[发明专利]一种免棱镜全站仪的泄洪水面线动态观测方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是：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