专利名称：数字式高差测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量仪器，具体涉及林业勘测中既能测量两点间高差，同时又能
测量两点间水平距离和坡度的一种数字式高差测量仪器。
背景技术：
对于林业勘测而言，林区道路测量、林地地形测量和地面点高程测量等经常要先
测定两点间高差。高差测量在目前林业实际应用中很少使用先进的全站仪、自动安平水准
仪、电子水准仪以及精密水准仪，其原因主要是森林环境林冠茂密，山高坡陡、灌草丛生，在
测量过程中只要观察目标前稍有一点树枝树叶与灌丛遮挡物，就可使全站仪等先进仪器无
法测量，要对遮挡物进行清除，将很费力、费工、费时，加上这类仪器价格昂贵和携带不便
等多种原因，致使先进仪器在林业工程勘测设计中难以发挥其应有的作用，得以普及与推
广。目前，林业上测高差仍以普通的水准仪配合水准尺来完成，同样，如果林下杂灌丛生，利
用水准仪的水平视线读取水准尺的前尺读数和后视读数则很困难，多数时间要化大量功夫
去清理杂灌物，又由于水准仪的作业最重要和最基本的条件是视线水平，水准仪的检验与
校正、消除视差、精确整平、精确读数等工作要求细致认真，这项工作一般需要熟练的专业
测量人员才能完成，尽管如此，专业测量人员在肉眼读数、记录员记数，繁琐的内业整理等
诸多过程中难免出错，另外，水准仪的测量功能单一，在实际测量中，不仅要测量两点间的
高程，还要测量两点间的水平距离和坡度，而水平距离测量目前仍在使用皮尺，如果地形很
陡，皮尺只能测斜距，然后测坡度再进行坡度改正，这相当麻烦。因此，由于水准仪的测量功
能的单一性和测量过程中的严谨性以及测量条件的局限性等原因，目前在林业工程勘测中
精度有时难以保证且整体测量工作通常效率低下。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种可以测量两点间高差、水平距离和坡度的数字式 高差仪。该仪器具有结构简单，精度高、效率高、操作简便的优点。 本实用新型的目的是这样实现的数字式高差仪包括光学瞄准组件、水平转盘、显 示屏、电控功能单元、外部控制部件以及三角支架组件；光学瞄准组件通过铰接的支撑部件 安置于水平转盘上，光学瞄准组件包括望远镜和安装在望远镜上的倾角传感器；水平转盘 安装在三角支架组件上，水平转盘上设置有显示屏及外部控制部件，内部设置有安装在水 平转盘旋转轴心上的角位移传感器、电控功能单元；外部控制部件设有功能按键和数据通 讯接口 ；电控功能单元包括电源模块、还包括由电源模块供电的中央控制器、与中央控制器 电连接的倾角传感器、角位移传感器、放大器、存储器及数据通讯接口 ；显示屏及外部控制 部件中的功能按键与电控功能单元电连接。 本实用新型是在水平转盘旋转轴心上安装角位移传感器，采用了水平转盘旋转角 度与角位移传感器旋转角度同步一致的联动方式以及望远镜旋转角度与倾角传感器旋转 角度同步一致的联动方式，可以快速准确地即时测量二点间高差，水平距离和坡度。高差， 水平距离和坡度的高精度数字化读量，为林业勘测调查测量现代化提供了高技术测量装备。
本实用新型还具有以下特点 1 、与水准仪方法不同，无需前视后视在标尺读数，也无需视线水平与仪器精平。 2、只需在前后标尺上各测二个标志线的倾角，四个倾角即可自动显示两点高差， 同时得两点水平距与坡度。 3、仪器可置于前后两测点站的连线上，也可不在其连线上，十分灵活。 4、四点测高差。在同一方向上测量标尺上二个标志点无先后次序。 5、本实用新型采用是角位移传感器与倾角传感器相结合，开发成本低，结构小巧，
携带方便，经大量测试检验结果表明，仪器粗平时测量数据与仪器精平时的测量数据差异
十分微小，因此，仪器无需采用双轴传感器或水准器气泡精准较平方式，仪器只需肉眼粗平
即可，无疑，在测量精度要求不是很高的情况下，仪器极大地提高了测量工效和在复杂森林
环境中的适应性。 6、本实用新型测点快、读数快、信息数字化显示与存贮。本实用新型经试用，测量 高差的效率是水准仪的16倍，测量误差在±0.3%，取得了良好的效果。
以下结合附图与实例作进一步的说明，但本实用新型不限于本图所示。

图1是本实用新型整体结构示意图； 图2是本实用新型水平转盘外部结构示意图； 图3是本实用新型水平转盘内部结构示意图； 图4是本实用新型电控单元功能框图。 图5、图6是本实用新型工作原理图。
具体实施方式如图l-图4所示，本实用新型包括光学瞄准组件、水平转盘l、显示屏4、电控功能 单元2、外部控制部件以及三角支架组件；光学瞄准组件通过铰接的支撑架9安装于水平转 盘1上面，光学瞄准组件包括望远镜3和安装在望远镜3上的倾角传感器5 ;水平转盘1安 装在三角支架组件上，水平转盘1上面安装有显示屏4与外部控制部件，内部设置有角位移 传感器24、电控功能单元2，角位移传感器24的转动轴固定在水平转盘1内部的中心旋转 轴22上；外部控制部件设有数据查询健16、存贮健20、删除键21、测量一模式选择键18、测 量二模式选择键19、读数制动键17和电源开关10等功能按键，并设有数据通讯接口 11 ;电 控功能单元2包括电源模块23、还包括由电源模块23供电的中央控制器25、与中央控制器 25电连接的倾角传感器5、角位移传感器24、放大器26、存储器27及数据通讯接口 11 ;显 示屏4及外部控制部件中的功能按键与电控功能单元2电连接。 所述的光学瞄准组件设有望远镜3、支撑架9、制动螺旋7、微动螺旋31，倾角传感 器箱体6，望远镜3包括有对光螺旋29、目镜28和物镜30，倾角传感器箱体6内设有倾角传 感器5，倾角传感器箱体6安装在望远镜3上，倾角传感器5在倾角传感器箱体6的安装面 上与望远镜3的视中轴线8平行，倾角传感器5并与水平转盘1内部的电控功能单元2电 性连接。光学瞄准组件整体上可随水平转盘作左右水平同步旋转，并且也可绕支撑架9上
4与其铰接的固定轴33在垂直面作上下转动。 所述的水平转盘1下部设有水平制动螺旋12，旋转中轴13和水平微调螺旋32，水 平转盘1通过旋转中轴13与三角支架组件基座14相连，三角支架组件包括基座14和三角 架15。 所述的外部控制部件中数据查询键16、测量一模式选择键18、测量二模式选择键 19、存贮健20、删除键21、电源开关10、数据通讯接口 11以及读数制动键17相互关连，互相 切换。 所述的电控功能单元2中电源模块23为电控功能单元各功能部件提供工作电源； 倾角传感器5与角位移传感器24通过读数制动键17向中央控制器25输入角度信号，中央 控制器25调用专用计算程序运算后，将计算结果送到存储器27单元及放大器26并驱动屏 示屏4，中央控制器25通过并设有数据通讯接口 11控制数据的输出。 本实用新型的工作方法 如图5与图6所示，测量地形A点与B点的高差h， 其依次包括下列步骤 (1)、仪器设置在A与B之间，任意选定一观测点0。 (2)、在A地形与B地形分别竖立一 3m长的标尺(或者标尺在A点测完后，后移到 B点)，标尺上有二个观察标志点，离地面0. 7米的标志点为基础高H。.7， 3米处标志点为固 定咼H3 (3)、在0点首先对A地形标尺两标志点进行观测，测量基础高点H。. 7，固定高点H3
的视线倾角eaq.7、 eA3。 (4)然后在0点对B地形标尺两标志点进行观测，测量基础高点H。.7，固定高点H3
的视线倾角ebq.7、 eB3。 (5)、设A与0两点间的水平距离为SA。， B与0两点间的水平距离为SB。， 根据三角函数原理 标尺上基础高与固定高间距AH = H固-H基二 3-0. 7 = 2. 3 = SA0(tg e A3_tg e A0 7)
=sB0(tgeB3-tgeB07)， 所以，水平距离sA0 = a h/ (tg e固-tg e基)=2. 3/ (tg e A3-tg e A0 7); 水平距离sB0 = a h/ (tg e固-tg e基)=2. 3/ (tg e B3-tg e B0 7)， 设A点与B点两点的高差为h，高差h实际上为同样标尺的固定高或基础 高在水平线上的高度值之差，以标尺固定高3米为例，在A点固定高3米的标志在 水平线上垂直高等于S^Xtge^同样，在B点固定高3米的标志在水平线上垂直
高等于sBOxtgeB3，因此，高差(数模)h = sA0xtgeA3-sBOxtgeB3 = 2.3[tgeA3/ (tgeA3-tgeA。7)-tgeB3/(tgeB3-tgBe 7)]，同理h = sA0xtg e A。 7-sBOxtg e B。 7 = 2. 3 [tg e A0.7/ (tg e A3-tg e A0.7) -tg e B0.7/ (tg e B3-tg e B0.7)]。 (6)又设A点与B点两点的间水平距离为SAB， ABO三点水平投影构成平面三角形 的顶角为Z O，按照余弦定理:则有V&402 -2&40x幼OxCOSZO +幼02 而水平距离sA0 = a h/ (tg e固-tg e基)=2. 3/ (tg e A3-tg e A0 7); 水平距寓Sb。二 AH/(tge固-tge基)=2. 3/(tg e B3-tg e B0 7)，只需测量出角度
z o，就可测量出两点间水平距离为s^，也就可得出两点间平均坡度即[0041 ] 平均坡度P = arctg (h/SAB)。 公式中凡仰角为正值，俯角为负值，公式具有通用性。 由此可见，只要通过仪器安装的倾角传感器测量出四个倾角值和仪器安装的角位 移传感器测量出两点间的水平夹角，即可得出两点地形间的高差数据、水平距离和高差数 据。 本实用新型的工作过程 测量时，在两目标点之间安置与调平好仪器，将电源开关10打开，本实用新型进 入工作状态。电控功能单元2向倾角传感器5和角位移传感器24发送读数命令并且在显 示屏4上提示出信号，接下来第一步选择不同的测量模式即选择测量一模式选择键18或者 测量二模式选择键19，然后对前视标尺两标识点依次瞄准，依次打开读数制动键17，电控 功能单元2依次读取倾角传感器5和角位移传感器24的角度信号，按着对后视标尺两标识 点作同样的操作，四个标识点测量完毕后，电控功能单元2调用相应数模模式的程序模块 进行计算，求出当前高差数据、水平距离和高差数据，输出到显示屏4进行显示。并同时可 以多数据的存储，以及可以方便地将测量数据输出到外部计算机中进行数据处理和利用。
权利要求一种数字式高差测量仪，包括光学瞄准组件、水平转盘、显示屏、电控功能单元、外部控制部件以及三角支架组件；其特征是光学瞄准组件通过铰接的支撑部件安置于水平转盘上，光学瞄准组件包括望远镜和安装在望远镜上的倾角传感器；水平转盘安装在三角支架组件上，水平转盘上设置有显示屏及外部控制部件，内部设置有安装在水平转盘旋转轴心上的角位移传感器、电控功能单元；外部控制部件设有功能按键和数据通讯接口；电控功能单元包括电源模块、还包括由电源模块供电的中央控制器、与中央控制器电连接的倾角传感器、角位移传感器、放大器、存储器及数据通讯接口；显示屏及外部控制部件中的功能按键与电控功能单元电连接。
2. 如权利要求1所述的数字式高差测量仪，其特征是所述的倾角传感器设在安装于 望远镜上的倾角传感器箱体内，并且在倾角传感器箱体的安装面上与望远镜的视中轴线平 行。
3. 如权利要求1所述的数字式高差测量仪，其特征是所述的水平转盘下部设有水平 制动螺旋，旋转中轴和水平微调螺旋，水平转盘通过旋转中轴与三角支架组件基座相连。
4. 如权利要求1所述的数字式高差测量仪，其特征是所述的角位移传感器的转动轴 固定在水平转盘内部的中心旋转轴上。
5. 如权利要求1所述的数字式高差测量仪，其特征是所述功能按键包括数据查询健、 存贮健、删除键、测量模式选择键、读数制动键和电源开关。
专利摘要本实用新型公开了一种数字式高差测量仪，包括光学瞄准组件、水平转盘、显示屏、电控功能单元、外部控制部件以及三角支架组件；光学瞄准组件通过铰接的支撑部件安置于水平转盘上，光学瞄准组件包括望远镜和安装在望远镜上的倾角传感器；水平转盘安装在三角支架组件上，水平转盘上设置有显示屏及外部控制部件，内部设置有安装在水平转盘旋转轴心上的角位移传感器、电控功能单元；外部控制部件设有功能按键和数据通讯接口。本实用新型采用了水平转盘旋转角度与角位移传感器旋转角度同步一致的联动方式以及望远镜旋转角度与倾角传感器旋转角度同步一致的联动方式，可以快速准确地即时测量二点间高差，水平距离和坡度。
文档编号G01C3/04GK201535671SQ20092006284
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者佘济云, 曾思齐, 汤腾方, 赵坤, 鄢前飞 申请人:中南林业科技大学