激光測距儀在水文測驗中的使用技巧

牛長喜 張小成 高俊生 梁玉振 陳海燕

摘要：激光測距儀是目前最先進的無標(biāo)尺距離測量儀器，已在各行各業(yè)的生產(chǎn)中應(yīng)用多年，也在水文行業(yè)廣泛使用。水文工作有著與其他行業(yè)不同的特殊性，特殊的測量環(huán)境和測量對象，使激光測距儀的應(yīng)用不像其他方面應(yīng)用的簡單，多數(shù)情況下需要利用一些技巧來完成一些復(fù)雜情況的距離測量，這些技巧被實踐證明是有效的。

關(guān)鍵詞：激光測距儀 距離 測量 技巧

1 概述

激光測距儀是目前最先進的距離測量儀器，利用激光對目標(biāo)進行準(zhǔn)確距離測定。工作時激光測距儀向目標(biāo)發(fā)射出一束很細(xì)的激光，經(jīng)被測目標(biāo)反射后的激光束由光電元件接收，計時器同時測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標(biāo)的距離。激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單，速度快而準(zhǔn)確，其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。目前水文行業(yè)外業(yè)使用的多為無標(biāo)尺手持式激光測距儀，廣泛應(yīng)用于水文淤積斷面起點距測量，水文流量測驗斷面起點距測量及河勢測驗中的距離測量等。特殊情況下的水位觀測中，利用激光測距儀測得距離，利用測角儀器獲得角度，根據(jù)距離、角度可以有效計算水位數(shù)值，保證觀測人員安全[1]。水文工作有著與其他行業(yè)不同的特殊性，特殊的測量環(huán)境和測量對象，使激光測距儀的應(yīng)用不像其他行業(yè)方面應(yīng)用情況簡單，按常規(guī)方法無法獲得距離數(shù)據(jù)，多數(shù)情況下需要利用一些技巧來完成一些復(fù)雜情況的距離測量，這些技巧被實踐證明是有效的。

2 激光測距儀的結(jié)構(gòu)與工作原理

激光測距儀的基本部件是由激光發(fā)射器、控制激光發(fā)射器的開關(guān)系統(tǒng)、光接收器、計時器、計算系統(tǒng)、電源等部分組成。激光發(fā)射器是產(chǎn)生激光的元件，在控制開關(guān)的作用下產(chǎn)生及發(fā)射激光。激光接收器是接收由被測目標(biāo)反射回來的激光（當(dāng)然也接收非觀測目標(biāo)反射回來的激光）。計時器是記錄激光從發(fā)射到被反射回來的時間。打開激光發(fā)射器的同時提示計時開始，激光遇到反光物體被反射回來被激光接收器接收到后同時計時器停止計時。計算系統(tǒng)根據(jù)激光的運行時間及光的速度計算出觀測站到目標(biāo)測點的距離。

激光測距儀的外觀結(jié)構(gòu)，不同型號的儀器有不同的結(jié)構(gòu)。一般測量距離的激光測距儀由觀測器、激光發(fā)射鏡、激光接收鏡、觸發(fā)開關(guān)、液晶屏幕、操作鍵盤、輸出接口、喇叭、電池盒及電源開關(guān)等組成。操作時，打開激光測距儀電源開關(guān)，進行必要的設(shè)置，從觀測器中瞄準(zhǔn)目標(biāo)，按住觸發(fā)開關(guān)片刻，放開觸發(fā)開關(guān)，激光就會發(fā)出并瞬時完成測距過程。

3 淤積斷面測點距離的高效觀測

外業(yè)測量中，一個淤積斷面約觀測50個左右的水下測點，每個測點都需要用激光測距儀測出距離，需要5-10分鐘測完。測量點數(shù)較多，儀器測量觸發(fā)開關(guān)操作頻繁。如果在一個點上多次測不出數(shù)據(jù)，不僅延長測量時間，儀器電源的電量也有限，電容充電時間延緩。多次連續(xù)觸發(fā)激光會使連接線發(fā)熱太大，燒壞電線。因此，快速、有效的使用激光測距儀測出距離數(shù)據(jù)，是外業(yè)測量應(yīng)該研究的問題。

首先，測量人員要有一定的基本功，即用兩手托著儀器觀測時，要能夠保持一定的穩(wěn)定性。雖然激光速度很快，從發(fā)出激光到接收到回光，盡管是非常短的時間，但在儀器發(fā)出激光后手發(fā)生抖動，回光信號就不能準(zhǔn)確的回到接收窗上，使測距失敗。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，最好還是將測距儀放到架子上或穩(wěn)定的物體上，以保持儀器本身的穩(wěn)定性。測距儀測距工作是在激光發(fā)射后才開始的，多數(shù)情況下當(dāng)按下觸點開關(guān)給電容充電及放開開關(guān)測距時，激光并不一定立即發(fā)射，要遲后一段時間，當(dāng)電池電量不足時更為明顯。因此儀器穩(wěn)定要達(dá)到一定的時間，當(dāng)聽到“噠”的一聲后測距才算結(jié)束，這時才可移動測距儀。

激光測距儀的高效觀測主要是依賴儀器的穩(wěn)定性及測驗人員的正確操作，測驗人員的基本功是非常必要的，距離較近時，手托儀器觀測將方便、快捷，節(jié)省觀測時間。距離較遠(yuǎn)時，就應(yīng)該依托其他物體保持儀器的穩(wěn)定，避免不必要的無效操作，浪費時間。

4 在有障礙情況下的距離觀測

外業(yè)測量難免遇到雜草、樹木的影響，當(dāng)儀器處于雜草、叢林中，而觀測范圍處于外部開闊地時，儀器的選通功能具有重要作用。諸如黃河游蕩性河道岸邊多存在蘆葦?shù)入s草地帶，有時儀器觀測人員不容易到達(dá)水邊，激光測距儀需要透過一段雜草區(qū)域測得斷面測點到測站的距離。如圖1。

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圖1 激光測距儀克服障礙區(qū)觀測示意圖

儀器選通就是限制最小測量距離，不處理最近距離以內(nèi)的反射信號。這樣如果草叢距離100m，將選通距離定為100m以上，就不會再測到草叢內(nèi)的反射信號，正常接收超過選通距離以上的觀測點返回的信號。

5 對水面上測點的距離觀測

在進行斷面水下測量，當(dāng)視角較小，且儀器站距近岸水邊較遠(yuǎn)時，由于視角較小，不是測到近灘的信號，就是測到遠(yuǎn)灘的信號，這時儀器的選通功能也能發(fā)揮作用。即將儀器的選通值定為稍大于近岸水邊的距離，測距時就不會再測到近岸灘地的反射信號。

觀測水面上靠近對岸一些測點的距離時，應(yīng)充分利用水面對激光信號不返回反射的特性，儀器瞄準(zhǔn)時可以稍偏下，瞄準(zhǔn)水面，測出的實際是被測點的距離。當(dāng)含沙量很小時，水面一般也不能反射回光信號，在進行水上測距時也可以利用這一特點。

水面上測距方法一般采用“近處打梢，遠(yuǎn)處打根”。即在近岸部分儀器盡量往目標(biāo)的上部瞄，避免測住近灘信號；遠(yuǎn)岸部分儀器盡量往目標(biāo)的下部瞄，避免測住遠(yuǎn)灘信號。在測量人員不能到達(dá)水邊時，利用這種方法可以較準(zhǔn)確的測出兩岸水邊的距離。圖2。

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圖2 水面測距方法示意圖

觀測點處環(huán)境復(fù)雜時，一般情況下在觀測點處應(yīng)用一些標(biāo)牌突出周圍環(huán)境，以避免周圍環(huán)境對測距的影響?，F(xiàn)場測距時，對測距成果進行分析、判斷也是一項很重要的工作，對于明顯不正確的測距結(jié)果應(yīng)及時分析、判斷及采取一些合理的措施進行補測。

6 結(jié)論與建議

①水文工作往往面臨特殊的測量環(huán)境和測量對象，使激光測距儀的應(yīng)用變得復(fù)雜，無法按照常規(guī)方法進行測量，但多數(shù)情況下利用一些技巧是可以完成一些復(fù)雜情況的距離測量，這些技巧被實踐證明是有效的。

②提高激光測距儀的觀測效率主要是依賴儀器的穩(wěn)定性及測驗人員的正確操作。提高測驗人員的基本功及正確選擇觀測方法，可避免不必要的無效操作，避免浪費時間。

③在對待岸邊有雜草、樹林等障礙物時，儀器選通功能可發(fā)揮有效的作用。正確的選擇選通量，可限制最小測量距離，不處理最近距離以內(nèi)的反射信號。在類似黃河這樣的淤積斷面測量時不能忘記該功能的應(yīng)用。

④淤積斷面距離測量時，水面對激光不返回反射信號是一個很重要的特性。斷面水下測量，當(dāng)視角較小觀測兩岸邊附近測點困難時，可結(jié)合儀器的選通功能，測近岸測點可稍偏上瞄準(zhǔn)。觀測水面上靠近對岸一些測點的距離時，可稍偏下瞄準(zhǔn)，有利于距離的觀測。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛長喜，王西超，譚宏武.距離-角度法水位觀測的探索與研究[J].中國水利，2004（5）.

[2]沈鵑.激光測距儀測定構(gòu)造深度的方法及數(shù)據(jù)處理方法[J].華東公路，2008（02）.

[3]蔣英.激光測距儀[J].現(xiàn)代營銷（創(chuàng)富信息版），2007（02）.

作者簡介：牛長喜（1962-），男，河南偃師人，高級工程師，黃委水文局首席工程師，主要從事水文測驗技術(shù)研究。