[發明專利]一種山地微地形坡度、坡向的空間測量方法

在審

• 申請號: 201710065369.4
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN106840118A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 劉何銘;邢九州;楊慶松;姚芳芳;楊海波;林慶凱;王希華;邵澤濤;王良衍
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C9/00
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)31215
• 代理人: 徐筱梅,張翔

技術領域

本發明涉及一種生態學、林學的野外調查技術領域，尤其涉及一種山地、微地形坡度和坡向的空間測量方法。

背景技術

坡度和坡向是山地野外調查中常用、普遍的測量因子。需要借助指南針、羅盤儀、測坡儀來進行操作測得。然而，在起伏不平山地和茂密森林、遮蓋較密之處，往往采用二點一線或四點多線法進行測得，測量工作費工耗時，且得到的是一個接近的數值。更為困難的是，在密林微地形上布設單株植物和光照、水分精細實驗時，大尺度范圍是無法獲取該處精準的坡度和坡向數據，由于地表坡度和坡向的不同與起伏不平，陽光入射角度也會出現一定的差異。從而造成不同微地形上，地表接收光照時間、強度和幼苗更新生長產生較大波動。實踐中常常用大尺度上的坡度、坡向數據來替代微地形數據，這勢必會對實際山形山勢造成較大差異。因此，研發一種新的山地微地形森林微地形坡度、坡向精確、簡易的、省工省時的測量方法，已是科研和經營管理工作者的當務之急。

現有野外測量技術至少存在以下缺點：野外測量坡度、坡向的方法不科學、耗工多、測量結果差異大，難以得出精確的微地形的數據。

發明內容

本發明的目的是提供一種三維空間測量方法，能正確的反映微地形的坡度、坡向的測量結果。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種山地微地形坡度、坡向的空間測量方法，該方法包括以下具體步驟：

步驟1：以百諾A650FHD3三腳架上標有BENRO標志的為b軸、標有HD3的為a軸，將所述a軸、b軸分別轉動到0刻度的位置，并將三腳架三個支撐腳完全展開，并調整成統一高度，使其上的云臺與地面保持平行，放置在所需測量的山地表面；

步驟2：轉動b軸，使得云臺上的水平氣泡在b軸方向水平，記錄轉動角度β；

步驟3：轉動a軸，使得云臺上的水平氣泡在a軸方向同樣水平，即水平氣泡居中，記錄轉動角度α；

步驟4：在云臺上放置地質羅盤儀，將N刻度位置對準b軸，記錄正北方向到N刻度位置的旋轉角度γ；

步驟5：利用三維空間坐標計算坡面與水平面的二面角θ₁，將其作為坡度；

步驟6：利用三維空間坐標計算坡面法線在水平面上的投影方向θ₂，沿北方向順時針旋轉θ₂后的方向，將其作為坡向。

所述三腳架的兩個軸的刻度需首先刻度對準0，并將三個支撐腳展開，調整成統一高度，是為了保證三腳架云臺在水平地面上能夠保持水平，即云臺與地面保持平行。從而放置在山地上，能夠準確表示與山地平行的面，用以計算山地的坡度和坡向。

所述轉動角度β以逆時針旋轉角度為負，順時針旋轉角度為正；轉動角度α，以順時針旋轉角度為負，以逆時針旋轉角度為正；旋轉角度γ，以順時針旋轉為正角度，以逆時針旋轉為負角度。

所述計算坡面與水平面的二面角θ₁采用公式(3)，需要將公式(1)和公式(2)代入公式(3)，其中公式(1)中的ω為a軸與b軸轉動至水平時的夾角，公式(2)中的和代表了a軸與b軸未轉動時的空間向量值。

ω＝arccos(-tan(α)×tan(β))(1)

所述計算坡面法線在水平面上的投影方向θ₂采用公式(5)或公式(6)，當公式(4)的值大于或等于0時，采用公式(5)計算θ₂；當公式(4)的值小于0時，采用公式(6)；

-cos(γ+ω)*tan(β)+cos(γ)*tan(α)(4)

由于在遮蓋度較高的山地條件下，空曠區域較少，無法采用傳統的兩點一線或四點多線的方法進行坡度、坡向的測量。然而，本發明的坡度、坡向的測量方法，則不受遮蓋度的限制，僅需要單人即可完成精確的坡度、坡向測量。本發明與現有技術相比，更具有精確性、可行性和可操作性。可節省人力和時間，提高野外調查工作的成效。

附圖說明

圖1為本發明實施例用三腳架示意圖；

圖2為本發明實施例用三腳架在空間中的擺放示意圖；

圖3為本發明坡度和坡向的空間幾何表示圖；

圖4為本發明實施例光環境測量中羅盤儀擺放示意圖；

圖5為本發明實施例中Winscanopy軟件計算光照參數的設置圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作詳細描述。

本發明具體包括以下內容：