激光测距仪在基层水文站中的应用

激光测距仪在基层水文站中的应用
作者：牛长喜 张小成 高俊生 梁玉振 陈海燕





1　激光测距仪的工作原理

激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是，测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。相位式激光测距仪是用无线电波段的频率对激光束进行幅度调制，并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。

2.1　距离测量

在水文测验中，流量是一个非常重要的水文要素。流量是反映江河的水资源状况及水库、湖泊等水量变化的资料。而目前基层水文站流量测验的最主要方法，就是流速—面积法。起点距测量也是影响流速—面积法测验精度的一个重要数据。无论是缆道站还是船测站，当缆道计数器出现故障或者在测船上无法施测起点距时，或者由于冰期测流断面封冻，需要临时在测验河段的上游或者下游设置临时断面时，激光测距仪都可以发挥重要作用。方便快捷，操作简单。

2.2　方位角测量

流量测验中，流向偏角也是影响流量测验精度的一个重要参数。当流向偏角为 10°时，误差为15％；当流向偏角为 25°时，误差可达 10％。因此，当流向偏角超过 10°时，应当施测流向偏角。然而，当流向仪出现故障时，就可以使用激光测距仪间接测量流向偏角。

首先，选一根 20m 的线，一头栓铅鱼上，一头用网袋系一个重量合适的皮球，线要选伸缩性较小且较软的电线较好；然后使用激光测距仪方位角测量模式，测量出测流断面的方位角，计算出垂直于测流断面方向线的方位角 α。当测验仪器与吊箱在同一起点距时，测验人员站在吊箱上，测量拴在铅鱼上的皮球的方位角 β。方位角 α 与方位角 β的差值，即为流向偏角。此方法可以在应急的情况下使用，从而保证流量测验的精度。

2.3　高差测量

在水文测站测流缆道中往往需要测定缆道垂度，以掌握测流起点距的误差情况。也就是说，需要知道水文缆道到水面的净空数据或者是缆道的弧垂点最低高程。同时，由于水文缆道的特点（都是架设在河道上，人员无法靠近水文缆道的最低点），这时需要制定一套切实可行的方案，既要确保测量过程中的人员安全，又要确保测量数据的准确性。因此，使用激光测距仪高差测量模式就可以快速测量出缆道最低点距离仪器的高差，间接计算出缆道最低点的高程。尽管使用此方法精度较低，但是可以用来日常监测使用，保证缆道最低点在安全超高范围内。当发现缆道垂度较低时，可以迅速使用全站仪精确测量数据。

2.4　空间接线测量

空间接线例行程序是计算描述三维空间中两点之间关系的距离和角度（连接矢量）。该例行程序是测量跨距、远程斜率确定和一个地点高度变化的理想工具。通过此程序可以计算出两点之间水平距离（HD）、垂直距离（VD）、斜距（SD）、两点之间的倾斜角（INC）和相对方位角（AZ）等。在空间接线例行程序中，将激光测距仪保持在地面一个特定点上方位置。通过将激光测距仪安装在三脚架或者独脚架上，可以提高结果准确度。

4　激光测距仪使用注意事项

激光测距仪，由于采用激光进行距离测量，而脉冲激光束是能量非常集中的单色光源，所以使用时不要用眼对准发射口直视，也不要用瞄准望远镜观察光滑反射面，以免伤害人的眼睛。要按仪器说明书中的安全操作规范进行测量。野外测量时，不可将仪器发射口直接对准太阳，以免烧坏仪器光敏元件。

5　结语

激光测距仪作为一种现代仪器，携带方便、操作简单，在紧急情况下可以快速测量出重要数据，可保证流量测验的时效性。在测量精度要求不是很高的情况下，便携式激光测距仪还可以替代全站仪测量重要数据，减轻了人力、物力，降低了作业风险，提高了作业效率。





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