激光测距仪在水文测验中的使用技巧

　　摘要：激光测距仪是目前最先进的无标尺距离测量仪器，已在各行各业的生产中应用多年，也在水文行业广泛使用。水文工作有着与其他行业不同的特殊性，特殊的测量环境和测量对象，使激光测距仪的应用不像其他方面应用的简单，多数情况下需要利用一些技巧来完成一些复杂情况的距离测量，这些技巧被实践证明是有效的。
　　关键词：激光测距仪 距离 测量 技巧
　　1 概述
　　激光测距仪是目前最先进的距离测量仪器，利用激光对目标进行准确距离测定。工作时激光测距仪向目标发射出一束很细的激光，经被测目标反射后的激光束由光电元件接收，计时器同时测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单，速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。目前水文行业外业使用的多为无标尺手持式激光测距仪，广泛应用于水文淤积断面起点距测量，水文流量测验断面起点距测量及河势测验中的距离测量等。特殊情况下的水位观测中，利用激光测距仪测得距离，利用测角仪器获得角度，根据距离、角度可以有效计算水位数值，保证观测人员安全[1]。水文工作有着与其他行业不同的特殊性，特殊的测量环境和测量对象，使激光测距仪的应用不像其他行业方面应用情况简单，按常规方法无法获得距离数据，多数情况下需要利用一些技巧来完成一些复杂情况的距离测量，这些技巧被实践证明是有效的。
　　2 激光测距仪的结构与工作原理
　　激光测距仪的基本部件是由激光发射器、控制激光发射器的开关系统、光接收器、计时器、计算系统、电源等部分组成。激光发射器是产生激光的元件，在控制开关的作用下产生及发射激光。激光接收器是接收由被测目标反射回来的激光（当然也接收非观测目标反射回来的激光）。计时器是记录激光从发射到被反射回来的时间。打开激光发射器的同时提示计时开始，激光遇到反光物体被反射回来被激光接收器接收到后同时计时器停止计时。计算系统根据激光的运行时间及光的速度计算出观测站到目标测点的距离。
　　激光测距仪的外观结构，不同型号的仪器有不同的结构。一般测量距离的激光测距仪由观测器、激光发射镜、激光接收镜、触发开关、液晶屏幕、操作键盘、输出接口、喇叭、电池盒及电源开关等组成。操作时，打开激光测距仪电源开关，进行必要的设置，从观测器中瞄准目标，按住触发开关片刻，放开触发开关，激光就会发出并瞬时完成测距过程。
　　3 淤积断面测点距离的高效观测
　　外业测量中，一个淤积断面约观测50个左右的水下测点，每个测点都需要用激光测距仪测出距离，需要5-10分钟测完。测量点数较多，仪器测量触发开关操作频繁。如果在一个点上多次测不出数据，不仅延长测量时间，仪器电源的电量也有限，电容充电时间延缓。多次连续触发激光会使连接线发热太大，烧坏电线。因此，快速、有效的使用激光测距仪测出距离数据，是外业测量应该研究的问题。
　　首先，测量人员要有一定的基本功，即用两手托着仪器观测时，要能够保持一定的稳定性。虽然激光速度很快，从发出激光到接收到回光，尽管是非常短的时间，但在仪器发出激光后手发生抖动，回光信号就不能准确的回到接收窗上，使测距失败。当距离较远时，最好还是将测距仪放到架子上或稳定的物体上，以保持仪器本身的稳定性。测距仪测距工作是在激光发射后才开始的，多数情况下当按下触点开关给电容充电及放开开关测距时，激光并不一定立即发射，要迟后一段时间，当电池电量不足时更为明显。因此仪器稳定要达到一定的时间，当听到“哒”的一声后测距才算结束，这时才可移动测距仪。
　　激光测距仪的高效观测主要是依赖仪器的稳定性及测验人员的正确操作，测验人员的基本功是非常必要的，距离较近时，手托仪器观测将方便、快捷，节省观测时间。距离较远时，就应该依托其他物体保持仪器的稳定，避免不必要的无效操作，浪费时间。
　　4 在有障碍情况下的距离观测
　　外业测量难免遇到杂草、树木的影响，当仪器处于杂草、丛林中，而观测范围处于外部开阔地时，仪器的选通功能具有重要作用。诸如黄河游荡性河道岸边多存在芦苇等杂草地带，有时仪器观测人员不容易到达水边，激光测距仪需要透过一段杂草区域测得断面测点到测站的距离。如图1。
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　　图1 激光测距仪克服障碍区观测示意图
　　仪器选通就是限制最小测量距离，不处理最近距离以内的反射信号。这样如果草丛距离100m，将选通距离定为100m以上，就不会再测到草丛内的反射信号，正常接收超过选通距离以上的观测点返回的信号。
　　5 对水面上测点的距离观测
　　在进行断面水下测量，当视角较小，且仪器站距近岸水边较远时，由于视角较小，不是测到近滩的信号，就是测到远滩的信号，这时仪器的选通功能也能发挥作用。即将仪器的选通值定为稍大于近岸水边的距离，测距时就不会再测到近岸滩地的反射信号。
　　观测水面上靠近对岸一些测点的距离时，应充分利用水面对激光信号不返回反射的特性，仪器瞄准时可以稍偏下，瞄准水面，测出的实际是被测点的距离。当含沙量很小时，水面一般也不能反射回光信号，在进行水上测距时也可以利用这一特点。
　　水面上测距方法一般采用“近处打梢，远处打根”。即在近岸部分仪器尽量往目标的上部瞄，避免测住近滩信号；远岸部分仪器尽量往目标的下部瞄，避免测住远滩信号。在测量人员不能到达水边时，利用这种方法可以较准确的测出两岸水边的距离。图2。
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　　图2 水面测距方法示意图
　　观测点处环境复杂时，一般情况下在观测点处应用一些标牌突出周围环境，以避免周围环境对测距的影响。现场测距时，对测距成果进行分析、判断也是一项很重要的工作，对于明显不正确的测距结果应及时分析、判断及采取一些合理的措施进行补测。
　　6 结论与建议
　　①水文工作往往面临特殊的测量环境和测量对象，使激光测距仪的应用变得复杂，无法按照常规方法进行测量，但多数情况下利用一些技巧是可以完成一些复杂情况的距离测量，这些技巧被实践证明是有效的。
　　②提高激光测距仪的观测效率主要是依赖仪器的稳定性及测验人员的正确操作。提高测验人员的基本功及正确选择观测方法，可避免不必要的无效操作，避免浪费时间。
　　③在对待岸边有杂草、树林等障碍物时，仪器选通功能可发挥有效的作用。正确的选择选通量，可限制最小测量距离，不处理最近距离以内的反射信号。在类似黄河这样的淤积断面测量时不能忘记该功能的应用。
　　④淤积断面距离测量时，水面对激光不返回反射信号是一个很重要的特性。断面水下测量，当视角较小观测两岸边附近测点困难时，可结合仪器的选通功能，测近岸测点可稍偏上瞄准。观测水面上靠近对岸一些测点的距离时，可稍偏下瞄准，有利于距离的观测。
　　参考文献：
　　[1]牛长喜，王西超，谭宏武.距离-角度法水位观测的探索与研究[J].中国水利，2004（5）.
　　[2]沈鹃.激光测距仪测定构造深度的方法及数据处理方法[J].华东公路，2008（02）.
　　[3]蒋英.激光测距仪[J].现代营销（创富信息版），2007（02）.
　　作者简介：牛长喜（1962-），男，河南偃师人，高级工程师，黄委水文局首席工程师，主要从事水文测验技术研究。

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