[發明專利]一種免棱鏡全站儀的泄洪水面線動態觀測方法

有效

• 申請號: 202110025136.8
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112857335B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 魏海;楊海嬌;羅永欽;周俊毅;李欣;楊磊;李文海
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 馬海紅

本發明涉及一種免棱鏡全站儀的泄洪水面線動態觀測方法，屬于水利工程測量領域。本發明首先在待觀測的水面線上方附近找一容易觀測點作為工作基點，利用全站儀測得工作基點的高程以及與測站間的距離；然后將望遠鏡瞄準待測的動態水面線的待測點，并及時測得待測點與工作基點間的水平角和豎直角；再利用待測點與工作基點的三角關系，推算出待測點與工作基點間的高差，得出水面線的高程。該方法可以克服全站儀回光信號弱，以及由于待測點位于波浪區內，波浪起伏快，出露時間極短，無法直接測量待測點的高程問題，實現對波浪影響區域內待測點的實時、快速測量，為動態快速觀測動態水面線提供新方法。

技術領域

本發明涉及一種免棱鏡全站儀的泄洪水面線動態觀測方法，屬于水利工程測量領域。

背景技術

大壩泄洪時，由于下泄水流流量大、流速高，會對下游消力池產生巨大的沖刷、氣蝕、振動作用，給消力池的安全帶來嚴重考驗。因此，工程上迫切需要對泄洪時大壩下游的水面線快速、準確的測量，以滿足消力池水力特性和穩定安全分析，確定合理的泄洪方案，以減小下泄水流對消力池安全的影響。

在目前的水面線測量方法中，傳統的水位尺測量需要人工將測量尺架設在水中，在水流流量較大、流速較高的泄洪消力池測量中根本無法使用；而傳統的免棱鏡全站儀測量水面線方法，當混凝土面被水濕潤后，對激光信號存在較大吸收，反射回光信號嚴重減弱，導致全站儀很難捕捉到有效的激光回光信號，進而無法完成數據的測量。針對傳統測量方法的不足，廣大學者提出了一些新的測量方法。李翊等提出了通過圖像識別技術檢測水面線的技術，但此方法同樣需要在待測點架設標尺；另外，若標尺在測量過程中出現污點，則對測量結果有較大的影響；鮑江等通過采集視頻圖像，再通過Haar特征檢測出水位線，但此方法在采集視頻圖像時，要求待測水面保持穩定，而在消力池泄洪時，水流比較湍急，水面起伏較大，水面很難保持平靜，同時該方法在陽光比較強烈的情況下，很容易出現誤檢的情況，而消力池兩岸的混凝土對陽光的反射都比較強烈，因此該方法很難對消力池泄洪時的水面線進行有效觀測；李東峰等通過潮位儀與GPS技術來測量水面線高程，但要求潮位儀穩定不動，同時要求GPS流動站安裝在測量船上，而消力池泄洪時，水流湍急，波浪翻滾劇烈，無論是潮位儀還是GPS測量船，都很難在泄洪時保持穩定，因而不能用于消力池水面的動態測量；鐘強等提出了利用高速攝像機視頻和三維地形的測量方法，對動態水面進行三維重構，但此方法不能直接實時測得水面線的高程。盡管這些方法有所改進，但仍不能滿足泄洪水面線快速、高效的觀測要求。

發明內容

本發明提供了一種免棱鏡全站儀的泄洪水面線動態觀測方法，滿足快速、高效地對泄洪水面線動態觀測要求。

本發明的技術方案是：一種免棱鏡全站儀的泄洪水面線動態觀測方法，首先在待觀測的水面線上方附近找一容易觀測點作為工作基點，利用全站儀測得工作基點的高程以及工作基點與測站間的距離；然后將望遠鏡瞄準待測的動態水面線的待測點，并及時測得待測點與工作基點間的水平角和豎直角；再利用待測點與工作基點的三角關系，推算出全站儀與待測點之間的高差，得出待測點的高程。

具體地，首先測量全站儀與待測點之間的高差，所述方法如下：

(1)工作基點視線水平且與對岸垂直

待測點A位于測站O的前方的正下方，選擇水平視線與對岸垂直的交點B為工作基點，A'為A點水平方向上在豎直面上的投影點，首先測得O、B兩點間的水平距離d，再將全站儀望遠鏡的十字絲對準水面與混凝土的交界面待測點A，測得OB和OA之間的俯角α，則可通過OBA之間的三角關系求出B點與A點之間的高差BA’，即全站儀與待測點之間的高差；

若待測對岸僅為一斜坡，坡角為β，無馬道，則A、B點之間的高差BA’為：

若待測對岸為一斜坡，坡角為β，且存在一馬道，寬度為b，則此時全站儀與水面之間的高差BA’為：

(2)工作基點視線仰視且與對岸垂直