电脑主机对所述块体的影像进行测量，并建立所述块体的数字高程模型，生成所述地形等高线；所述电脑主机对所述弹性绳索的不同位置数据进行处理，以生成所述地质界线；

步骤S5：显示平面地形图：所述电脑主机将生成的包含所述地质界线和地形等高线的平面地形图传输给所述显示屏进行显示。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明的演示装置结构简单、制作快捷方便、演示效果好；(2)采用了轨道和滑轮，只需通过在块体上的弹性绳索拉动滑轮滑动，便可轻松展示岩层倾向与地面坡向的相互关系；(3)结合立体和平面图，能灵活准确地勾绘出地质界线，在地质平面图上准确体现地质界线与地形等高线之间的关系。

附图说明

图1是本发明的基于地质构造“V”字型法则的演示装置的结构示意图；

图2是本发明的基于地质构造“V”字型法则的演示装置的块体结构示意图；

图3是本发明的基于地质构造“V”字型法则的演示装置的块体剖面示意图一；

图4是本发明的基于地质构造“V”字型法则的演示装置的块体剖面示意图二；

图5是本发明的基于地质构造“V”字型法则的演示装置的块体剖面示意图三；

图6是本发明的地质平面图上地质界线与地形等高线之间的关系效果示意图；

图7是本发明的基于地质构造“V”字型法则的演示装置的实施方法流程图。

图中：1-箱体，2-块体，3-轨道，4-滑轮，5-位置传感器，6-数据线，7-弹性绳索，8-显示屏，9-地形等高线，10-地质界线，11-功能按键，12-测量相机，13-电脑主机，21-底面，22-第一侧面，23-第二侧面，24-第三侧面，25-第四侧面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

如图1所示的是一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置，所述演示装置包括箱体1、置于所述箱体1内的块体2、安装于所述箱体1内的测量相机12和电脑主机13、置于所述箱体1外的显示屏8以及与所述显示屏8连接的功能按键11。

所述箱体1设有内部空间，优选的，所述箱体1为立方体结构。所述块体2为一单斜构造体，用于模拟地质岩体；如图2所示，所述块体2包括底面21、第一侧面22、第二侧面23、第三侧面24和第四侧面25，其底面21为平面，用以稳定置于所述箱体1的内部，所述块体2的第一侧面22为平面，且与底面21垂直，以模拟地质学上的陡崖地质构造特征；所述块体2的第二侧面23为凸起面，且与第一侧面22相对，所述块体2的第二侧面23与地形曲面一致，以模拟地质学上的山脊地质构造特征；所述块体2的第三侧面24和第四侧面25分别位于第一侧面22(或第二侧面23)的两侧，且第三侧面24分别与第一侧面22、第二侧面23连接，第四侧面25分别与第一侧面22、第二侧面23连接，底面21均与第一侧面22、第二侧面23、第三侧面24、第四侧面25连接以形成封闭的所述块体2。在所述块体2的四个侧面的底部(也即第一侧面22、第二侧面23、第三侧面24和第四侧面25的底部)上安装有轨道3，其中位于第三侧面24和第四侧面25上的轨道3互相平行，并在所述轨道3上安装两个滑轮4，两个滑轮4的位置相对。

在所述块体2的表面上设置弹性绳索7，所述弹性绳索7作为岩层露头线在地质岩体表面的体现，例如，所述弹性绳索7为橡皮筋。所述弹性绳索7进行防滑处理，例如，在所述弹性绳索7贴近所述块体2的内表面上涂防滑剂，以防止其在所述块体2的表面上随意滑动。所述弹性绳索7的两端分别连接在两个滑轮4上，可通过所述弹性绳索7拉动两个滑轮4滑动，两侧的两个滑轮4可以沿着所述轨道3自由滑动，因此所述弹性绳索7可设在所述块体2的表面上的不同位置，即代表岩层倾向与地面坡向的不同位置关系。

在所述弹性绳索7上安装有若干个位置传感器5，用于实时记录所述弹性绳索7的位置，所述位置传感器5记录的位置数据可传输给所述电脑主机13，由所述电脑主机13处理后显示岩层界线图(参见图2中的地质界线10)。所述测量相机12位于所述箱体1的内部高处，可以拍摄整个块体2的影像，所述测量相机12将其采集的影像数据传输给所述电脑主机13，由所述电脑主机13对所述块体2的影像进行测量并建立所述块体2的数字高程模型，进行处理后生成地形等高线图(参见图2中的地形等高线9)，并在所述显示屏8上显示所述地质界线10与地形等高线9之间在平面地质图上的关系规律。所述功能按键11用于移动、放大或缩小所述显示屏8上的平面地形图或者开关所述电脑主机12。

所述位置传感器5、显示屏8和测量相机12均通过数据线6与所述电脑主机13进行连接，以分别实现其与所述电脑主机13之间的数据传输。所述电脑主机13基于接收的由所述位置传感器5传输的位置数据，经所述电脑主机13处理后生成所述地质界线10。所述电脑主机13基于接收的由所述测量相机12传输的影像数据进行测量，并建立所述块体2的数字高程模型，生成所述地形等高线图9，并将其传输给所述显示屏8，以显示所述地质界线10与地形等高线9之间在平面地质图上的关系规律。

如图3所示，所述弹性绳索7和块体2的倾向相同，但所述弹性绳索7的倾角α2大于所述块体2的倾角α1，反映到图6模拟的地质情况为，当岩层倾向(即所述弹性绳索7的倾向)与地面坡向(即所述块体2的倾向)相同，且岩层倾角(即所述弹性绳索7的倾角α2)大于地面坡度角(所述弹性块体2的倾角α1)时，岩层界线与地形等高线成相反的方向弯曲，此时所述地质界线10和等高线9成相反的方向弯曲，简称“相同相反”。图4所示的是“相反相同”，所述弹性绳索7和块体2的倾向相反，且所述弹性绳索7的倾角α2小于所述块体2的倾角α1。图5所示的是“相同相同”，所述弹性绳索7和块体2的倾向相同，且所述弹性绳索7的倾角α2小于所述块体2的倾角α1。本发明在教学过程中可以直观演示岩层倾向与地面坡向的相互关系。

如图7所示，本发明的演示装置实施的具体实施方式如下：

步骤S1：安装演示装置：在所述块体2的四个侧面底部上安装所述轨道3，在和与底面垂直的侧面相邻的两个侧面上的轨道3上各安装一个滑轮4，在所述块体2的表面上设置弹性绳索7，并所述弹性绳索7的两端分别连接在两个滑轮4上，在所述弹性绳索7上安装若干个位置传感器5，将所述块体2置于所述箱体1中，并在所述箱体1内安装所述测量相机12和电脑主机13，将所述位置传感器5、测量相机12和显示屏8分别通过所述数据线6与所述电脑主机13连接；

步骤S2：捕捉块体的影像：通过所述测量相机12捕捉所述块体2的影像，并将其捕捉的影像传输给所述电脑主机13；

步骤S3：获取弹性绳索的位置：通过所述弹性绳索7拉动所述滑轮4滑动以改变所述弹性绳索7在所述块体2上的位置，同时通过所述位置传感器5记录所述弹性绳索7的不同位置，并将其记录的位置数据传输给所述电脑主机13；

步骤S4：生成平面地形图：所述电脑主机13对所述块体2的影像进行测量，并建立所述块体2的数字高程模型，生成所述地形等高线9；所述电脑主机13对所述弹性绳索7的不同位置数据进行处理，以生成所述地质界线10；

步骤S5：显示平面地形图：所述电脑主机13将生成的包含所述地质界线10和地形等高线9的平面地形图传输给所述显示屏8进行显示，并通过所述功能按键11对所述平面地形图进行移动、放大或缩小等。

本发明实施方案中的关键点：

1、弹性绳索进行防滑处理，可以防止弹性绳索在块体上随意滑动；

2、箱体与块体相对位置合理，量测相机可以全方位捕捉块体的影像；

3、块体倾角合理，可以满足弹性绳索倾角大于、小于块体的倾角。

本发明的演示装置可以动态演示“V”字型法则的“相反相同”、“相同相反”以及“相同相同”的不同适用情况。即当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层界线与地形等高线的弯曲方向一致，但岩层界线的弯曲度总是比等高线弯曲度小，简称“相反相同”。当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡度角时，岩层界线与地形等高线成相反的方向弯曲，简称“相同相反”。当岩层倾向与地面坡向相同，岩层倾角小于地面坡度角时，岩层露头界线与地形等高线的弯曲方向也是相同的，但岩层界线的弯曲度总是比等高线弯曲度大，简称“相同相同”。教师授课过程中演示本发明的演示装置，通过立体与平面图的结合，可以让学生建立起空间概念，在生产实践地质填图教学中，能够根据野外具体地质现象，灵活正确勾绘地质界线，在地质平面图上准确体现地质界线与地形等高线之间的关系。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明的演示装置结构简单、制作快捷方便、演示效果好；(2)采用了轨道和滑轮，只需通过在块体上的弹性绳索拉动滑轮滑动，便可轻松展示岩层倾向与地面坡向的相互关系；(3)结合立体和平面图，能灵活准确地勾绘出地质界线，在地质平面图上准确体现地质界线与地形等高线之间的关系。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于地质构造“V”字型法则的演示装置，其特征在于：所述演示装置包括箱体、置于所述箱体内的块体、安装于所述箱体内的测量相机和电脑主机，以及置于所述箱体外的显示屏；

所述块体的四个侧面底部上安装有轨道，在所述轨道上安装有两个滑轮；在所述块体的表面上设置弹性绳索，且其两端分别连接在一滑轮上，由此通过所述弹性绳索拉动两个滑轮滑动，以改变所述弹性绳索在所述块体上的位置；

在所述弹性绳索上安装有若干个位置传感器，用于实时记录所述弹性绳索的位置，并将其记录的位置数据传输给所述电脑主机，所述电脑主机根据位置数据生成地质界线；

所述测量相机位于所述箱体的内部高处，用于拍摄整个块体的影像，并将其采集的影像数据传输给所述电脑主机，所述电脑主机对所述块体的影像数据进行测量，并建立所述块体的数字高程模型，进行处理后生成地形等高线；

所述电脑主机将生成的包含所述地质界线和地形等高线的平面地形图传输给所述显示屏进行显示；

所述箱体为设有内部空间的立方体结构；

所述块体为一单斜构造体，其包括：底面，其为平面，用以稳定置于所述箱体的内部，第一侧面，其为平面，且与底面垂直，以模拟地质学上的陡崖地质构造特征；第二侧面，其为凸起面，且与第一侧面相对，以模拟地质学上的山脊地质构造特征；

在所述弹性绳索贴近所述块体的内表面上涂防滑剂来进行防滑处理，以防止其在所述块体的表面上随意滑动。

2.根据权利要求1所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置，其特征在于：所述块体还包括第三侧面和第四侧面，第三侧面和第四侧面分别位于第一侧面的两侧，且第三侧面分别与第一侧面、第二侧面连接，第四侧面分别与第一侧面、第二侧面连接。

3.根据权利要求2所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置，其特征在于：在所述块体的第三侧面和第四侧面上安装的轨道互相平行。

4.根据权利要求1所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置，其特征在于：所述演示装置还包括与所述显示屏连接的功能按键，用于移动、放大或缩小所述显示屏上的平面地形图或者开关所述电脑主机。

5.根据权利要求1所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置，其特征在于：所述位置传感器、显示屏和测量相机分别通过数据线与所述电脑主机进行连接，以分别实现其与所述电脑主机之间的数据传输。

6.根据权利要求1所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置，其特征在于：所述演示装置可通过所述弹性绳索和块体来分别对应代表地质界线和地形等高线，基于地质界线和地形等高线的不同关系规律来分别演示“V”字型法则的“相反相同”、“相同相反”以及“相同相同”的不同适用情况。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的基于地质构造“V”字型法则的演示装置进行演示的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：安装演示装置：在所述块体的四个侧面底部上安装所述轨道，在和与底面垂直的侧面相邻的两个侧面上的轨道各安装一个滑轮，在所述块体的表面上设置弹性绳索，并所述弹性绳索的两端分别连接在两个滑轮上，在所述弹性绳索上安装若干个位置传感器，将所述块体置于所述箱体中，并在所述箱体内安装所述测量相机和电脑主机，将所述位置传感器、测量相机和显示屏分别通过数据线与所述电脑主机连接；

步骤S2：捕捉块体的影像：通过所述测量相机捕捉所述块体的影像，并将其捕捉的影像传输给所述电脑主机；

步骤S3：获取弹性绳索的位置：通过所述弹性绳索拉动所述滑轮滑动以改变所述弹性绳索在块体上的位置，同时通过所述位置传感器记录所述弹性绳索的不同位置，并将其记录的位置数据传输给所述电脑主机；

步骤S4：生成平面地形图：所述电脑主机对所述块体的影像进行测量，并建立所述块体的数字高程模型，生成所述地形等高线；所述电脑主机对所述弹性绳索的不同位置数据进行处理，以生成所述地质界线；

步骤S5：显示平面地形图：所述电脑主机将生成的包含所述地质界线和地形等高线的平面地形图传输给所述显示屏进行显示。