一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法技术

本发明专利技术涉及一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，属于水利工程测量领域。本发明专利技术首先在待观测的水面线上方附近找一容易观测点作为工作基点，利用全站仪测得工作基点的高程以及与测站间的距离；然后将望远镜瞄准待测的动态水面线的待测点，并及时测得待测点与工作基点间的水平角和竖直角；再利用待测点与工作基点的三角关系，推算出待测点与工作基点间的高差，得出水面线的高程。该方法可以克服全站仪回光信号弱，以及由于待测点位于波浪区内，波浪起伏快，出露时间极短，无法直接测量待测点的高程问题，实现对波浪影响区域内待测点的实时、快速测量，为动态快速观测动态水面线提供新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法
本专利技术涉及一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，属于水利工程测量领域。
技术介绍
大坝泄洪时，由于下泄水流流量大、流速高，会对下游消力池产生巨大的冲刷、气蚀、振动作用，给消力池的安全带来严重考验。因此，工程上迫切需要对泄洪时大坝下游的水面线快速、准确的测量，以满足消力池水力特性和稳定安全分析，确定合理的泄洪方案，以减小下泄水流对消力池安全的影响。在目前的水面线测量方法中，传统的水位尺测量需要人工将测量尺架设在水中，在水流流量较大、流速较高的泄洪消力池测量中根本无法使用；而传统的免棱镜全站仪测量水面线方法，当混凝土面被水湿润后，对激光信号存在较大吸收，反射回光信号严重减弱，导致全站仪很难捕捉到有效的激光回光信号，进而无法完成数据的测量。针对传统测量方法的不足，广大学者提出了一些新的测量方法。李翊等提出了通过图像识别技术检测水面线的技术，但此方法同样需要在待测点架设标尺；另外，若标尺在测量过程中出现污点，则对测量结果有较大的影响；鲍江等通过采集视频图像，再通过Haar特征检测出水位线，但此方法在采集视频图像时，要求待测水面保持稳定，而在消力池泄洪时，水流比较湍急，水面起伏较大，水面很难保持平静，同时该方法在阳光比较强烈的情况下，很容易出现误检的情况，而消力池两岸的混凝土对阳光的反射都比较强烈，因此该方法很难对消力池泄洪时的水面线进行有效观测；李东峰等通过潮位仪与GPS技术来测量水面线高程，但要求潮位仪稳定不动，同时要求GPS流动站安装在测量船上，而消力池泄洪时，水流湍急，波浪翻滚剧烈，无论是潮位仪还是GPS测量船，都很难在泄洪时保持稳定，因而不能用于消力池水面的动态测量；钟强等提出了利用高速摄像机视频和三维地形的测量方法，对动态水面进行三维重构，但此方法不能直接实时测得水面线的高程。尽管这些方法有所改进，但仍不能满足泄洪水面线快速、高效的观测要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，满足快速、高效地对泄洪水面线动态观测要求。本专利技术的技术方案是：一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，首先在待观测的水面线上方附近找一容易观测点作为工作基点，利用全站仪测得工作基点的高程以及工作基点与测站间的距离；然后将望远镜瞄准待测的动态水面线的待测点，并及时测得待测点与工作基点间的水平角和竖直角；再利用待测点与工作基点的三角关系，推算出全站仪与待测点之间的高差，得出待测点的高程。具体地，首先测量全站仪与待测点之间的高差，所述方法如下：(1)工作基点视线水平且与对岸垂直待测点A位于测站O的前方的正下方，选择水平视线与对岸垂直的交点B为工作基点，A'为A点水平方向上在竖直面上的投影点，首先测得O、B两点间的水平距离d，再将全站仪望远镜的十字丝对准水面与混凝土的交界面待测点A，测得OB和OA之间的俯角α，则可通过OBA之间的三角关系求出B点与A点之间的高差BA’，即全站仪与待测点之间的高差；若待测对岸仅为一斜坡，坡角为β，无马道，则A、B点之间的高差BA’为：若待测对岸为一斜坡，坡角为β，且存在一马道，宽度为b，则此时全站仪与水面之间的高差BA’为：(2)工作基点视线仰视且与对岸垂直若测站O点正前方无法设置工作基点，可选择其正前方的上方的D点作为工作基点，首先测得O、D之间的斜距d以及OD与水平视线OB之间仰角γ；然后再将全站仪望远镜的十字丝对准待测点A点，测得OA和OB之间的俯角α，则可通过OBA之间的三角关系求出全站仪与待测点之间的高差BA’；若待测对岸仅为一斜坡，坡角为β，无马道，则此时全站仪与待测点之间的高差BA’为：若待测对岸为一斜坡，坡角为β，且存在一马道，宽度为b，则此时全站仪与水面之间的高差BA’为：(3)工作基点视线水平且与对岸斜交若待测点A不在测站O的正前方，位于正前方视线两侧，则需在正前方的两侧方位设置工作基点B，当全站仪的视线存在水平偏转时，观测视线立面与待测点对岸不垂直，视线立面与岸坡的交线的倾角并非岸坡的倾角，而是一视倾角θ，视倾角θ、岸坡坡角β以及视线水平方向偏转角δ三者之间的关系则为：tanθ＝tanβcosδ(5)首先测得水平视线与OA之间的俯角α以及视线OA的水平偏转角δ；然后调整全站仪的视线OB水平，测得O、B之间的距离d；则可通过OBA之间的三角关系求出全站仪与待测点之间的高差BA’；若待测对岸仅为一斜坡，坡角为β，无马道，则此时全站仪与待测点之间的高差BA’为：若待测对岸为一斜坡，坡角为β，且存在一马道，宽度为b，则此时全站仪与待测点A之间的高差BA’为：(4)工作基点视线仰视且与对岸斜交若待测点A不在测站O的正前方，位于正前方视线两侧，工作基点D设置在侧方且位于水平视线的上方，首先测得水平视线与OA之间的俯角α以及视线OA的水平偏转角δ；然后调整全站仪的视线至D点，测得O、D之间的距离d和OD与水平视线OB之间的仰角γ；则可通过OBA之间的三角关系求出全站仪与待测点之间的高差BA’；若待测对岸仅为一斜坡，坡角为β，无马道，则此时全站仪与待测点A之间的高差BA’为：若待测对岸为一斜坡，坡角为β，且存在一马道，宽度为b，则此时全站仪与待测点A之间的高差BA’为：具体地，求得全站仪与待测点A之间的高差BA’之后，再结合测站点地面的高程▽B和仪器高h，即可求得待测点A的高程▽A为：▽A＝▽B+h-BA'(10)。本专利技术的有益效果是：不需要利用激光对待测点实时测量，只需利用十字丝对待测点进行实时跟踪即可，通过全站仪的角度测量传感器实时测量出竖直角和水平角，因此，可实现对待测点的快速测量，大幅提高测量的速度，实现对波浪影响区域内待测点的实时、快速测量，满足快速、高效地对泄洪水面线进行动态观测的要求。附图说明图1为本专利技术工作基点视线水平且与对岸垂直，对岸无马道。图2为本专利技术工作基点视线水平且与对岸垂直，对岸有马道。图3为本专利技术工作基点视线仰视且与对岸垂直，对岸无马道。图4为本专利技术工作基点视线仰视且与对岸垂直，对岸有马道。图5为本专利技术工作基点视线水平且与对岸斜交，对岸无马道。图6为本专利技术工作基点视线水平且与对岸斜交，对岸有马道。图7为本专利技术工作基点视线仰视且与对岸斜交，对岸无马道。图8为本专利技术工作基点视线仰视且与对岸斜交，对岸有马道。具体实施方式实施例1：如图1～8所示，一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，首先在待观测的水面线上方附近找一容易观测点作为工作基点，利用全站仪测得工作基点的高程以及工作基点与测站间的距离；然后将望远镜瞄准待测的动态水面线的待测点，并及时测得待测点与工作基点间的水平角和竖直角；再利用待测点与工作基点的三角关系，推算出全站仪与待测点之间的高差，得出待测点的高程。...

【技术保护点】
1.一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，其特征在于：首先在待观测的水面线上方找一观测点作为工作基点，利用全站仪测得工作基点的高程以及工作基点与测站间的距离；然后将望远镜瞄准待测的动态水面线的待测点，并及时测得待测点与工作基点间的水平角和竖直角；再利用待测点与工作基点的三角关系，推算出全站仪与待测点之间的高差，得出待测点的高程。/n

【技术特征摘要】
1.一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，其特征在于：首先在待观测的水面线上方找一观测点作为工作基点，利用全站仪测得工作基点的高程以及工作基点与测站间的距离；然后将望远镜瞄准待测的动态水面线的待测点，并及时测得待测点与工作基点间的水平角和竖直角；再利用待测点与工作基点的三角关系，推算出全站仪与待测点之间的高差，得出待测点的高程。


2.根据权利要求1所述的一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法，其特征在于：首先测量全站仪与待测点之间的高差，所述方法如下：
(1)工作基点视线水平且与对岸垂直
待测点A位于测站O的前方的正下方，选择水平视线与对岸垂直的交点B为工作基点，A'为A点水平方向上在竖直面上的投影点，首先测得O、B两点间的水平距离d，再将全站仪望远镜的十字丝对准水面与混凝土的交界面待测点A，测得OB和OA之间的俯角α，则可通过OBA之间的三角关系求出B点与A点之间的高差BA’，即全站仪与待测点之间的高差；
若待测对岸仅为一斜坡，坡角为β，无马道，则A、B点之间的高差BA’为：



若待测对岸为一斜坡，坡角为β，且存在一马道，宽度为b，则此时全站仪与水面之间的高差BA’为：



(2)工作基点视线仰视且与对岸垂直
若测站O点正前方无法设置工作基点，可选择其正前方的上方的D点作为工作基点，首先测得O、D之间的斜距d以及OD与水平视线OB之间仰角γ；然后再将全站仪望远镜的十字丝对准待测点A点，测得OA和OB之间的俯角α，则可通过OBA之间的三角关系求出全站仪与待测点之间的高差BA’；
若待测对岸仅为一斜坡，坡角为β，无马道，则此时全站仪与待测点之间的高差BA’为：



若待测对岸为一斜坡，坡角为β，且存在一马道，宽度为b，则此时全站仪与水面之间的高差BA’为：

【专利技术属性】
技术研发人员：魏海，杨海娇，罗永钦，周俊毅，李欣，杨磊，李文海，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53