CN113899428B - 一种河道水面高程及平面坐标的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种河道水面高程及平面坐标的测量装置及方法。该装置包括：RTK对中杆；角度测量仪沿所述RTK对中杆的长度方向位置可调地连接在所述RTK对中杆上；折叠式悬挑支架设置在所述角度测量仪上；卷绕筒可转动地设置在所述折叠式悬挑支架上，并且，所述卷绕筒上绕设有铅垂浮尺。本发明通过RTK对中杆进行插固以采用GIS技术获取插固点及其坐标，确保精确定位；通过角度测量仪带动折叠式悬挑支架进行高度调节和旋转，以使铅垂浮尺的悬臂端铅锤至至河道水面待测点处，采用GIS技术、水准测量原理及全站仪角度测量原理相结合对水位数据量测；折叠式悬挑支架可伸缩折叠，易携带，可随时随地进行测量。

Description

一种河道水面高程及平面坐标的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及河道测量技术领域，具体而言，涉及一种河道水面高程及平面坐标的测量装置及方法。

背景技术

在目前我国的工业与民用建设中，水位量测是指对水体自由表面位置的测定，是水工、河工、港工试验中重要量测项目之一。水位量测往往要与基准面的高程相联系，对量测仪器的准确度和长期稳定性有较高的要求。现代的水工试验中，水位的量测都采用电脑对水面量测的数据进行集中采集和数据处理。数据成果易受外界干扰，操作设备繁琐，施工进度慢，不能满足现代建筑施工的需要。如采用智能流量计、超声波传感器等设备，智能流量计量测时会受到静电和电磁波的干扰，信号传输线不宜过长等因素；超声波传感器易受温度、气体等环境的影响。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种河道水面高程及平面坐标的测量装置及方法，旨在解决现有水位量测受外界干扰导致数据不准确的问题。

一方面，本发明提出了一种河道水面高程及平面坐标的测量装置，该测量装置包括：RTK对中杆，用于插固在地面上；角度测量仪，沿所述RTK对中杆的长度方向位置可调地连接在所述RTK对中杆上；折叠式悬挑支架，设置在所述角度测量仪上，所述角度测量仪用于带动所述折叠式悬挑支架绕所述RTK对中杆的轴线转动，并获取转动角度，进而结合所述RTK对中杆插固点的位置坐标计算河道水面待测点的平面坐标；卷绕筒，可转动地设置在所述折叠式悬挑支架上，并且，所述卷绕筒上绕设有铅垂浮尺，所述折叠式悬挑支架用于对所述铅垂浮尺进行水平支撑，所述铅垂浮尺用于铺设所述折叠式悬挑支架的水平顶壁上并自所述折叠式悬挑支架的悬臂端下垂，铅锤至河道水面待测点处，以获取所述折叠式悬挑支架至河道水面的高度，进而计算河道水面高程。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述折叠式悬挑支架包括：支撑滑槽，所述支撑滑槽的固定端设置在所述角度测量仪上，并且，所述支撑滑槽的固定端设有固定杆；折叠式支撑杆，两端分别可转动地连接在所述支撑滑槽的自由端和所述固定杆上，用于对所述支撑滑槽进行支撑；伸缩式拉伸杆，一端可转动地连接在所述支撑滑槽上，另一端可转动地连接在所述折叠式支撑杆上，用于施加拉力至所述折叠式支撑杆，以使所述折叠式支撑杆折叠，进而使得所述支撑滑槽折叠，或施加支撑力至所述折叠式支撑杆，以使所述折叠式支撑杆展开以对所述支撑滑槽进行支撑，使得所述支撑滑槽水平设置，以对所述铅垂浮尺进行水平支撑和导向。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述折叠式支撑杆包括：第一支杆，第一端可转动地连接在所述固定杆的底端上；第二支杆，第三端与所述第一支杆的第二端可转动地相连接，第四端与所述支撑滑槽的自由端可转动地相连接。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述支撑滑槽为伸缩式滑槽，其上设有伸缩长度刻度，用于显示所述卷绕筒至所述伸缩式滑槽的自由端的距离，以显示所述铅垂浮尺支撑在所述伸缩式滑槽上的长度；所述折叠式支撑杆的第二支杆为伸缩支杆，用于随所述支撑滑槽的伸缩进行长度调整，以使所述支撑滑槽水平设置。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述铅垂浮尺包括：柔性套管；垂线，设置在所述柔性套管的内部；锤球，设置在所述柔性套管和所述垂线的底端，以施加作用力至所述柔性套管和所述垂线上，以使所述柔性套管和所述垂线呈铅锤状态；浮漂，设置在所述柔性套管内，并在自由状态下位于所述柔性套管的底端，所述柔性套管上设有入水口，以使所述浮漂在所述锤球伸入水面下时浮在水面，进而通过所述浮漂随水面上浮的距离确定所述锤球伸入水面以下的深度，从而计算河道水面高程。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述柔性套管上设有刻度，用于显示所述浮漂自由状态下的位置和在所述锤球伸入水面下时所述浮漂的位置，进而计算所述浮漂上浮的距离，还用于显示所述柔性套管自所述卷绕筒上放出的放绳长度，进而结合所述浮漂上浮的距离以及所述折叠式悬挑支架的支撑长度，计算河道水面高程。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述折叠式支撑杆上设有滚轮，其可转动地设置在所述折叠式悬挑支架上，并且，所述铅垂浮尺自所述折叠式悬挑支架和所述滚轮之间穿过；所述折叠式悬挑支架的悬臂端设有导向轮，其可转动地设置在折叠式悬挑支架的悬臂端处，以对所述铅垂浮尺进行导向。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述RTK对中杆包括：对中杆，设有高度刻度，用于显示所述角度测量仪和所述折叠式悬挑支架至所述对中杆插固点的高度；GPS接收机，沿所述对中杆的长度方向位置可调地设置在所述对中杆的顶部，用于获取所述GPS接收机所在位置的位置坐标，以确定地面上的对中杆插固点的位置坐标。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，所述角度测量仪包括：上固定尺；下转动尺，可转动地设置在所述上固定尺的下方；角度检测器，用于检测所述下转动尺相对于所述上固定尺转动的角度；显示器，设置在所述上固定尺上，其与所述角度检测器连接，用于接收并显示所述角度检测器检测的所述下转动尺相对于所述上固定尺转动的转动角度。

本发明提供的河道水面高程及平面坐标的测量装置，通过RTK对中杆进行插固以采用GIS技术获取插固点及其坐标，确保精确定位；通过角度测量仪带动折叠式悬挑支架进行高度调节和旋转，以使铅垂浮尺的悬臂端铅锤至至河道水面待测点处，采用GIS技术、水准测量原理及全站仪角度测量原理相结合对水位数据量测，操作简便，计算量少，解决了传统的水位测量通过智能流量计、超声波传感器等设备对水面量测的数据进行集中采集和数据处理，易受环境因素干扰的问题；折叠式悬挑支架可伸缩折叠，易携带，可随时随地进行测量，解决传统的水面高程测量基本都采用坐船或复杂的水位监测设备等进行数据采集，设备体量大操作不方便的问题。

另一方面，本发明提出了一种河道水面高程及平面坐标的测量方法，该测量方法采用河道水面高程及平面坐标的测量装置，包括如下步骤：将所述测量装置的RTK对中杆架设于地面已知坐标固定点，并将所述折叠式悬挑支架打开以对铅垂浮尺进行水平支撑，释放铅垂浮尺使得铅垂浮尺呈铅锤状态；调整铅垂浮尺的铅锤端位置，使得铅垂浮尺的铅锤端位于地面已知坐标参考点的正上方，调整角度测量仪以带动折叠式悬挑支架旋转，使得所述铅垂浮尺的铅锤端置于河道水面待测点的正上方，并获取所述折叠式悬挑支架的转动角度；逐步释放铅垂浮尺，以使所述铅垂浮尺的铅锤端逐步向水面下方移动直至所述铅垂浮尺的铅锤端移动至水面下方，获取所述铅垂浮尺伸入水面以下的伸入长度、以及所述铅垂浮尺的释放长度、所述铅垂浮尺支撑在所述折叠式悬挑支架上的水平长度，并结合所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度以及所述地面已知坐标固定点的坐标，计算河道水面高程；根据所述地面已知坐标固定点的坐标和所述地面已知坐标参考点的坐标、以及所述折叠式悬挑支架的转动角度、所述折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量方法，所述根据所述铅垂浮尺的伸入长度、释放长度和水平长度，结合所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度以及所述地面已知坐标固定点的坐标，计算河道水面高程具体包括子步骤：根据所述铅垂浮尺的伸入长度、释放长度和水平长度，计算所述折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度，所述折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度的计算公式如下：

H₂＝L₃-ΔL-D，

其中，H₂为折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度，L₃为所述铅垂浮尺的释放长度，ΔL为所述铅垂浮尺的伸入长度，D为所述铅垂浮尺的水平长度；

根据所述折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度以及所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度，计算地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差的计算公式如下：

ΔH＝H₂-H₁，

其中，ΔH为地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，H₁为所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度；

根据地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，结合所述地面已知坐标固定点的坐标，采用水准测量原理计算河道水面高程，所述河道水面高程的计算公式如下：

H_b＝H_a-ΔH，

其中，H_b为河道水面高程，H_a为地面已知坐标固定点的高程。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量方法，根据所述地面已知坐标固定点的坐标和所述地面已知坐标参考点的坐标、所述折叠式悬挑支架的转动角度、以及所述折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标具体包括如下子步骤：根据所述地面已知坐标固定点的坐标和所述地面已知坐标参考点的坐标，获取地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点的平面坐标，并计算地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点所在直线的坐标方位角；根据地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点所在直线的坐标方位角以及折叠式悬挑支架的转动角度，计算折叠式悬挑支架的坐标方位角；根据折叠式悬挑支架的坐标方位角，结合折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标，所述河道水面待测点的平面坐标的计算公式如下：

其中，(X_Q、Y_Q)为分别为河道水面待测点Q的平面坐标，(X_S、Y_S)为分别为地面已知坐标固定点S的平面坐标，α₂为折叠式悬挑支架的坐标方位角。

进一步地，上述河道水面高程及平面坐标的测量方法，在铅垂浮尺的铅锤端逐步向水面下方移动移动过程中，获取所述铅垂浮尺的锤球位于水面上方时所述铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的自由状态位置，还获取所述铅垂浮尺的锤球位于水面下方时所述铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的浮动位置，根据所述浮漂的自由状态位置和所述浮漂的浮动位置，计算所述铅垂浮尺的伸入长度，其中，所述铅垂浮尺的伸入长度等于所述浮漂的浮动高度，所述铅垂浮尺的伸入长度的计算公式如下：

ΔL＝L₂-L₁，

其中，ΔL为所述铅垂浮尺的伸入长度，L₁为铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的自由状态位置，L₂为浮漂在柔性套管中的浮动位置，D为所述铅垂浮尺的水平长度。

由于测量装置具有上述效果，所以采用该测量装置的测量方法也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的河道水面高程及平面坐标的测量装置的结构示意图；

图2为图1中C处的局部放大图；

图3为本发明实施例提供的角度测量仪的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的角度测量仪的第一显示状态的俯视图；

图5为本发明实施例提供的角度测量仪的第二显示状态的俯视图；

图6为本发明实施例提供的铅垂浮尺自由状态的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的铅垂浮尺悬浮状态的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的河道水面高程及平面坐标的测量方法的流程框图；

图9为本发明实施例提供的计算河道水面高程的流程框图；

图10为本发明实施例提供的计算河道水面待测点的平面坐标的流程框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图2，其示出了本发明实施例提供的河道水面高程及平面坐标的测量装置的优选结构。如图所示，该测量装置包括：RTK对中杆1、角度测量仪2、折叠式悬挑支架3、卷绕筒4；其中，

RTK对中杆1用于插固在地面上。具体地，如图1所示，地面已知坐标固定点S可作为RTK对中杆1的插固点，该RTK对中杆1可插固在地面已知坐标固定点S处，通过RTK对中杆1进行插固可实现定位至地面已知坐标固定点S的精确性，进而确保测量的准确性。在本实施例中，地面已知坐标固定点S可采用GIS技术确定。

角度测量仪2沿RTK对中杆1的长度方向(如图1所示的竖直方向)位置可调地连接在RTK对中杆1上。具体地，角度测量仪2可沿对RTK对中杆1的长度方向可滑动地设置在RTK对中杆1上，以便实现高度位置的调节，进而避免折叠式悬挑支架3与其他物件之间的干涉；如图2所示，角度测量仪2上设有高度锁止件8，用于在角度测量仪2沿RTK对中杆1的长度方向进行位置调节且调节到位时锁止角度测量仪2和RTK对中杆1，使得角度测量仪2固定在RTK对中杆1上，实现角度测量仪2的固定，进而确保设置在角度测量仪2上的折叠式悬挑支架3的稳固性。

折叠式悬挑支架3设置在角度测量仪2上，角度测量仪2用于带动折叠式悬挑支架3绕RTK对中杆1的轴线转动，并获取转动角度，进而结合插固点的位置坐标计算河道水面待测点的平面坐标。具体地，折叠式悬挑支架3可以为折叠式结构，以便于携带，该折叠式悬挑支架3处于打开状态时，折叠式悬挑支架3可水平设置以提供水平支撑面；该折叠式悬挑支架3设置在角度测量仪2上，可随角度测量仪2进行转动，以便折叠式悬挑支架3可自地面其他已知坐标点例如地面已知坐标参考点W(图中未示出)转动至河道水面待测点Q处的转动角度β，即地面已知坐标固定点S和地面已知坐标参考点W所在直线SW与地面已知坐标固定点和河道水面待测点Q所在直线SQ在同一水平面上的夹角，进而结合直线SW的坐标方位角以及地面已知坐标固定点S的坐标，采用全站仪角度测量原理确定河道水面待测点Q的平面坐标。

卷绕筒4可转动地设置在折叠式悬挑支架3上，并且，卷绕筒4上绕设有铅垂浮尺5，所述折叠式悬挑支架3用于对铅垂浮尺5进行水平支撑，铅垂浮尺5用于铺设折叠式悬挑支架3的水平顶壁上并自折叠式悬挑支架3的悬臂端(如图1所示的左端)下垂，铅锤至河道水面待测点Q处，以获取折叠式悬挑支架3至河道水面的高度，进而根据水准测量原理计算河道水面高程。具体地，铅垂浮尺5的一端为固定端可固定在卷绕筒4上，以形成卷扬机结构；铅垂浮尺5可沿折叠式悬挑支架3的顶壁进行滑动，以便实现铅垂浮尺5的收卷；为提高铅垂浮尺5的收卷稳固性，如图2所示，优选地，折叠式悬挑支架3的上方设有滚轮6，其可转动地设置在折叠式悬挑支架3上，并且，铅垂浮尺5自折叠式悬挑支架3和滚轮6之间穿过，以避免铅垂浮尺5的收放时的杂乱；为对铅垂浮尺5的收卷进行导向，如图1所示，优选地，折叠式悬挑支架3的悬臂端设有导向轮7，其可转动地设置在折叠式悬挑支架3的悬臂端处，以对铅垂浮尺5的收卷进行导向。

继续参见图1，RTK对中杆1包括：对中杆11和GPS接收机12；其中，GPS接收机12沿对中杆11的长度方向(如图1所示的竖直方向)位置可调地设置在对中杆11的顶部，用于获取GPS接收机12所在位置的位置坐标，以确定地面上的对中杆11插固点的位置坐标。

具体地，对中杆11可以为管状结构，其底部设有支撑架13，用于架设在插固点，实现该装置的整体支撑；角度测量仪2可沿对中杆11的长度方向可滑动地设置对中杆11上，为便于获取折叠式悬挑支架3支撑在对中杆11上的高度，如图2所示，优选地，对中杆11上设有高度刻度，用于显示角度测量仪2和折叠式悬挑支架3至对中杆11插固点的高度，即折叠式悬挑支架3和地面已知坐标固定点S之间的高度差，也就是折叠式悬挑支架3支撑在RTK对中杆1上的高度H₁，如图2所示，可通过折叠式悬挑支架3上指示点A所处的刻度获取。GPS接收机12的支撑杆可滑动地设置在对中杆11内，并且，对中杆11的顶部设有接收机锁止件14，用于在GPS接收机12高度调整到位时锁止GPS接收机12和对中杆11，以实现GPS接收机12的固定；该GPS接收机12的支撑杆上可设有调节高度，用于显示GPS接收机12调节位置后GPS接收机12的高度，即GPS接收机12至插固点之间的高度。由此可知，本实施例中优化了传统的GPS对中杆，对中杆11上设有刻度使得使整个杆身都具有刻度，可结合辅助支架计算地形较复杂的高程数据。

参见图3至图5，其示出了本发明实施例提供的角度测量仪的优选结构。如图3所示，该角度测量仪2包括：上固定尺21、下转动尺22、角度检测器(图中未示出)、显示器23；其中，下转动尺22可转动地设置在上固定尺21的下方；角度检测器用于检测下转动尺22相对于上固定尺21转动的角度；显示器23设置在上固定尺21上，其与角度检测器连接，用于接收并显示角度检测器检测的下转动尺22相对于上固定尺21转动的转动角度。

具体地，上固定尺21和下转动尺22可套设在对中杆11上；角度检测器可以为光栅，以通过光栅进行角度测量；该显示器23可连接有清零键，用于在折叠式悬挑支架3转动至其中一个位置时，对显示器显示的角度进行清零，可通过转动上固定尺21，使得数据清零，即下转动尺22和折叠式悬挑支架3同步转动时，上固定尺21固定在对中杆11上不转动，清零时，转动上固定尺21，实现清零；清零后，显示器23可如图4所示，以便显示器23可显示折叠式悬挑支架3自当前位置转动至下一位置的角度，如图5所示。例如，可在折叠式悬挑支架3转动至铅垂浮尺5的铅锤端位于地面已知坐标参考点W处进行清零，以便可显示自地面已知坐标参考点W处转动至河道水面待测点Q处的转动角度，即获取折叠式悬挑支架3自地面其他已知坐标点例如地面已知坐标参考点W转动至河道水面待测点Q处的转动角度β。

由此可知，该角度测量仪2可在折叠式悬挑支架3旋转时测得旋转角度，整个测角过程与全站仪测角原理相结合，实现待测点平面坐标的测量。

继续参见图1，折叠式悬挑支架3包括：支撑滑槽31、折叠式支撑杆32和伸缩式拉伸杆33；其中，支撑滑槽31的固定端(如图1所示的右端)设置在角度测量仪2上，并且，支撑滑槽31的固定端设有固定杆36；折叠式支撑杆32两端(如图1所示的左上端和右下端)分别可转动地连接在支撑滑槽31的自由端(如图1所示的左端)和固定杆36上，用于对支撑滑槽31进行支撑；伸缩式拉伸杆33一端(如图1所示的右上端)可转动地连接在支撑滑槽31上，另一端(如图1所示的左下端)可转动地连接在折叠式支撑杆32上，用于施加拉力至折叠式支撑杆32，以使折叠式支撑杆32折叠，进而使得支撑滑槽31折叠，或施加支撑力至折叠式支撑杆32，以使折叠式支撑杆32展开以对支撑滑槽31进行支撑，使得支撑滑槽31水平设置，以对铅垂浮尺5进行水平支撑和导向，以使铅垂浮尺5的铅锤端铅锤在待测点Q的正上方或正下方。

具体地，该支撑滑槽31上设有槽结构，以对铅垂浮尺5进行限位。如图2所示，支撑滑槽31的右端可设有支撑板34，其通过与下转动尺22设置在下转动尺22上的套管35相连接，支撑板34用于对卷绕筒4和滚轮6进行支撑；该套管35上可设有指示针，以指示该支撑滑槽31在对中杆11上的高度位置；为便于实现不同待测点的测量，优选地，支撑滑槽31可以为伸缩式滑槽，如图1所示，该伸缩式滑槽包括：可滑动地相连接的第一滑动槽311和第二滑动槽312，以便调节铅垂浮尺5铅锤位置的水平位置，以使支撑滑槽31根据待测点进行调节使得铅垂浮尺5的铅锤端可设置在待测点的正上方或正下方；如图1所示，该伸缩式滑槽包括：可滑动地相连接的第一滑动槽311和第二滑动槽312；伸缩式滑槽上可设有伸缩长度刻度，用于显示卷绕筒4至伸缩式滑槽的自由端(如图1所示的左端)的距离，以显示铅垂浮尺5支撑在伸缩式滑槽上的长度。在本实施例中，卷绕筒4至对中杆11之间的距离较小可忽略不计，则卷绕筒4至伸缩式滑槽的自由端的距离与伸缩式滑槽的自由端至对中杆11轴线的距离可以相等。折叠式支撑杆32的两端分别可转动地连接在固定杆36的底端和支撑滑槽31的自由端，伸缩式拉伸杆33的的两端分别可转动地连接支撑滑槽31的固定端和折叠式支撑杆32的折叠点，伸缩式拉伸杆33可施加作用力至折叠式支撑杆32的折叠点，以使折叠点两侧的支撑部折叠或展开。

继续参见图1，折叠式支撑杆32包括：第一支杆321和第二支杆322；其中，第一支杆321的第一端(如图1所示的右下端)可转动地连接在固定杆36的底端；第二支杆322的第三端(如图1所示的右下端)与第一支杆321的第二端(如图1所示的左上端)可转动地相连接，第二支杆322的第四端(如图1所示的左上端)与支撑滑槽31的自由端可转动地相连接。

具体地，伸缩式拉伸杆33可与第一支杆321和第二支杆322的连接处相连接，折叠状态下，第一支杆321、第二支杆322、支撑滑槽31均可呈竖直状态；打开状态下，支撑滑槽31水平设置，第一支杆321和第二支杆322在同一直线上以对支撑滑槽31进行支撑。在本实施例中，第二支杆322可以为伸缩支杆，用于随支撑滑槽31的伸缩进行长度调整，以使支撑滑槽31水平设置。

参见图6和图7，其示出了本发明实施例提供的铅垂浮尺的优选结构。如图所示，该铅垂浮尺5包括：柔性套管51、垂线52、锤球53和浮漂54；其中，垂线52设置在柔性套管51的内部；锤球53设置在柔性套管51和垂线52的底端，以施加作用力至柔性套管51和垂线52上，以使柔性套管51和垂线52呈铅锤状态；浮漂54设置在柔性套管51内，并在自由状态下位于柔性套管51的底端，柔性套管51上设有入水口511，以使浮漂54在锤球53伸入水面下时浮在水面，进而通过浮漂54随水面上浮的距离确定锤球53伸入水面以下的深度，从而计算河道水面高程。

具体地，为便于获取浮漂54的位置，优选地，柔性套管51上设有刻度，用于显示浮漂54的位置；如图6所示，浮漂54在自由状态下，即该柔性套管51内没有水时，浮漂54设置在柔性套管51的底端，可读取顶部位置即浮漂自由状态下的位置L₁；如图7所示，浮漂54在浮动状态下，即锤球53完全伸入至水面以下，该柔性套管51内有水时，浮漂54随水面相对于柔性套管51上浮，可读取顶部位置即在锤球53伸入水面下时浮漂的位置L₂，进而计算浮漂54上浮的距离即浮漂54的浮动高度，也就是浮漂54的进入水中的变化量，如图7所示，该浮漂54的浮动高度等于铅垂浮尺的伸入长度ΔL，即锤球53伸入至水面下的深度，均为L₂-L₁；当然，还可读取柔性套管51自卷绕筒4上放出的放绳长度，即如图2所示支撑滑槽31上指示点B所处的刻度，亦可读取卷绕筒4至伸缩式滑槽的自由端(如图1所示的左端)的距离，即柔性套管51自卷绕筒4放出至伸缩式滑槽的自由端处的距离，以便可通过浮漂54上浮的距离、柔性套管51自卷绕筒4上放出的放绳长度、以及柔性套管51在折叠式悬挑支架3的支撑长度，计算河道水面高程。

其中，浮漂54可以为管状结构，其设置在柔性套管51和垂线52之间；亦可为其他结构，例如通过连接绳连接的钓鱼式浮漂，本实施例中对其不做任何限定。

由此可知，铅垂浮尺5采用锤球、浮漂、带有刻度的柔性套管等组合而成的新型测量工具，精准量测。

综上，本实施例提供的河道水面高程及平面坐标的测量装置，通过RTK对中杆1进行插固以采用GIS技术获取插固点及其坐标，确保精确定位；通过角度测量仪2带动折叠式悬挑支架3进行高度调节和旋转，以使铅垂浮尺5的悬臂端铅锤至至河道水面待测点处，采用GIS技术、水准测量原理及全站仪角度测量原理相结合对水位数据量测，操作简便，计算量少，解决了传统的水位测量通过智能流量计、超声波传感器等设备对水面量测的数据进行集中采集和数据处理，易受环境因素干扰的问题；通过折叠式悬挑支架3可伸缩折叠，易携带，可随时随地进行测量，解决传统的水面高程测量基本都采用坐船或复杂的水位监测设备等进行数据采集，设备体量大操作不方便的问题。

方法实施例：

参见图8，其为本发明实施例提供的河道水面高程及平面坐标的测量方法的流程框图。如图所示，该测量方法采用上述河道水面高程及平面坐标的测量装置，包括如下步骤：

步骤S1，将测量装置的RTK对中杆架设于地面已知坐标固定点，并将折叠式悬挑支架打开以对铅垂浮尺进行水平支撑，释放铅垂浮尺使得铅垂浮尺呈铅锤状态。

具体地，河道测量时，将RTK对中杆1设于地面已知坐标固定点S，撑开伸缩式拉伸杆33同时带动第一支杆321和第二支杆322转动，直至第一滑动槽311和第二滑动槽312处于水平位置，转动卷绕筒4使铅垂浮尺5垂直向下。

步骤S2，调整铅垂浮尺的铅锤端位置，使得铅垂浮尺的铅锤端位于地面已知坐标参考点的正上方，调整角度测量仪以带动折叠式悬挑支架旋转，使得铅垂浮尺的铅锤端置于河道水面待测点的正上方，并获取折叠式悬挑支架的转动角度。

具体地，调整第一滑动槽311和第二滑动槽312的角度以及伸缩长度，使得锤球53设置在地面已知坐标参考点W处或地面已知坐标参考点W正下方、正上方均可，旋转上固定尺21，使得显示器23上的数字为0，如图4所示，并固定上固定尺21；然后旋转折叠式悬挑支架3，使得河道水面待测点Q与第一滑动槽311和第二滑动槽312的投影在同一直线上，可调整第一滑动槽311和第二滑动槽312的伸缩长度，使得锤球53设置在河道水面待测点Q的正上方，此时显示器上的角度记为β即折叠式悬挑支架3自地面已知坐标参考点W转动至河道水面待测点Q处的转动角度β，当然，地面已知坐标参考点W亦可选择为水平方向到地面已知坐标固定点S的距离与河道水面待测点Q水平方向到地面已知坐标固定点S的距离相等的点，那么，第一滑动槽311和第二滑动槽312的伸缩长度无需调整，并且，地面已知坐标固定点S和地面已知坐标参考点W的坐标亦可通过GPS接收机12获取，则可任意选取，只需确保转动测量时，锤球53可置于河道水面待测点Q的正上方即可。

步骤S3，逐步释放铅垂浮尺，以使铅垂浮尺的铅锤端逐步向水面下方移动直至铅垂浮尺的铅锤端移动至水面下方，获取铅垂浮尺伸入水面以下的伸入长度、以及铅垂浮尺的释放长度、铅垂浮尺支撑在折叠式悬挑支架上的水平长度，并结合折叠式悬挑支架支撑在RTK对中杆上的高度以及地面已知坐标固定点的坐标，计算河道水面高程。

具体地，通过转动卷绕筒4逐步释放铅垂浮尺5，并根据铅垂浮尺5计算铅垂浮尺伸入水面以下的伸入长度；然后，并记录此时铅垂浮尺5的释放长度、铅垂浮尺5支撑在折叠式悬挑支架3上的水平长度；最后，结合折叠式悬挑支架3支撑在RTK对中杆1上的高度以及地面已知坐标固定点S的坐标，采用水准测量原理计算河道水面高程。

步骤S4，根据地面已知坐标固定点的坐标和地面已知坐标参考点的坐标、以及折叠式悬挑支架的转动角度、折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标。

具体地，根据地面已知坐标固定点S的坐标和地面已知坐标参考点W的坐标、以及折叠式悬挑支架3的转动角度β、折叠式悬挑支架3的水平支撑长度，采用全站仪角度测量原理计算河道水面待测点的平面坐标。

参见图9，其为本发明实施例提供的计算河道水面高程的流程框图。如图所示，该步骤S3包括如下子步骤，

子步骤S31，根据铅垂浮尺的伸入长度、释放长度和水平长度，计算折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度，折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度的计算公式可以如下：

H₂＝L₃-ΔL-D，

其中，H₂为折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度即支撑滑槽31至水面的高度，L₃为铅垂浮尺的释放长度即在支撑滑槽31上的读值区B指针读取此时柔性套管51上的刻度，ΔL为铅垂浮尺的伸入长度等于浮漂54进入水中的变化量，D为铅垂浮尺的水平长度即支撑滑槽31自由端端头到读值区B指针的长度。

具体地，首先，计算铅垂浮尺5自水面至放出位置即读值区B指针处的长度，也就是支撑滑槽31离水面的高度和支撑滑槽31自由端端头到读值区B指针的固定长度的总和L，其计算公式为：L＝L₃-ΔL；然后，计算折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度H₂，其计算公式为：H₂＝L-D，也就是说，H₂＝L₃-ΔL-D。

子步骤S32，根据折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度以及折叠式悬挑支架支撑在RTK对中杆上的高度，计算地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差的计算公式可以如下：

ΔH＝H₂-H₁，

其中，ΔH为地面已知坐标固定点S与河道水面之间的高度差即已知点S与水面之间的高差，H₁为折叠式悬挑支架支撑在RTK对中杆上的高度即RTK对中杆1上读取支撑滑槽31的水平标高。

子步骤S33，根据地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，结合地面已知坐标固定点的坐标，采用水准测量原理计算河道水面高程，即完成水面高程测量工作，河道水面高程的计算公式可以如下：

H_b＝H_a-ΔH，

其中，H_b为河道水面高程，H_a为地面已知坐标固定点S的高程。

参见图10，其为本发明实施例提供的计算河道水面待测点的平面坐标的流程框图。如图所示，该步骤S4包括如下子步骤：

子步骤S41，根据地面已知坐标固定点的坐标和地面已知坐标参考点的坐标，获取地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点的平面坐标，并计算地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点所在直线的坐标方位角。具体地，通过地面已知坐标固定点S和地面已知坐标参考点W两点平面坐标，可计算得到直线SW的坐标方位角α₁。

子步骤S42，根据地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点所在直线的坐标方位角以及折叠式悬挑支架的转动角度，计算折叠式悬挑支架的坐标方位角。

具体地，首先，直线SW的坐标方位角α₁；然后，根据直线SW的坐标方位角α₁以及折叠式悬挑支架3自地面已知坐标参考点W转动至河道水面待测点Q处的转动角度β，计算得到折叠式悬挑支架的坐标方位角α₂。

子步骤S43，根据折叠式悬挑支架的坐标方位角，结合折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标，河道水面待测点的平面坐标的计算公式如下：

其中，(X_Q、Y_Q)为分别为河道水面待测点Q的平面坐标，(X_S、Y_S)为分别为地面已知坐标固定点S的平面坐标，α₂为折叠式悬挑支架的坐标方位角，D为铅垂浮尺的水平长度。

在本实施例中，如图6和图7所示，在本实施例中，如图6和图7所示，在铅垂浮尺5的铅锤端即锤球53逐步向水面下方移动移动过程中，获取锤球53位于水面上方时铅垂浮尺5中浮漂54在柔性套管51中的自由状态位置，还获取锤球53位于水面下方时浮漂54在柔性套管51中的浮动位置，并根据浮漂的自由状态位置和浮漂的浮动位置，计算铅垂浮尺的伸入长度，其中，铅垂浮尺的伸入长度等于浮漂的浮动高度，铅垂浮尺的伸入长度的计算公式如下：

ΔL＝L₂-L₁，

其中，ΔL为铅垂浮尺的伸入长度，L₁为铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的自由状态位置，L₂为浮漂在柔性套管中的浮动位置。

具体地，通过转动卷绕筒4逐步释放铅垂浮尺5，使得锤球53逐步靠近水面，获取锤球53置于水面上时浮漂在柔性套管中的位置，即铅垂浮尺中浮漂54在柔性套管51中的自由状态位置L₁，可在锤球53离水面较近时，读取浮漂54的顶端端头在柔性套管51上的刻度，记为L₁，继续转动卷绕筒4，当锤球53完全进入水面时，固定卷绕筒4，此时再次读取浮漂54的的顶端端头在柔性套管51上的刻度，记为L₂，即浮漂在柔性套管中的浮动位置L₂，以便计算铅垂浮尺伸入水面以下的伸入长度。

由于测量装置具有上述效果，所以采用该测量装置的测量方法也具有相应的技术效果。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，包括：

RTK对中杆，用于插固在地面上；

角度测量仪，沿所述RTK对中杆的长度方向位置可调地连接在所述RTK对中杆上；

折叠式悬挑支架，设置在所述角度测量仪上，所述角度测量仪用于带动所述折叠式悬挑支架绕所述RTK对中杆的轴线转动，并获取转动角度，进而结合所述RTK对中杆插固点的位置坐标计算河道水面待测点的平面坐标；在计算河道水面待测点的平面坐标时，根据折叠式悬挑支架的坐标方位角，结合折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标；

卷绕筒，可转动地设置在所述折叠式悬挑支架上，并且，所述卷绕筒上绕设有铅垂浮尺，所述折叠式悬挑支架用于对所述铅垂浮尺进行水平支撑，所述铅垂浮尺用于铺设所述折叠式悬挑支架的水平顶壁上并自所述折叠式悬挑支架的悬臂端下垂，铅锤至河道水面待测点处，以获取所述折叠式悬挑支架至河道水面的高度，进而计算河道水面高程；在所述计算河道水面高程时，通过所述铅垂浮尺的浮漂随水面上浮的距离确定所述铅垂浮尺的锤球伸入水面以下的深度。

2.根据权利要求1所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，所述折叠式悬挑支架包括：

支撑滑槽，所述支撑滑槽的固定端设置在所述角度测量仪上，并且，所述支撑滑槽的固定端设有固定杆；

折叠式支撑杆，两端分别可转动地连接在所述支撑滑槽的自由端和所述固定杆上，用于对所述支撑滑槽进行支撑；

伸缩式拉伸杆，一端可转动地连接在所述支撑滑槽上，另一端可转动地连接在所述折叠式支撑杆上，用于施加拉力至所述折叠式支撑杆，以使所述折叠式支撑杆折叠，进而使得所述支撑滑槽折叠，或施加支撑力至所述折叠式支撑杆，以使所述折叠式支撑杆展开以对所述支撑滑槽进行支撑，使得所述支撑滑槽水平设置，以对所述铅垂浮尺进行水平支撑和导向。

3.根据权利要求2所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，所述折叠式支撑杆包括：

第一支杆，第一端可转动地连接在所述固定杆的底端上；

第二支杆，第三端与所述第一支杆的第二端可转动地相连接，第四端与所述支撑滑槽的自由端可转动地相连接。

4.根据权利要求2所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，

所述支撑滑槽为伸缩式滑槽，其上设有伸缩长度刻度，用于显示所述卷绕筒至所述伸缩式滑槽的自由端的距离，以显示所述铅垂浮尺支撑在所述伸缩式滑槽上的长度；

所述折叠式支撑杆的第二支杆为伸缩支杆，用于随所述支撑滑槽的伸缩进行长度调整，以使所述支撑滑槽水平设置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，所述铅垂浮尺包括：

柔性套管；

垂线，设置在所述柔性套管的内部；

锤球，设置在所述柔性套管和所述垂线的底端，以施加作用力至所述柔性套管和所述垂线上，以使所述柔性套管和所述垂线呈铅锤状态；

浮漂，设置在所述柔性套管内，并在自由状态下位于所述柔性套管的底端，所述柔性套管上设有入水口，以使所述浮漂在所述锤球伸入水面下时浮在水面，进而通过所述浮漂随水面上浮的距离确定所述锤球伸入水面以下的深度，从而计算河道水面高程。

6.根据权利要求5所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，

所述柔性套管上设有刻度，用于显示所述浮漂位置，还用于显示所述柔性套管自所述卷绕筒上放出的放绳长度。

7.根据权利要求1至4任一项所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，

所述折叠式悬挑支架上设有滚轮，其可转动地设置在所述折叠式悬挑支架上，并且，所述铅垂浮尺自所述折叠式悬挑支架和所述滚轮之间穿过；

所述折叠式悬挑支架的悬臂端设有导向轮，其可转动地设置在折叠式悬挑支架的悬臂端处，以对所述铅垂浮尺进行导向。

8.根据权利要求1至4任一项所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，所述RTK对中杆包括：

对中杆，设有高度刻度，用于显示所述角度测量仪和所述折叠式悬挑支架至所述对中杆插固点的高度；

GPS接收机，沿所述对中杆的长度方向位置可调地设置在所述对中杆的顶部，用于获取所述GPS接收机所在位置的位置坐标，以确定地面上的对中杆插固点的位置坐标。

9.根据权利要求1至4任一项所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，所述角度测量仪包括：

上固定尺；

下转动尺，可转动地设置在所述上固定尺的下方；

角度检测器，用于检测所述下转动尺相对于所述上固定尺转动的角度；

显示器，设置在所述上固定尺上，其与所述角度检测器连接，用于接收并显示所述角度检测器检测的所述下转动尺相对于所述上固定尺转动的转动角度。

10.一种河道水面高程及平面坐标的测量方法，采用如权利要求1至8任一项所述的河道水面高程及平面坐标的测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

将所述测量装置的RTK对中杆架设于地面已知坐标固定点，并将所述折叠式悬挑支架打开以对铅垂浮尺进行水平支撑，释放铅垂浮尺使得铅垂浮尺呈铅锤状态；

调整铅垂浮尺的铅锤端位置，使得铅垂浮尺的铅锤端位于地面已知坐标参考点的正上方，调整角度测量仪以带动折叠式悬挑支架旋转，使得所述铅垂浮尺的铅锤端置于河道水面待测点的正上方，并获取所述折叠式悬挑支架的转动角度；

逐步释放铅垂浮尺，以使所述铅垂浮尺的铅锤端逐步向水面下方移动直至所述铅垂浮尺的铅锤端移动至水面下方，获取所述铅垂浮尺伸入水面以下的伸入长度、以及所述铅垂浮尺的释放长度、所述铅垂浮尺支撑在所述折叠式悬挑支架上的水平长度，并结合所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度以及所述地面已知坐标固定点的坐标，计算河道水面高程；

根据所述地面已知坐标固定点的坐标和所述地面已知坐标参考点的坐标、以及所述折叠式悬挑支架的转动角度、所述折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标。

11.根据权利要求10所述的河道水面高程及平面坐标的测量方法，其特征在于，所述根据所述铅垂浮尺的伸入长度、释放长度和水平长度，结合所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度以及所述地面已知坐标固定点的坐标，计算河道水面高程具体包括子步骤：

根据所述铅垂浮尺的伸入长度、释放长度和水平长度，计算所述折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度，所述折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度的计算公式如下：

H₂＝L₃-ΔL-D，

其中，H₂为折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度，L₃为所述铅垂浮尺的释放长度，ΔL为所述铅垂浮尺的伸入长度，D为所述铅垂浮尺的水平长度；

根据所述折叠式悬挑支架支撑离水面的支撑高度以及所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度，计算地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差的计算公式如下：

ΔH＝H₂-H₁，

其中，ΔH为地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，H₁为所述折叠式悬挑支架支撑在所述RTK对中杆上的高度；

根据地面已知坐标固定点与河道水面之间的高度差，结合所述地面已知坐标固定点的坐标，采用水准测量原理计算河道水面高程，所述河道水面高程的计算公式如下：

H_b＝H_a-ΔH，

其中，H_b为河道水面高程，H_a为地面已知坐标固定点的高程。

12.根据权利要求10或11所述的河道水面高程及平面坐标的测量方法，其特征在于，根据所述地面已知坐标固定点的坐标和所述地面已知坐标参考点的坐标、所述折叠式悬挑支架的转动角度、以及所述折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标具体包括如下子步骤：

根据所述地面已知坐标固定点的坐标和所述地面已知坐标参考点的坐标，获取地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点的平面坐标，并计算地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点所在直线的坐标方位角；

根据地面已知坐标固定点和地面已知坐标参考点所在直线的坐标方位角以及折叠式悬挑支架的转动角度，计算折叠式悬挑支架的坐标方位角；

根据折叠式悬挑支架的坐标方位角，结合折叠式悬挑支架的水平支撑长度，计算河道水面待测点的平面坐标，所述河道水面待测点的平面坐标的计算公式如下：

其中，(X_Q、Y_Q)为分别为河道水面待测点Q的平面坐标，(X_S、Y_S)为分别为地面已知坐标固定点S的平面坐标，α₂为折叠式悬挑支架的坐标方位角，D为所述铅垂浮尺的水平长度。

13.根据权利要求10或11所述的河道水面高程及平面坐标的测量方法，其特征在于，

在铅垂浮尺的铅锤端逐步向水面下方移动移动过程中，获取所述铅垂浮尺的锤球位于水面上方时所述铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的自由状态位置，还获取所述铅垂浮尺的锤球位于水面下方时所述铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的浮动位置，根据所述浮漂的自由状态位置和所述浮漂的浮动位置，计算所述铅垂浮尺的伸入长度，其中，所述铅垂浮尺的伸入长度等于所述浮漂的浮动高度，所述铅垂浮尺的伸入长度的计算公式如下：

ΔL＝L₂-L₁，

其中，ΔL为所述铅垂浮尺的伸入长度，L₁为铅垂浮尺中浮漂在柔性套管中的自由状态位置，L₂为浮漂在柔性套管中的浮动位置，D为所述铅垂浮尺的水平长度。