便攜式激光測(cè)距儀在基層水文站中的應(yīng)用

齊 攀李 勇王 凱尚華超

（1.三門(mén)峽庫(kù)區(qū)水文水資源局，三門(mén)峽 472000；2.黃河口水文水資源局，東營(yíng) 257091）

便攜式激光測(cè)距儀在基層水文站中的應(yīng)用

齊 攀1李 勇2王 凱2尚華超2

（1.三門(mén)峽庫(kù)區(qū)水文水資源局，三門(mén)峽 472000；2.黃河口水文水資源局，東營(yíng) 257091）

本文主要講述便攜式激光測(cè)距儀的基本工作原理，介紹一些激光測(cè)距儀在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例，以及日常護(hù)理與維護(hù)的主要方法和使用注意事項(xiàng)。

便攜式激光測(cè)距儀 距離測(cè)量 方位角測(cè)量 高差測(cè)量 空間接線測(cè)量

1 便攜式激光測(cè)距儀的工作原理

激光測(cè)距儀一般采用兩種方式來(lái)測(cè)量距離：脈沖法和相位法。脈沖法測(cè)距的過(guò)程是，測(cè)距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收，測(cè)距儀同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間。光速和往返時(shí)間乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離。相位式激光測(cè)距儀是用無(wú)線電波段的頻率對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制，并測(cè)定調(diào)制光往返測(cè)線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測(cè)定出光經(jīng)往返測(cè)線所需的時(shí)間。相位式激光測(cè)距儀一般應(yīng)用在精密測(cè)距中。由于其精度高，一般為毫米級(jí)，為了有效反射信號(hào)，并使測(cè)定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱(chēng)的某一特定點(diǎn)上，對(duì)這種測(cè)距儀都配置了被稱(chēng)為合作目標(biāo)的反射鏡[1]。本文主要介紹圖柏Trupulse360測(cè)距儀在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用。

2 便攜式激光測(cè)距儀在基層水文站中的應(yīng)用實(shí)例

圖柏斯Trupulse360激光測(cè)距儀包括激光記錄傳感器、集成傾斜傳感器、羅盤(pán)和數(shù)字信息處理器。其主要的測(cè)量模式有距離測(cè)量、傾斜角測(cè)量、方位角測(cè)量、高差測(cè)量程序、空間接線例行程序等。下面簡(jiǎn)要介紹一些測(cè)量模式的應(yīng)用實(shí)例。

2.1 距離測(cè)量

在水文測(cè)驗(yàn)中，流量是一個(gè)非常重要的水文要素。流量是反映江河的水資源狀況及水庫(kù)、湖泊等水量變化的資料。而目前基層水文站流量測(cè)驗(yàn)的最主要方法，就是流速—面積法。起點(diǎn)距測(cè)量也是影響流速—面積法測(cè)驗(yàn)精度的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。無(wú)論是纜道站還是船測(cè)站，當(dāng)纜道計(jì)數(shù)器出現(xiàn)故障或者在測(cè)船上無(wú)法施測(cè)起點(diǎn)距時(shí)，或者由于冰期測(cè)流斷面封凍，需要臨時(shí)在測(cè)驗(yàn)河段的上游或者下游設(shè)置臨時(shí)斷面時(shí)，便攜式激光測(cè)距儀都可以發(fā)揮重要作用。利用激光測(cè)距儀內(nèi)部的距離測(cè)量模式，觀測(cè)人員站立在斷面零點(diǎn)位置，手持激光測(cè)距儀照準(zhǔn)鉛魚(yú)或者流速儀懸桿，發(fā)射激光信號(hào)。此時(shí)，通過(guò)測(cè)距儀的目鏡，就可以直接顯示出斷面零點(diǎn)位置到測(cè)驗(yàn)儀器的水平距離，然后計(jì)算出起點(diǎn)距，方便快捷，操作簡(jiǎn)單。

2.2 方位角測(cè)量

圖柏斯Trupulse360激光測(cè)距儀內(nèi)置羅盤(pán)，因此可以直接測(cè)量方位角。流量測(cè)驗(yàn)中，流向偏角也是影響流量測(cè)驗(yàn)精度的一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)流向偏角為10°時(shí)，誤差為15%；當(dāng)流向偏角為25°時(shí)，誤差可達(dá)10%。因此，當(dāng)流向偏角超過(guò)10°時(shí)，應(yīng)當(dāng)施測(cè)流向偏角[2]。然而，當(dāng)流向儀出現(xiàn)故障時(shí)，就可以使用激光測(cè)距儀間接測(cè)量流向偏角。首先，選一根20m的線，一頭栓鉛魚(yú)上，一頭用網(wǎng)袋系一個(gè)重量合適的皮球，線要選伸縮性較小且較軟的電線較好；然后使用激光測(cè)距儀方位角測(cè)量模式，測(cè)量出測(cè)流斷面的方位角，計(jì)算出垂直于測(cè)流斷面方向線的方位角α。當(dāng)測(cè)驗(yàn)儀器與吊箱在同一起點(diǎn)距時(shí)，測(cè)驗(yàn)人員站在吊箱上，測(cè)量拴在鉛魚(yú)上的皮球的方位角β。方位角α與方位角β的差值，即為流向偏角。此方法可以在應(yīng)急的情況下使用，從而保證流量測(cè)驗(yàn)的精度。

2.3 高差測(cè)量

在水文測(cè)站測(cè)流纜道中往往需要測(cè)定纜道垂度，以掌握測(cè)流起點(diǎn)距的誤差情況。也就是說(shuō)，需要知道水文纜道到水面的凈空數(shù)據(jù)或者是纜道的弧垂點(diǎn)最低高程。同時(shí)，由于水文纜道的特點(diǎn)（都是架設(shè)在河道上，人員無(wú)法靠近水文纜道的最低點(diǎn)），這時(shí)需要制定一套切實(shí)可行的方案，既要確保測(cè)量過(guò)程中的人員安全，又要確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。因此，使用激光測(cè)距儀高差測(cè)量模式就可以快速測(cè)量出纜道最低點(diǎn)距離儀器的高差，間接計(jì)算出纜道最低點(diǎn)的高程。盡管使用此方法精度較低，但是可以用來(lái)日常監(jiān)測(cè)使用，保證纜道最低點(diǎn)在安全超高范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)纜道垂度較低時(shí)，可以迅速使用全站儀精確測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.4 空間接線測(cè)量

空間接線例行程序是計(jì)算描述三維空間中兩點(diǎn)之間關(guān)系的距離和角度（連接矢量）。該例行程序是測(cè)量跨距、遠(yuǎn)程斜率確定和一個(gè)地點(diǎn)高度變化的理想工具。通過(guò)此程序可以計(jì)算出兩點(diǎn)之間水平距離（HD）、垂直距離（VD）、斜距（SD）、兩點(diǎn)之間的傾斜角（INC）和相對(duì)方位角（AZ）等。在空間接線例行程序中，將激光測(cè)距儀保持在地面一個(gè)特定點(diǎn)上方位置。通過(guò)將激光測(cè)距儀安裝在三腳架或者獨(dú)腳架上，可以提高結(jié)果準(zhǔn)確度。

3 激光測(cè)距儀日常護(hù)理和維護(hù)的主要方法

（1）查閱儀器說(shuō)明書(shū)，了解儀器的額定操作溫度范圍，勿將儀器放置在超過(guò)該范圍的溫度下。

（2）儀器應(yīng)當(dāng)注意防潮和防塵，嚴(yán)禁將儀器置于相對(duì)濕度大的環(huán)境中。

（3）防止撞擊，激光測(cè)距儀屬于精密儀器，應(yīng)當(dāng)小心輕放。如果儀器受到嚴(yán)重跌落撞擊時(shí)，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行傾斜傳感器校準(zhǔn)例行程序和水平角羅盤(pán)校準(zhǔn)例行程序。

（4）運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將儀器放入提供的手提箱內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，可使用提供的頸帶。不使用時(shí)，應(yīng)套上目鏡罩保護(hù)。不能將儀器放在強(qiáng)磁場(chǎng)附近。

（5）每次儀器使用后，在裝箱前應(yīng)當(dāng)注意檢查儀器的清潔度。當(dāng)儀器外部濕氣過(guò)多時(shí)，應(yīng)將過(guò)多的濕氣用毛巾擦除，讓儀器在室溫下風(fēng)干，打開(kāi)電池盒，取出電池。當(dāng)傳送與接收透鏡有污物時(shí)，使用提供的鏡頭紙擦拭透鏡，以保證透鏡的清潔。

（6）如果短時(shí)間內(nèi)不再使用激光測(cè)距儀，在儲(chǔ)存儀器前需取出電池。嚴(yán)禁將儀器存放在強(qiáng)磁場(chǎng)附近。

4 激光測(cè)距儀使用注意事項(xiàng)

圖柏斯Trupulse360激光測(cè)距儀，由于采用激光進(jìn)行距離測(cè)量，而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源，所以使用時(shí)不要用眼對(duì)準(zhǔn)發(fā)射口直視，也不要用瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡觀察光滑反射面，以免傷害人的眼睛。要按儀器說(shuō)明書(shū)中的安全操作規(guī)范進(jìn)行測(cè)量。野外測(cè)量時(shí)，不可將儀器發(fā)射口直接對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，以免燒壞儀器光敏元件。

5 結(jié)語(yǔ)

便攜式激光測(cè)距儀作為一種現(xiàn)代儀器，攜帶方便、操作簡(jiǎn)單，在緊急情況下可以快速測(cè)量出重要數(shù)據(jù)，可保證流量測(cè)驗(yàn)的時(shí)效性。在測(cè)量精度要求不是很高的情況下，便攜式激光測(cè)距儀還可以替代全站儀測(cè)量重要數(shù)據(jù)，減輕了人力、物力，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了作業(yè)效率。

[1]王建波.激光測(cè)距儀原理及應(yīng)用[J].有色設(shè)備，2002，（6）：15-16.

[2]河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范：GB 50179-1993[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，1993：26-27.

[3]傅太生，謝運(yùn)山.水文纜道垂度測(cè)量簡(jiǎn)易方法[J].江蘇水利，2008，（4）：35，37.

Application of Portable Laser Range Finder in Basic Hydrology Station

QI Pan1, LI Yong2, WANG Kai2, SHANG Huachao2
(1.Sanmenxia Reservoir Hydrology and Water Resources Bureau, Sanmenxia 472000; 2.Yellow River Estuary Hydrology and Water Resources Bureau, Dongying 257091)

This paper describes the basic principle of the portable laser range finder, introduces some laser range finder in the hydrological test of the application examples, as well as the daily care and maintenance of the main methods and precautions.

portable laser range finder, distance measurement, azimuth measurement, height difference measurement, spatial wiring measurement