CN112082528A - 一种模型试验地形测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模型试验地形测量装置，光线发射器因重力向下旋转、旋转到最低点后使第一电路连接器和第二电路连接器相连。从而接通竖直旋转电机和水平旋转电机，使外壳水平旋转，光线发射器向上旋转。之后向上旋转到头使第一电路连接器和第三电路连接器相连，从而接通水平旋转电机，使外壳旋转，然后再因重力作用下旋，重复上述步骤直到完成对周围360°的照射。自动化程度高，且采用机械结构实现自动化，完成三维测量，成本低精度高并且使用方便。

Description

一种模型试验地形测量装置及方法

技术领域

本发明涉及地形测量领域，尤其涉及一种模型试验地形测量装置及方法。

背景技术

在研究能发生床面变形的挟沙河流的河床演变问题时，进行动床河工模型试验是重要的手段之一。在这种模型试验中，我们需要测绘河流冲刷后河床的形状，用于判定实际中河流对河床的影响。因此测量试验模型的地形是非常重要的。

现有的测量地形的仪器种类繁多，包括有水准仪、全站仪和地面三维激光扫描仪等等，这些仪器的精度有高有低，价格相差也比较大，对于测量模型地形来讲，这些仪器还存在较多的问题。比如采用水准仪测量地形，当测量复杂地形时，需要测量上百个点位，使用起来费时费力，水平面测量精度难以保证；若采用全站仪测量地形，虽然全站仪具有较高的测量精度，但是价格较高，并且也需要多次人工移动测量点，使用起来非常不方便；若采用地面三维激光扫描仪，虽然精度能够达到要求，但是价格十分昂贵，并不适合大面积使用。因此，急需要一种使用方便、精度高并且成本低的模型试验地形测量装置及方法。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种模型试验地形测量装置及方法，自动化程度高，且采用机械结构实现自动化，完成三维测量，成本低精度高并且使用方便。

为实现上述目的，本发明提供一种模型试验地形测量装置，包括固定装置、旋转装置和测量装置，所述旋转装置上端及侧边分别与所述测量装置相连、另一端与所述固定装置固定连接；所述旋转装置包括外壳、竖直旋转电机、电源、用于带动所述测量装置水平旋转的水平旋转电机，所述测量装置包括光线发射器，所述光线发射器设置在所述外壳外部，所述竖直旋转电机设置在所述外壳内部，并用于控制所述光线发射器在垂直平面内旋转，所述光线发射器上设置有第一电路连接器，所述外壳上设置有第二电路连接器和第三电路连接器，所述第二电路连接器连接所述竖直旋转电机、水平旋转电机和电源，形成第一控制回路，所述第三电路连接器连接所述水平旋转电机和电源，形成第二控制回路；所述第二电路连接器与所述第一电路连接器的最低旋转位置相同，所述第三电路连接器与所述第一电路连接器的最高旋转位置相同；所述光线发射器在垂直平面内旋转进而带动所述第一电路连接器旋转，所述第一电路连接器与所述第二电路连接器连接，进而第一控制回路导通；所述光线发射器上旋直到所述第一电路连接器与所述第三电路连接器相连，进而第二控制回路导通。能够使光线发射器因重力向下旋转、旋转到最低点后迅速水平旋转同时向上旋转90度，使第一电路连接器和第三电路连接器相连，再接通水平旋转电机，从而使外壳快速旋转固定小角度，然后再因重力作用下旋，重复上述步骤直到完成对周围360°的照射。自动化程度高，且采用机械结构实现自动化，完成三维测量，成本低精度高并且使用方便。

优选的，所述固定装置上设置有水平校准旋钮和水平气泡显示盘，所述水平校准旋钮用于调节所述水平气泡显示盘中的气泡位置，进而对所述旋转装置和测量装置水平度进行调节。

优选的，所述测量装置还包括旋转环，所述外壳上设置有两个固定圆孔，所述旋转环为优弧环状结构，且所述旋转环的两端分别穿过所述两个固定圆孔并与所述竖直旋转电机连接，所述旋转环上固定有所述光线发射器。

优选的，所述测量装置上设置有参考板，所述参考板上设置有多个参考点，所述参考板上设置有参考点的一面与所述光线发射器的旋转面设置在同一平面内，所述参考板与外壳上端固定连接。

优选的，所述参考点的数量为4个，且均与所述参考板的颜色不同，分别设置在所述参考板的四边。

优选的，所述外壳上还垂直设置有水平挡板，所述水平挡板设置在所述光线发射器的上方，用于阻挡所述光线发射器上旋，并使所述第一电路连接器和第三电路连接器相连，接通所述水平旋转电机，第二控制回路导通。

优选的，所述固定装置为三脚支架。

还提供一种模型试验地形测量方法，包括上述的测量装置，包括以下步骤：

S1：放置固定装置到测量点位置；

S2：安装测量装置到固定装置上；

S3：对测量装置进行水平校准；

S4：水平放置光线发射器，并打开外部摄像机，且外部摄像机垂直于参考板进行拍摄，夹角不大于45度；

S5：光线发射器在重力作用下下旋，并对垂直平面内的模型进行照射；

S6：第一电路连接器与第二电路连接器连接，进而电源与水平旋转电机和竖直旋转电机连接，从而使光线发射器能较缓地在竖直平面向上旋转，外壳则快速水平旋转，上升到第一电路连接器与第三电路连接器连接，进而电源与水平旋转电机连接，外壳迅速水平旋转；

S7：重复步骤S5和S6直到水平旋转360°，对垂直平面内的模型进行照射；

S8：将外部相机拍摄的视频进行软件处理得到真实的三维地形图。

优选的，将参考板固定到与光线发射器的光线平行位置。

优选的，所述步骤S3包括调整水平校准旋钮，使气泡居中，将测量装置调到水平位置。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供一种模型试验地形测量装置，包括固定装置、旋转装置和测量装置，旋转装置上端及侧边分别与测量装置相连、另一端与固定装置固定连接；旋转装置包括外壳、竖直旋转电机、电源、用于带动测量装置水平旋转的水平旋转电机，测量装置包括光线发射器，光线发射器设置在外壳外部，竖直旋转电机设置在外壳内部，并用于控制光线发射器在垂直平面内旋转，光线发射器上设置有第一电路连接器，外壳上设置有第二电路连接器和第三电路连接器，第二电路连接器连接竖直旋转电机、水平旋转电机和电源，形成第一控制回路，第三电路连接器连接水平旋转电机和电源，形成第二控制回路；第二电路连接器与第一电路连接器的最低旋转位置相同，第三电路连接器与第一电路连接器的最高旋转位置相同；光线发射器在垂直平面内旋转进而带动第一电路连接器旋转，第一电路连接器与第二电路连接器连接，进而第一控制回路导通；光线发射器上旋直到第一电路连接器与第三电路连接器相连，进而第二控制回路导通。能够使光线发射器因重力向下旋转、旋转到最低点后迅速水平旋转同时向上旋转90度，使第一电路连接器和第三电路连接器相连，再接通水平旋转电机，从而使外壳快速旋转固定小角度，然后再因重力作用下旋，重复上述步骤直到完成对周围360°的照射。自动化程度高，且采用机械结构实现自动化，完成三维测量，成本低精度高并且使用方便。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的正视图；

图4为本发明的剖面图；

图5为本发明的方法步骤图。

元素符号说明：1、固定装置；2、水平旋转电机；3、水平气泡显示盘；4、测量装置；5、参考板；31、气泡；41、旋转环；42、光线发射器；43、第一电路连接器；44、第二电路连接器；45、电源；46、竖直旋转电机；47、第三电路连接器。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

实施例1：请参阅图1至图4，本实施例的一种模型试验地形测量装置，包括固定装置、旋转装置和测量装置，所述旋转装置上端及侧边分别与所述测量装置相连、另一端与所述固定装置固定连接；所述旋转装置包括外壳、竖直旋转电机、电源、用于带动所述测量装置水平旋转的水平旋转电机，所述测量装置包括光线发射器，所述光线发射器设置在所述外壳外部，所述竖直旋转电机设置在所述外壳内部，并用于控制所述光线发射器在垂直平面内旋转，所述光线发射器上设置有第一电路连接器，所述外壳上设置有第二电路连接器和第三电路连接器，所述第二电路连接器连接所述竖直旋转电机、水平旋转电机和电源，形成第一控制回路，所述第三电路连接器连接所述水平旋转电机和电源，形成第二控制回路；所述第二电路连接器与所述第一电路连接器的最低旋转位置相同，所述第三电路连接器与所述第一电路连接器的最高旋转位置相同；所述光线发射器在垂直平面内旋转进而带动所述第一电路连接器旋转，所述第一电路连接器与所述第二电路连接器连接，进而第一控制回路导通；所述光线发射器上旋直到所述第一电路连接器与所述第三电路连接器相连，进而第二控制回路导通。能够使光线发射器因重力向下旋转、旋转到最低点后迅速水平旋转同时向上旋转90度，使第一电路连接器和第三电路连接器相连，再接通水平旋转电机，从而使外壳快速旋转固定小角度，然后再因重力作用下旋，重复上述步骤直到完成对周围360°的照射。自动化程度高，且采用机械结构实现自动化，完成三维测量，成本低精度高并且使用方便。

实施例2：本实施例的固定装置1上设置有水平校准旋钮和水平气泡显示盘3，水平校准旋钮用于调节水平气泡显示盘3中的气泡31位置，进而对旋转装置和测量装置4水平度进行调节。本实施例的测量装置4还包括旋转环41，外壳上设置有两个固定圆孔，旋转环41为优弧环状结构，且旋转环41的两端分别穿过两个固定圆孔并与竖直旋转电机46连接，旋转环41上固定有光线发射器42。本实施例的测量装置4上设置有参考板5，参考板5上设置有多个参考点，参考板5设置有参考点的一面与光线发射器42的旋转面设置在同一平面内，参考板5与外壳上端固定连接。本实施例的参考点的数量为4个，且均与参考板5的颜色不同，分别设置在参考板5的四边。本实施例的外壳上还垂直设置有水平挡板，水平挡板设置在光线发射器42的上方，用于阻挡光线发射器42上旋，并使第一电路连接器43和第三电路连接器相连，接通水平旋转电机2，第二控制回路导通。并使第一电路连接器和第三电路连接器相连，接通水平旋转电机，第二控制回路导通，本实施例的固定装置1为三脚支架。

实施例3：本实施例的模型试验地形测量方法，包括上述的测量装置4，包括以下步骤：S1：放置固定装置1到测量点位置；S2：安装测量装置4到固定装置1上；S3：对测量装置4进行水平校准；S4：水平放置光线发射器42，并打开外部摄像机，且外部摄像机垂直于参考板5进行拍摄，夹角不大于45度；S5：光线发射器42在重力作用下下旋，并对垂直平面内的模型进行照射；S6：第一电路连接器43与第二电路连接器44连接，进而电源45与水平旋转电机2和竖直旋转电机46连接，从而使光线发射器42能较缓地在竖直平面向上旋转，外壳则快速水平旋转，上升到第一电路连接器43与第三电路连接器连接，进而电源与水平旋转电机连接，外壳迅速水平旋转；S7：重复步骤S5和S6直到水平旋转360°，对垂直平面内的模型进行照射；S8：将外部相机拍摄的视频进行软件处理得到真实的三维地形图。本实施例的步骤S2包括，将参考板5固定到与光线发射器42的光线平行位置。本实施例的步骤S3包括调整水平校准旋钮，使气泡31居中，将测量装置4调到水平位置。

首先根据模型试验场地布置，将测量装置4放置在指定位置，尽量将测量装置4放在模型场地中间位置的一侧，以减少总体的测量误差。可以将测量装置4架到合适位置，以增大测量范围。同时在模型上放置模型参考板5，用于后期定位处理。然后调整校准旋钮，使气泡31居中，将测量装置4调整到水平位置，确保绿色参考点相对位置在图像中可用。在开始测量前阳光照射到参考板5上四个绿色参考点，同时打开红色光线发射器42，将红色光线发射器42趋近于水平放置，打开摄影机如图2所示，摄像机拍摄方向应尽量垂直参考板5。测量时放开红色光线发射器42，同时摄像机开始拍摄。由于重力作用光线发射器42向下旋转，红色光线发射器42发射红色光线照射到模型表面，直到两个接触点相连。当两个接触点接触后，便会接通电源45，使水平转轴在水平转机帮助下开始转动，竖直转轴在竖直转机帮助下开始转动。在短暂的接触后，竖直转轴向上转动，再次将红色光线照射到模型表面，直到灯碰到水平挡板。之后按照之前所述进行重复操作，直到照射完整个模型试验场地。将所拍摄的视频放入到视频提取地形坐标软件V1.0，经过透射变换处理。得到模型试验场地相对坐标。然后可通过ArcMap、Tecplot等软件进行边界裁剪处理，原点定位等后得到真实的三维地形图。本实施例的硬件成本低，价格优势明显，操作方便，节约人力，自动化程度高，并且在小地形测量上，可以满足正常精度；本实施例可以测量模型试验场地地形、模型试验河床形状和小范围的三维空间地形。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模型试验地形测量装置，其特征在于，包括固定装置、旋转装置和测量装置，所述旋转装置上端及侧边分别与所述测量装置相连、另一端与所述固定装置固定连接；所述旋转装置包括外壳、竖直旋转电机、电源、用于带动所述测量装置水平旋转的水平旋转电机，所述测量装置包括光线发射器，所述光线发射器设置在所述外壳外部，所述竖直旋转电机设置在所述外壳内部，并用于控制所述光线发射器在垂直平面内旋转，所述光线发射器上设置有第一电路连接器，所述外壳上设置有第二电路连接器和第三电路连接器，所述第二电路连接器连接所述竖直旋转电机、水平旋转电机和电源，形成第一控制回路，所述第三电路连接器连接所述水平旋转电机和电源，形成第二控制回路；所述第二电路连接器与所述第一电路连接器的最低旋转位置相同，所述第三电路连接器与所述第一电路连接器的最高旋转位置相同；所述光线发射器在垂直平面内旋转进而带动所述第一电路连接器旋转，所述第一电路连接器与所述第二电路连接器连接，进而第一控制回路导通；所述光线发射器上旋直到所述第一电路连接器与所述第三电路连接器相连，进而第二控制回路导通。

2.根据权利要求1所述的模型试验地形测量装置，其特征在于，所述固定装置上设置有水平校准旋钮和水平气泡显示盘，所述水平校准旋钮用于调节所述水平气泡显示盘中的气泡位置，进而对所述旋转装置和测量装置水平度进行调节。

3.根据权利要求1所述的模型试验地形测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括旋转环，所述外壳上设置有两个固定圆孔，所述旋转环为优弧环状结构，且所述旋转环的两端分别穿过所述两个固定圆孔并与所述竖直旋转电机连接，所述旋转环上固定有所述光线发射器。

4.根据权利要求1所述的模型试验地形测量装置，其特征在于，所述测量装置上设置有参考板，所述参考板上设置有多个参考点，所述参考板上设置有参考点的一面与所述光线发射器的旋转面设置在同一平面内，所述参考板与外壳上端固定连接。

5.根据权利要求4所述的模型试验地形测量装置，其特征在于，所述参考点的数量为4个，且均与所述参考板的颜色不同，分别设置在所述参考板的四边。

6.根据权利要求1所述的模型试验地形测量装置，其特征在于，所述外壳上还垂直设置有水平挡板，所述水平挡板设置在所述光线发射器的上方，用于阻挡所述光线发射器上旋，并使所述第一电路连接器和第三电路连接器相连，接通所述水平旋转电机，第二控制回路导通。

7.根据权利要求1所述的模型试验地形测量装置，其特征在于，所述固定装置为三脚支架。

8.一种模型试验地形测量方法，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的测量装置，包括以下步骤：

S1：放置固定装置到测量点位置；

S2：安装测量装置到固定装置上；

S3：对测量装置进行水平校准；

S4：趋近水平放置光线发射器，并打开外部摄像机，且外部摄像机垂直于参考板进行拍摄，夹角不大于45度；

S5：光线发射器在重力作用下下旋，并对垂直平面内的模型进行照射；

S6：第一电路连接器与第二电路连接器连接，进而电源与水平旋转电机和竖直旋转电机连接，从而使光线发射器能较缓地在竖直平面向上旋转，外壳则快速水平旋转，上升到第一电路连接器与第三电路连接器连接，进而电源与水平旋转电机连接，外壳迅速水平旋转；

S7：重复步骤S5和S6直到水平旋转360°，对垂直平面内的模型进行照射；

S8：将外部相机拍摄的视频进行软件处理得到真实的三维地形图。

9.根据权利要求8所述的模型试验地形测量方法，其特征在于，将参考板固定到与光线发射器的光线平行位置。

10.根据权利要求8所述的模型试验地形测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括调整水平校准旋钮，使气泡居中，将测量装置调到水平位置。

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