一種測(cè)坡儀的制作與應(yīng)用

摘 要：在長(zhǎng)期的林場(chǎng)林業(yè)調(diào)查、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作實(shí)踐中，結(jié)合目前市面上的測(cè)坡儀設(shè)計(jì)原理，發(fā)明制作了一種簡(jiǎn)易的測(cè)坡儀，可以適應(yīng)林業(yè)調(diào)查、建筑施工、地圖測(cè)繪等野外作業(yè)條件下使用，且具有便攜、使用精度較高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：測(cè)坡儀；制作；應(yīng)用

中圖分類號(hào) S7715+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）03-145-03

坡度是指坡面上兩點(diǎn)之間的垂直距離與水平距離的比[1]。在林業(yè)外業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)工作中常常遇到測(cè)量坡度這項(xiàng)工作，同時(shí)在建筑工程等相關(guān)的測(cè)量、放樣、施工、驗(yàn)收等工作環(huán)節(jié)中都會(huì)經(jīng)常涉及到。通常的測(cè)量方法是要測(cè)出坡面上兩點(diǎn)水平距離與垂直距離，既費(fèi)事且精確度又不高，如果測(cè)量成形坡面的坡度還比較容易些，若所測(cè)兩點(diǎn)不在成形坡面上，且兩點(diǎn)之間又有障礙物，要想測(cè)出兩點(diǎn)之間垂直距離與水平距離是比較困難的，精度上也沒(méi)有保證，同時(shí)增加了大量的計(jì)算時(shí)間，給野外工作增加難度。筆者在林場(chǎng)工作實(shí)踐中通過(guò)摸索制作了一種簡(jiǎn)單易用的測(cè)坡儀，可直接讀出所測(cè)坡面的坡度，并且測(cè)量的準(zhǔn)確度也可以達(dá)到較高的精度，給野外林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)工作、野外建筑施工等工作都可以帶來(lái)很大方便?，F(xiàn)將相關(guān)制作與應(yīng)用情況介紹如下，以供參考。

1 制作原理

測(cè)量坡度的原理如下：圖1中BD為要測(cè)定的坡面線，AB、AD分別為它垂直投影線和水平投影線，故BD的坡度為AB：AD（見(jiàn)圖1）。假定GF垂直于坡面線BD，并且經(jīng)過(guò)E點(diǎn)有一直線GC垂直于BD的水平投影線AD，并交AD于C點(diǎn)，那么很容易證明∠FGC=∠BDA，即BD的坡度值A(chǔ)B：AD可以用∠FGC的正切值來(lái)表示。

證明如下：在直角三角形GEF和ABD中，因?yàn)椤螧AD=∠GFE=90°，又因?yàn)椤螰EG=∠DEC， ∠DEC=∠ABD，所以∠ADB=∠CGF，故△ABD∽△GFE，即可用∠FGC的正切值來(lái)表示坡面BD的坡度值A(chǔ)B∶ AD了。

圖1 測(cè)量坡度原理圖示

2 設(shè)計(jì)制作

首先，制作一塊圓形的透明、有機(jī)玻璃面板或是其他透明材料，或者直接制作2塊透明材料拼合成一個(gè)圓形面板（如圖2的A位置），在面板中間鑿開(kāi)一個(gè)圓形的溝槽或者直接將圖2內(nèi)圓所示位置直接鑿空，在圓形溝槽內(nèi)盛裝膨脹系數(shù)小的有色液體。選用鋁合金等輕便金屬作為支架（如圖2中的BC位置）。在制作金屬支架的時(shí)候，應(yīng)該將金屬支架包括如圖示A、B、C部分的連接處應(yīng)制成可以方便裝卸的活支架，不可將其直接固定在一起，這樣可以在不用時(shí)直接拆卸開(kāi)，分別存放，不會(huì)占用太大的存儲(chǔ)空間，對(duì)于在野外工作需要攜帶大量物品時(shí)可以節(jié)約空間。同時(shí)，為了每次使用時(shí)裝卸方便，以及便于校準(zhǔn)精度，應(yīng)該在面板A與支架B之間的連接設(shè)置成固定卡口?？梢栽诿姘錋上直接鑿開(kāi)與B可以錨合的接口，這樣可以在便于裝卸的同時(shí)，省去校準(zhǔn)的時(shí)間，提高工作效率。

在圖2面板A的圓形溝槽上半圓部分刻上0°～180°的均勻角度值，角度值精度可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要的設(shè)計(jì)精度刻制所需要的精度角度值，然后向溝槽內(nèi)注入膨脹系數(shù)較小的紅色液體，如乙醇等，液體裝量在下半圓，與上半圓角度初值位置相切。這樣，這只測(cè)坡儀就制作成功了。筆者自己親手制作了一只測(cè)坡儀模型，詳見(jiàn)圖3。

圖2 測(cè)坡儀設(shè)計(jì)圖示

根據(jù)實(shí)際使用情況來(lái)看，筆者制作的測(cè)坡儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，省工省時(shí)，并且精度相對(duì)較高，還具有一物多用等優(yōu)點(diǎn)，特別適合廣大基層人員以及常年在野外從事林業(yè)、建筑、水利工程等相關(guān)專業(yè)的工作人員施工使用。

圖3 測(cè)坡儀橫型

3 使用方法

使用方法如圖4所示。在野外時(shí)若需要測(cè)出ED斜面的坡度，我們可以直接將測(cè)坡儀放置在斜坡ED上，面板A內(nèi)部的溝槽內(nèi)的液體會(huì)在重力的作用下，迅速在線1所示的平面達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，液面在上半圓部分會(huì)指示數(shù)值，這個(gè)數(shù)值即為斜面ED的角度值。為了測(cè)量的精確，可以利用隨身攜帶的直尺、木條或者金屬條，一是為了保持測(cè)坡儀的干凈，二是避免因測(cè)坡儀側(cè)邊太短而造成測(cè)量誤差，三是避免地面坑洼不平造成的測(cè)量誤差?？梢韵葘⒅背叩葪l狀物先行放置在斜坡上，然后再把測(cè)坡儀放置在直尺等條狀物體上，這樣可以消除一些由于地表坑洼不平、地形環(huán)境差等造成的誤差。此外，為了提高精度，消除系統(tǒng)誤差，可以在斜坡上分段選擇幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，需要選取的測(cè)量點(diǎn)數(shù)量可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要的精度要求選取合適的測(cè)量段，然后分別進(jìn)行測(cè)量，對(duì)每次測(cè)量所獲取的數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)加權(quán)取平均值，這樣就可以得出符合設(shè)計(jì)精度要求的斜坡ED坡度了。

圖4 測(cè)坡儀使用方法圖示

4 測(cè)坡儀在實(shí)際工作中的應(yīng)用

41 在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 由于林業(yè)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)等對(duì)坡度的要求不是太高，因此可以在所需要的測(cè)量坡面上隨機(jī)選取若干測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。如果遇到地形比較復(fù)雜，坑洼地段較多，可以在開(kāi)闊地上根據(jù)自己的目測(cè)角度，用隨身攜帶的直尺等條狀物體放置成與目測(cè)坡度相近的角度，然后將測(cè)坡儀放置在直尺等條狀物體上進(jìn)行測(cè)量。

42 在建筑施工中的應(yīng)用 由于建筑施工要求的斜面坡度精度較高，同時(shí)建筑物的表面也比較平整，因此可以直接選用精度與設(shè)計(jì)精度要求一致的測(cè)坡儀，直接放置在所需要測(cè)量的斜面上進(jìn)行測(cè)量。由于建筑物斜面平整，操作環(huán)境較好，因此可以少選幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，一般可以在兩端以及中間各取一個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量后取加權(quán)平均值即可得出所需要的值。

4.3 代替水平儀的應(yīng)用 筆者設(shè)計(jì)的測(cè)坡儀還可以在一些場(chǎng)合代替水平儀的使用?？梢灾苯訉y(cè)坡儀放置在需要測(cè)量水平度的位置上，從坡面或者水平面的一端開(kāi)始緩慢移動(dòng)測(cè)坡儀，仔細(xì)觀察測(cè)坡儀的坡度值是否始終與開(kāi)始的數(shù)值相等。如果中間有數(shù)值與其他數(shù)值不同，那么表明坡面或者水平面是不平的，如果所測(cè)的坡度值始終都是一個(gè)數(shù)值，那么表明這個(gè)斜面或者水平面是平衡的。在實(shí)際使用過(guò)程中，我們可以在水平面上直接放置一把直尺或者其他水平的金屬條，然后將坡度儀放置其上，看看坡度儀測(cè)量出的數(shù)值為0即可?；蛘咴谥谱鬟^(guò)程中，將測(cè)坡儀的支架C加長(zhǎng)到所需要的長(zhǎng)度，在具體測(cè)量的時(shí)候，根據(jù)所需要測(cè)量的實(shí)際，比如在需要測(cè)量水平時(shí)換上長(zhǎng)的支架，需要測(cè)量斜面的時(shí)候換上短的支架，在測(cè)量斜面坡度比較困難的時(shí)候，也可以換上長(zhǎng)的支架。

4.4 在地圖測(cè)繪勘察中的應(yīng)用 由于地圖測(cè)繪坡度要求的精度很高，我們應(yīng)該選用精度較高的測(cè)坡儀，支架C的選取要更多的考慮到野外工作環(huán)境的復(fù)雜性，要多準(zhǔn)備幾個(gè)長(zhǎng)度的支架。此外，在支架的制作上也要考慮到野外測(cè)繪工作其他的需要，與其他工具比如直尺等等結(jié)合起來(lái)使用，這樣可以減輕野外測(cè)繪人員的背包重量，較少的消耗測(cè)繪然人員的體力，便于他們有更多的精力來(lái)投入到測(cè)繪工作中去。

4.5 在水利工程中的應(yīng)用 使用方法同建筑施工上的應(yīng)用。

4.6 在檢查驗(yàn)收中的應(yīng)用 檢查正在施工的坡度或者驗(yàn)收竣工的坡度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以在被檢查、驗(yàn)收的坡面上放一直尺或者隨機(jī)選取的直的金屬條或者木條，再把測(cè)坡儀放在直尺上，此指針指出的角度即為檢查、驗(yàn)收坡面的坡度。

5 制作使用時(shí)注意事項(xiàng)

（1）在使用時(shí)，測(cè)坡儀的角度始邊始終在上面，且測(cè)坡儀的支架C必須平行于所測(cè)坡面，即測(cè)坡儀支架C的平面必須與所測(cè)的坡面吻合在一起，沒(méi)有縫隙。

（2）要提高測(cè)坡儀的精度，測(cè)坡儀內(nèi)的液體應(yīng)該使用膨脹系數(shù)較小的有色液體，因?yàn)橐巴獾墓ぷ鳝h(huán)境很復(fù)雜，無(wú)法如在室內(nèi)使用那樣控制好環(huán)境的溫度與濕度，為了盡可能的避免由于環(huán)境溫度變化所導(dǎo)致的系統(tǒng)性誤差，需要選取在盡可能寬幅的溫度范圍內(nèi)膨脹系數(shù)較小的液體作為充填液。此外，為了讀數(shù)方便，應(yīng)該將充填液體染色，這樣可以與測(cè)坡儀自身的色差區(qū)分開(kāi)來(lái)，便于快速讀數(shù)，減輕工作量。

（3）支架C的制作，可以結(jié)合工種不同的需要，進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)，這樣更便于野外工作使用。

（4）在面板上標(biāo)刻所有的直角、角度的刻線都要細(xì)要精確，刻度精度要根據(jù)需要刻制不同精度的刻度線，便于不同需要的工作者使用。

（5）為了便于攜帶，測(cè)坡儀的3個(gè)部分應(yīng)該單獨(dú)設(shè)計(jì)制作，并且每個(gè)部分要留有接口，方便于其他配件連接，同時(shí)也可以結(jié)合每個(gè)工作所需要的工具，對(duì)直接進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)制作，可以達(dá)到一物兩用或者一物三用甚至四用，在最大的可能上滿足工作者的使用，達(dá)到工具的集成性，減輕工作者的工具攜帶重量，減少體力消耗。同時(shí)，為了保護(hù)面板，應(yīng)該將面板配上一個(gè)套子，把面板單獨(dú)存放。

19卷03期張 勇 一種測(cè)坡儀的制作與應(yīng)用參考文獻(xiàn)

[1]徐成軍，劉春.測(cè)坡儀的制作與應(yīng)用[J].治淮，1999，12：10-11.

（責(zé)編：張宏民）