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（1.三門峽庫區(qū)水文水資源局，三門峽 472000；2.黃河口水文水資源局，東營 257091）

便攜式激光測距儀在基層水文站中的應用

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（1.三門峽庫區(qū)水文水資源局，三門峽 472000；2.黃河口水文水資源局，東營 257091）

本文主要講述便攜式激光測距儀的基本工作原理，介紹一些激光測距儀在水文測驗中的應用實例，以及日常護理與維護的主要方法和使用注意事項。

便攜式激光測距儀 距離測量 方位角測量 高差測量 空間接線測量

1 便攜式激光測距儀的工作原理

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

2 便攜式激光測距儀在基層水文站中的應用實例

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

2.1 距離測量

在水文測驗中，流量是一個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、湖泊等水量變化的資料。而目前基層水文站流量測驗的最主要方法，就是流速—面積法。起點距測量也是影響流速—面積法測驗精度的一個重要數(shù)據(jù)。無論是纜道站還是船測站，當纜道計數(shù)器出現(xiàn)故障或者在測船上無法施測起點距時，或者由于冰期測流斷面封凍，需要臨時在測驗河段的上游或者下游設(shè)置臨時斷面時，便攜式激光測距儀都可以發(fā)揮重要作用。利用激光測距儀內(nèi)部的距離測量模式，觀測人員站立在斷面零點位置，手持激光測距儀照準鉛魚或者流速儀懸桿，發(fā)射激光信號。此時，通過測距儀的目鏡，就可以直接顯示出斷面零點位置到測驗儀器的水平距離，然后計算出起點距，方便快捷，操作簡單。

2.2 方位角測量

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

2.3 高差測量

在水文測站測流纜道中往往需要測定纜道垂度，以掌握測流起點距的誤差情況。也就是說，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最低高程。同時，由于水文纜道的特點（都是架設(shè)在河道上，人員無法靠近水文纜道的最低點），這時需要制定一套切實可行的方案，既要確保測量過程中的人員安全，又要確保測量數(shù)據(jù)的準確性[3]。因此，使用激光測距儀高差測量模式就可以快速測量出纜道最低點距離儀器的高差，間接計算出纜道最低點的高程。盡管使用此方法精度較低，但是可以用來日常監(jiān)測使用，保證纜道最低點在安全超高范圍內(nèi)。當發(fā)現(xiàn)纜道垂度較低時，可以迅速使用全站儀精確測量數(shù)據(jù)。

2.4 空間接線測量

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

3 激光測距儀日常護理和維護的主要方法

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

（2）儀器應當注意防潮和防塵，嚴禁將儀器置于相對濕度大的環(huán)境中。

（3）防止撞擊，激光測距儀屬于精密儀器，應當小心輕放。如果儀器受到嚴重跌落撞擊時，應當執(zhí)行傾斜傳感器校準例行程序和水平角羅盤校準例行程序。

（4）運輸過程中，應當將儀器放入提供的手提箱內(nèi)?，F(xiàn)場使用時，可使用提供的頸帶。不使用時，應套上目鏡罩保護。不能將儀器放在強磁場附近。

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

（6）如果短時間內(nèi)不再使用激光測距儀，在儲存儀器前需取出電池。嚴禁將儀器存放在強磁場附近。

4 激光測距儀使用注意事項

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

5 結(jié)語

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

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

[2]河道流量測驗規(guī)范：GB 50179-1993[S].北京：中國水利水電出版社，1993：26-27.

[3]傅太生，謝運山.水文纜道垂度測量簡易方法[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