多功能激光觀測尺的研制與應用

賈慶偉 趙志超 郭洪峰 許華彬

【摘要】 目前，國內外激光觀測尺主要測量尺子與物體的距離，而測量面積和體積需要在一定條件下，而且經過多次計算的轉換才能得出最后結果，操作步驟多，精度低。而我們研制的激光觀測尺不受任何條件的制約，可以不接觸物體，一次測出數據，進而一次計算得出物體的尺寸。

【關鍵詞】多功能； 激光； 觀測尺； 研制； 應用

1、引言

工程觀測對于黃河水利工程的施工、運行與管理、維修與養護有著重要的作用，它應用于工程全周期。目前，黃河河道、堤防和水閘的觀測常用的為水準儀、經緯儀以及全站儀GPS等傳統儀器，需要多人配合完成，耗時而且程序復雜、成本高。這些儀器對于基層養護人員來說也比較難掌握，或者掌握了但容易忘記操作步驟。當今，市場所銷售激光測距儀只能測設備與物體之間的距離，功能單一，即使能測量面積也要多次轉換計算。對于部分建筑物頂部裂縫的測量，需要幾個人搬著梯子測量，上上下下很麻煩，測量精度也不高；河道中物體或者坑洞的測量，也要步行到被側物體處測量；平時測量物體的尺寸時，也常常需要多人拉尺測量。因此，設計一種簡單易學、方便快捷、易于記憶、能準確操作的工具對基層運行觀測人員尤為迫切。

2、項目研究的主要指導思想、依據和原則

本項目以黨的十八屆五中全會和習近平總書記系列重要講話精神為指導思想，堅持實事求是，理論聯系實際，理論與實際相互檢驗，最終研制出理想的產品。依據《工程測量規范》 GB50026-2007、《中、短程光電測距規范》GB/T 16818-2008、《激光產品的安全》 GB7247.1-2012 《國家三角測量規范》GBT 17942-2000《建筑變形測量規范》JGJ8-2007。

3、主要方法、技術路線

3.1 研究目標

本產品的研制目標主要是非接觸快速準確測量物體尺寸，并實現其它如位移、沉陷量等多用途的便捷測量。

3.2 研究方法

3.2.1調查法

為能充分利用激光測量的優勢，我們通過網絡和市場調查的方式搜集了有關激光測量的規則規程、技術資料，并對激光的安全使用做了充分的了解。在綜合分析材料的基礎上，選擇了角度尺和激光測距儀進行有效組合。

3.2.2數學分析法

本產品在通過平行四邊形、等腰三角形等幾何知識計算分析需測一邊尺寸時，發現必須在某種特定的條件下，無法滿足產品的通用性計算。最終通過分析，決定通過余弦定理來計算第三邊邊長的方法來測算被測物體的尺寸。

4、技術原理及結構組成

4.1主要技術原理

4.1.1余弦定理

余弦定理，其是描述三角形中三邊長度與一個角的余弦值關系的數學定理，是勾股定理在一般三角形情形下的推廣。余弦定理是揭示三角形邊角關系的重要定理，直接運用它可解決一類已知三角形兩邊及夾角求第三邊。如下圖2所示，在△ABC中，余弦定理可表示為圖一所示：

當已知三角形的兩邊及其夾角，可由余弦定理得出已知角的對邊：

4.1.2 激光沿直線傳播

激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最準的尺”、“最亮的光”。利用激光射出水平直線，用直尺來測量這條直線與被測面的高差，從而得出垂直位移、水平位移、平整度等數值。激光測量技術是根據光的干涉和衍射原理進行距離測量，是一般意義上的精密測量技術。

4.2 性能指標

測量范圍 0-3600、分度值 0.050 、精度±10；激光等級 CLASS 2M、激光類型620-690nm，<1mW、測量范圍0.05-30m、測量精度±2mm、顯示精度1mm、激光自動關閉30S、儀器尺寸118*39*20mm、儀器重量120g、操作溫度00-400。

5、測量方法

5.1非接觸式測量物體尺寸

打開角度器、測距儀 將激光點對準被測物體兩端 讀數 計算。

5.2測量角度

將鋼尺對準被測物體兩邊 從角度器上讀數即可。

5.3測量水平、垂直位移

將一側鋼尺置于水平面上 打開該尺激光燈 用水平尺或帶水準泡的直尺測量激光點到被測基點的距離 與上次數據對比，計算出位移。

5.4測量護坡平整度

將鋼尺一段貼近坡面 用水平尺或帶水準泡的直尺測量激光點到被測坡面點的距離 計算各距離的偏差，得出平整度。

6、主要創新點

6.1能測長度、距離、角度、傾斜度、垂直度、平整度等多種用途；

6.2遠距離非接觸測量物體尺寸，且用于不能靠近或不易靠近的物體測量，如河中基坑，閘門寬度等。

6.3操作簡單、易懂，便于基層人員使用。

6.4成本低，利于推廣

7、推廣應用及效益

該尺子應用以來，方便了基層運行觀測人員對尺寸、位移、傾斜度、角度等數值的測量，大大提高了工作效率 。本激光觀測尺主要能使基層人員方便快捷的測得有效數據，并能實現遠距離非接觸測量物體的尺寸，能及時獲得觀測數據，為工程管理、防汛搶險贏得時間、節省成本，保護了廣大百姓的生命和財產，產生了很大的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

[1] 隋金雪. 激光測量關鍵技術及其應用研究[D].吉林：東北電力學院，2005：6.

作者簡介：賈慶偉（1968-），男，漢族，河南濮陽人，工程師，總經理，研究方向為防洪與治河。