牛長(zhǎng)喜 張小成 高俊生 梁玉振 陳海燕

摘要：激光測(cè)距儀是目前最先進(jìn)的無(wú)標(biāo)尺距離測(cè)量?jī)x器，已在各行各業(yè)的生產(chǎn)中應(yīng)用多年，也在水文行業(yè)廣泛使用。水文工作有著與其他行業(yè)不同的特殊性，特殊的測(cè)量環(huán)境和測(cè)量對(duì)象，使激光測(cè)距儀的應(yīng)用不像其他方面應(yīng)用的簡(jiǎn)單，多數(shù)情況下需要利用一些技巧來(lái)完成一些復(fù)雜情況的距離測(cè)量，這些技巧被實(shí)踐證明是有效的。

關(guān)鍵詞：激光測(cè)距儀 距離 測(cè)量 技巧

1 概述

激光測(cè)距儀是目前最先進(jìn)的距離測(cè)量?jī)x器，利用激光對(duì)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確距離測(cè)定。工作時(shí)激光測(cè)距儀向目標(biāo)發(fā)射出一束很細(xì)的激光，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后的激光束由光電元件接收，計(jì)時(shí)器同時(shí)測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。激光測(cè)距儀重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單，速度快而準(zhǔn)確，其誤差僅為其它光學(xué)測(cè)距儀的五分之一到數(shù)百分之一。目前水文行業(yè)外業(yè)使用的多為無(wú)標(biāo)尺手持式激光測(cè)距儀，廣泛應(yīng)用于水文淤積斷面起點(diǎn)距測(cè)量，水文流量測(cè)驗(yàn)斷面起點(diǎn)距測(cè)量及河勢(shì)測(cè)驗(yàn)中的距離測(cè)量等。特殊情況下的水位觀測(cè)中，利用激光測(cè)距儀測(cè)得距離，利用測(cè)角儀器獲得角度，根據(jù)距離、角度可以有效計(jì)算水位數(shù)值，保證觀測(cè)人員安全[1]。水文工作有著與其他行業(yè)不同的特殊性，特殊的測(cè)量環(huán)境和測(cè)量對(duì)象，使激光測(cè)距儀的應(yīng)用不像其他行業(yè)方面應(yīng)用情況簡(jiǎn)單，按常規(guī)方法無(wú)法獲得距離數(shù)據(jù)，多數(shù)情況下需要利用一些技巧來(lái)完成一些復(fù)雜情況的距離測(cè)量，這些技巧被實(shí)踐證明是有效的。

2 激光測(cè)距儀的結(jié)構(gòu)與工作原理

激光測(cè)距儀的基本部件是由激光發(fā)射器、控制激光發(fā)射器的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、光接收器、計(jì)時(shí)器、計(jì)算系統(tǒng)、電源等部分組成。激光發(fā)射器是產(chǎn)生激光的元件，在控制開(kāi)關(guān)的作用下產(chǎn)生及發(fā)射激光。激光接收器是接收由被測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的激光（當(dāng)然也接收非觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的激光）。計(jì)時(shí)器是記錄激光從發(fā)射到被反射回來(lái)的時(shí)間。打開(kāi)激光發(fā)射器的同時(shí)提示計(jì)時(shí)開(kāi)始，激光遇到反光物體被反射回來(lái)被激光接收器接收到后同時(shí)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。計(jì)算系統(tǒng)根據(jù)激光的運(yùn)行時(shí)間及光的速度計(jì)算出觀測(cè)站到目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的距離。

激光測(cè)距儀的外觀結(jié)構(gòu)，不同型號(hào)的儀器有不同的結(jié)構(gòu)。一般測(cè)量距離的激光測(cè)距儀由觀測(cè)器、激光發(fā)射鏡、激光接收鏡、觸發(fā)開(kāi)關(guān)、液晶屏幕、操作鍵盤(pán)、輸出接口、喇叭、電池盒及電源開(kāi)關(guān)等組成。操作時(shí)，打開(kāi)激光測(cè)距儀電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)行必要的設(shè)置，從觀測(cè)器中瞄準(zhǔn)目標(biāo)，按住觸發(fā)開(kāi)關(guān)片刻，放開(kāi)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，激光就會(huì)發(fā)出并瞬時(shí)完成測(cè)距過(guò)程。

3 淤積斷面測(cè)點(diǎn)距離的高效觀測(cè)

外業(yè)測(cè)量中，一個(gè)淤積斷面約觀測(cè)50個(gè)左右的水下測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都需要用激光測(cè)距儀測(cè)出距離，需要5-10分鐘測(cè)完。測(cè)量點(diǎn)數(shù)較多，儀器測(cè)量觸發(fā)開(kāi)關(guān)操作頻繁。如果在一個(gè)點(diǎn)上多次測(cè)不出數(shù)據(jù)，不僅延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，儀器電源的電量也有限，電容充電時(shí)間延緩。多次連續(xù)觸發(fā)激光會(huì)使連接線(xiàn)發(fā)熱太大，燒壞電線(xiàn)。因此，快速、有效的使用激光測(cè)距儀測(cè)出距離數(shù)據(jù)，是外業(yè)測(cè)量應(yīng)該研究的問(wèn)題。

首先，測(cè)量人員要有一定的基本功，即用兩手托著儀器觀測(cè)時(shí)，要能夠保持一定的穩(wěn)定性。雖然激光速度很快，從發(fā)出激光到接收到回光，盡管是非常短的時(shí)間，但在儀器發(fā)出激光后手發(fā)生抖動(dòng)，回光信號(hào)就不能準(zhǔn)確的回到接收窗上，使測(cè)距失敗。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，最好還是將測(cè)距儀放到架子上或穩(wěn)定的物體上，以保持儀器本身的穩(wěn)定性。測(cè)距儀測(cè)距工作是在激光發(fā)射后才開(kāi)始的，多數(shù)情況下當(dāng)按下觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)給電容充電及放開(kāi)開(kāi)關(guān)測(cè)距時(shí)，激光并不一定立即發(fā)射，要遲后一段時(shí)間，當(dāng)電池電量不足時(shí)更為明顯。因此儀器穩(wěn)定要達(dá)到一定的時(shí)間，當(dāng)聽(tīng)到“噠”的一聲后測(cè)距才算結(jié)束，這時(shí)才可移動(dòng)測(cè)距儀。

激光測(cè)距儀的高效觀測(cè)主要是依賴(lài)儀器的穩(wěn)定性及測(cè)驗(yàn)人員的正確操作，測(cè)驗(yàn)人員的基本功是非常必要的，距離較近時(shí)，手托儀器觀測(cè)將方便、快捷，節(jié)省觀測(cè)時(shí)間。距離較遠(yuǎn)時(shí)，就應(yīng)該依托其他物體保持儀器的穩(wěn)定，避免不必要的無(wú)效操作，浪費(fèi)時(shí)間。

4 在有障礙情況下的距離觀測(cè)

外業(yè)測(cè)量難免遇到雜草、樹(shù)木的影響，當(dāng)儀器處于雜草、叢林中，而觀測(cè)范圍處于外部開(kāi)闊地時(shí)，儀器的選通功能具有重要作用。諸如黃河游蕩性河道岸邊多存在蘆葦?shù)入s草地帶，有時(shí)儀器觀測(cè)人員不容易到達(dá)水邊，激光測(cè)距儀需要透過(guò)一段雜草區(qū)域測(cè)得斷面測(cè)點(diǎn)到測(cè)站的距離。如圖1。

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圖1 激光測(cè)距儀克服障礙區(qū)觀測(cè)示意圖

儀器選通就是限制最小測(cè)量距離，不處理最近距離以?xún)?nèi)的反射信號(hào)。這樣如果草叢距離100m，將選通距離定為100m以上，就不會(huì)再測(cè)到草叢內(nèi)的反射信號(hào)，正常接收超過(guò)選通距離以上的觀測(cè)點(diǎn)返回的信號(hào)。

5 對(duì)水面上測(cè)點(diǎn)的距離觀測(cè)

在進(jìn)行斷面水下測(cè)量，當(dāng)視角較小，且儀器站距近岸水邊較遠(yuǎn)時(shí)，由于視角較小，不是測(cè)到近灘的信號(hào)，就是測(cè)到遠(yuǎn)灘的信號(hào)，這時(shí)儀器的選通功能也能發(fā)揮作用。即將儀器的選通值定為稍大于近岸水邊的距離，測(cè)距時(shí)就不會(huì)再測(cè)到近岸灘地的反射信號(hào)。

觀測(cè)水面上靠近對(duì)岸一些測(cè)點(diǎn)的距離時(shí)，應(yīng)充分利用水面對(duì)激光信號(hào)不返回反射的特性，儀器瞄準(zhǔn)時(shí)可以稍偏下，瞄準(zhǔn)水面，測(cè)出的實(shí)際是被測(cè)點(diǎn)的距離。當(dāng)含沙量很小時(shí)，水面一般也不能反射回光信號(hào)，在進(jìn)行水上測(cè)距時(shí)也可以利用這一特點(diǎn)。

水面上測(cè)距方法一般采用“近處打梢，遠(yuǎn)處打根”。即在近岸部分儀器盡量往目標(biāo)的上部瞄，避免測(cè)住近灘信號(hào)；遠(yuǎn)岸部分儀器盡量往目標(biāo)的下部瞄，避免測(cè)住遠(yuǎn)灘信號(hào)。在測(cè)量人員不能到達(dá)水邊時(shí)，利用這種方法可以較準(zhǔn)確的測(cè)出兩岸水邊的距離。圖2。

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圖2 水面測(cè)距方法示意圖

觀測(cè)點(diǎn)處環(huán)境復(fù)雜時(shí)，一般情況下在觀測(cè)點(diǎn)處應(yīng)用一些標(biāo)牌突出周?chē)h(huán)境，以避免周?chē)h(huán)境對(duì)測(cè)距的影響?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)距時(shí)，對(duì)測(cè)距成果進(jìn)行分析、判斷也是一項(xiàng)很重要的工作，對(duì)于明顯不正確的測(cè)距結(jié)果應(yīng)及時(shí)分析、判斷及采取一些合理的措施進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

6 結(jié)論與建議

①水文工作往往面臨特殊的測(cè)量環(huán)境和測(cè)量對(duì)象，使激光測(cè)距儀的應(yīng)用變得復(fù)雜，無(wú)法按照常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)量，但多數(shù)情況下利用一些技巧是可以完成一些復(fù)雜情況的距離測(cè)量，這些技巧被實(shí)踐證明是有效的。

②提高激光測(cè)距儀的觀測(cè)效率主要是依賴(lài)儀器的穩(wěn)定性及測(cè)驗(yàn)人員的正確操作。提高測(cè)驗(yàn)人員的基本功及正確選擇觀測(cè)方法，可避免不必要的無(wú)效操作，避免浪費(fèi)時(shí)間。

③在對(duì)待岸邊有雜草、樹(shù)林等障礙物時(shí)，儀器選通功能可發(fā)揮有效的作用。正確的選擇選通量，可限制最小測(cè)量距離，不處理最近距離以?xún)?nèi)的反射信號(hào)。在類(lèi)似黃河這樣的淤積斷面測(cè)量時(shí)不能忘記該功能的應(yīng)用。

④淤積斷面距離測(cè)量時(shí)，水面對(duì)激光不返回反射信號(hào)是一個(gè)很重要的特性。斷面水下測(cè)量，當(dāng)視角較小觀測(cè)兩岸邊附近測(cè)點(diǎn)困難時(shí)，可結(jié)合儀器的選通功能，測(cè)近岸測(cè)點(diǎn)可稍偏上瞄準(zhǔn)。觀測(cè)水面上靠近對(duì)岸一些測(cè)點(diǎn)的距離時(shí)，可稍偏下瞄準(zhǔn)，有利于距離的觀測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]蔣英.激光測(cè)距儀[J].現(xiàn)代營(yíng)銷(xiāo)（創(chuàng)富信息版），2007（02）.

作者簡(jiǎn)介：牛長(zhǎng)喜（1962-），男，河南偃師人，高級(jí)工程師，黃委水文局首席工程師，主要從事水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)研究。