专利名称：地表粗糙度参数测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及测绘技术，尤其涉及一种地表粗糙度参数测量装置及方法。
背景技术：
地表粗糙度具体通过地表均方根高度和相关长度两个参数来表征，这两个参数是通过对地表一系列离散点的高度的测量值(即地表粗糙度参数)进行数学计算后得到的两个参数。现有技术中测量地表粗糙度参数的装置有激光剖面仪和探针仪。激光剖面仪是在一固定支架顶端的水平板上安装激光头，测量时先将支架上的水平板调平，再利用激光头垂直向下观测水平板到地面的距离，将得到的值经换算后得到地表粗糙度参数；探针仪包括支架体和细杆状的探针，支架体的两端为用于放置到地面上的支架，两支架通过水平横梁固定连接在一起，且水平横梁上开设有多个间距固定的预留孔(通常为90 120个)，在使用时，先将支架体在待测地点放稳，再将探针逐个插入到预留孔中，再用相机拍下照片，以进一步从照片中提取地表粗糙度信息。现有技术中的地表粗糙度参数测量装置具有如下缺陷激光剖面仪价格昂贵且在使用时安装过程费时费力，严重影响测量效率；另一方面，当地表有少量植被覆盖时，激光头发射的光束会直接被这些植被反射回，导致测定值并非到地表的距离，误差较大。相对激光剖面仪，探针仪价格较便宜，且不会因待测地表上覆盖的少量植被而影响测量值的精度，但是，在测量时需要将探针一个个的插入预留孔中，这一安装操作十分耗时，严重影响了测量效率，另外，现有技术中的探针仪的两个支架要求与支架直接接触的地面为水平，否则，难以保证水平横梁的水平度，从而也影响了测得的地表粗糙度参数值的精度。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明是提供一种地表粗糙度参数测量装置，包括两沿垂向设置的柱状的支架；在两个所述支架之间分别固定连接有水平的上横杆和下横杆，所述上横杆和下横杆上分别对应开设有多个上通孔和下通孔，多个探针分别垂直穿设于所述上横杆上的上通孔和所述下横杆上对应的下通孔中；所述探针与所述上通孔及所述探针与所述下通孔之间为间隙配合；所述探针的顶端设置有用于防止所述探针由所述上通孔中滑脱的止挡头，所述探针的底端设置有用于与地表相接触的抵顶部，且所述抵顶部的横截面积大于所述下通孔。本发明的另一个方面是提供一种利用上述的地表粗糙度参数测量装置的地表粗糙度参数测量方法，包括将支架垂直置于待测的地表处，将所述支架的底端压入地表的表面并保证上横杆和下横杆处于水平位置，使探针的底端的抵顶部分别与地表接触；将一与探针的顶端的止挡头的颜色成对比色的平板置于所述探针及支架的后方作为背景平面；
在所述探针的正前方拍摄在所述背景平面下的探针照片。本发明提供的地表粗糙度参数测量装置，在使用时无需再逐一将探针插入，简化了安装操作，提高了测量效率，且结构简单、成本低廉；另外，本地表粗糙度参数测量装置能够适应地表覆盖植被的地点，以及与支架接触的地面不够水平的地点的测量，且能保证良好的测量精度。本发明提供的地表粗糙度参数测量方法，可以在覆盖植被的地表或是很难找到用于放置现有技术中的仪器支架的水平地面，方便、快速地采集地表粗糙度参数，提高了测量效率，保证了测量精度。
图1为本发明地表粗糙度参数测量装置实施例的主视图；图2为图1的俯视图；图3为图1中的上横杆或下横杆的俯视4为图1中的探针的结构示意图。1-支架；12-上横杆； 13-下横杆；121-上通孔； 131-下通孔； 2_探针；21-止挡头；22-抵顶部； 14-水平顶板；3-三水泡水平尺； 31-水泡；141-紧固螺钉；
10-支架基板；15-凸起标志点。
具体实施例方式本实施例提供一种地表粗糙度参数测量装置，请参照图1、图2和图4，包括两沿垂向设置的柱状的支架1，支架的底端的侧面为楔形面；在两个支架I之间分别固定连接有水平的上横杆12和下横杆13，上横杆12和下横杆13上分别对应开设有多个上通孔121和下通孔131，多个探针2分别垂直穿设于上横杆12上的上通孔121和下横杆13上对应的下通孔131中；探针2与上通孔121及探针2与下通孔131之间为间隙配合；探针2的顶端设置有用于防止探针由上通孔中滑脱的止挡头21，探针的底端设置有用于与地表相接触的抵顶部22，且抵顶部22的横截面积大于下通孔。具体地，支架I可以为形状和尺寸相同的两个四棱柱，其横截面的尺寸可以为25 X 15 (mm)，其高度可稍大于探针2的长度，其中，支架I的高度和探针2的长度根据待测的地表的植被覆盖情况来设定，以使探针2顶部的止挡头21能处于待测地表处覆盖的植被上方；最优地，支架I的底端的侧面可以为楔形侧面，以很省力的将支架I压入地表的表面，从而方便、快速将上横杆12和下横杆13调平，并能适应在表面呈垄状的地面的测量。上横杆12和下横杆13分别连接在两支架I之间，且保证上横杆12和下横杆13均垂直与支架1，下横杆13距离支架I的底端的距离可应大于待测地表处最低点与最高点的差值，上横杆12和下横杆13的距离不作具体限定，以保证探针2垂直穿设在上通孔121和下通孔131中即可，最优地，上横杆12和下横杆13之间的距离可以为探针2的长度的三分之一至二分之一之间；上通孔121和下通孔131的形状可以为圆形或方形，但需保证与探针2之间的间隙配合，以使探针2能够在上通孔121和下通孔131中沿垂向自由滑动，最优地，当上通孔121、下通孔131及探针2的横截面均为圆形时，上通孔121和下通孔131的孔壁与探针2之间的间隙可以为O. 5_。探针2顶端的止挡头21可以为固定连接在探针2顶端或与探针2 —体成型制成的横截面积大于上通孔121的块状物，以使止挡头21能够抵靠在上通孔121周围的上横杆12的顶面，防止探针2由上通孔121中向下滑落；探针2底端的抵顶部22可以为横截面积大于探针2的平板，以与地表接触，防止过细的探针2插入地表的表面，而引起测量精度下降。本实施例提供的地表粗糙度参数测量装置，通过活动穿设在上横杆12和下横杆13中的探针2，以及对探针2的定位设计，使得在利用本地表粗糙度测量装置测量地表粗糙度参数(地表一系列离散点的高度)时，只需将支架置于待测地表，而无需再逐一将探针插入，简化了安装操作，提高了测量效率；且本地表粗糙度参数测量装置能够适应地表覆盖植被的地点，以及与支架接触的地面不够水平的地点的测量，保证测量精度，同时，携带方便，制造成本低廉。在上述实施例中，如图1和图2所示，两个支架I的顶端通过平行于上横杆12的水平顶板14固定连接，水平顶板14的顶面上固定嵌设有一三水泡水平尺3 ;8卩，可在水平顶板14的顶面上对应三水泡水平尺3的尺寸开设一凹槽，并该凹槽的地面上开设螺纹孔，将三水泡水平尺放入该凹槽后，再通过紧固螺钉141将三水泡水平尺3螺接固定。三水泡水平尺3可以显示本地表粗糙度参数测量装置所处的水平度，并通过三水泡水平尺3的指示可方便将本地表粗糙度参数测量装置调平，以进一步保证上横杆和下横杆的水平度，提高测量精度。在本发明一实施例中，还包括一垂直固定设置在支架1、下横杆13及水平顶板14的朝向同一方向的侧面的支架基板10，支架基板10朝向探针2的表面与探针2之间不接触；且支架基板10的颜色与止挡头21的颜色为对比色。即，支架基板10可以为矩形平板，可通过将两支架1、水平顶板14及下横杆13分别固定连接在该矩形平板的同一表面的四个边处，上横杆12同样也可以固定设置在该矩形平板的表面上、平行下横杆13的位置，但上通孔121和下通孔131还应保证垂向一一对应，以使探针2垂直设置。最优地，支架基板10的颜色可以为黑色，同时 止挡头21的颜色可以为白色，以使拍摄出的照片中存在强烈的反差，方便后续在实验室进行的图像处理步骤。在上述实施例中，探针2为自行车辐条，自行车辐条的弯端被切割掉形成剪切端，剪切端上缠绕的多层胶带作为止挡头21，自行车辐条的另一端上螺接的条母为抵顶部22 ；直接利用自行车辐条在制作探针，制得的探针刚性好、体积小、质量轻，且制造过程简单方便、有利于进一步降低制造成本。进一步地，在水平顶板14朝向探针的侧面上，或者在支架基板朝向探针2的表面上、且在止挡头21的上方设置有两个位于同一水平直线上的颜色与架体基板不同的凸起标志点15，可将凸起标志点15的颜色设置成与支架基板10反差较明显的颜色，例如，当支架基板10为黑色时，可将凸起标志点15设置成银色，以用于在拍摄出的照片中标定出每个代表止挡头的像素所代表的实际高度。本发明另一实施例提供一种利用上述实施例提供的地表粗糙度测量装置的地表粗糙度参数测量方法，包括步骤501、将支架I垂直置于待测的地表处，将支架I的底端压入地表的表面并保证上横杆12和下横杆13处于水平位置，使探针2的底端的抵顶部22分别与地表接触。上述步骤的具体操作如下，将支架I垂直置于待测的地表处，观察三水泡水平尺3上的水泡31的位置，根据水泡31的位置的偏移情况调整支架I的位置，直至三水泡水平尺3显示水平顶板14处于完全的水平状态；即，当水泡31处于三水泡水平尺3的观察区的两标志线其中的一条的外侧时，表明该侧所指的方向位置偏高，可将本侧的支架I继续向下压，同时观察水泡31的走向，当水泡31处于三水泡水平尺3的观察区的两标志线之内时，表明水平顶面14此时在左右方向处于水平位置。同理其他两个分别保证前后和斜向的水泡，当三个水泡都位于两标志线中间时，则表示本粗糙度参数测量装置处于完全水平的位置。然后再次确认一下所有的探针2的抵顶部22均与所测的地表相接触。将一与探针2的顶端的止挡头21的颜色成对比色的平板置于探针2及支架I的后方作为背景平面；例如当止挡头的颜色为白色时，可以采用黑色的板或布来作背景平面；当然，如果支架I之间设置有支架基板10，则可省略此步骤。在探针2的正前方拍摄在背景平面下的探针照片。拍摄出的照片可在实验室中进行处理，获得所需的地表粗糙度参数，然后再通过数学运算的到地表粗糙度值(地表均方根和表面相关高度)，上述操作的具体处理方式为本领域的公知常识，在此不再赘述。本实施例提供的地表粗糙度参数测量方法，可以在覆盖植被的地表、以及很难找到用于放置现有技术中的仪器支架的水平地面，方便、快速地采集地表粗糙度参数，提高了测量效率，保证了测量精度。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种地表粗糙度参数测量装置，其特征在于，包括两沿垂向设置的柱状的支架；在两个所述支架之间分别固定连接有水平的上横杆和下横杆，所述上横杆和下横杆上分别对应开设有多个上通孔和下通孔，多个探针分别垂直穿设于所述上横杆上的上通孔和所述下横杆上对应的下通孔中；所述探针与所述上通孔及所述探针与所述下通孔之间为间隙配合；所述探针的顶端设置有用于防止所述探针由所述上通孔中滑脱的止挡头，所述探针的底端设置有用于与地表相接触的抵顶部，且所述抵顶部的横截面积大于所述下通孔。
2.根据权利要求1所述的地表粗糙度参数测量装置，其特征在于，两个所述支架的顶端通过平行于所述上横杆的水平顶板固定连接，所述水平顶板的顶面上固定嵌设有一三水泡水平尺。
3.根据权利要求2所述的地表粗糙度参数测量装置，其特征在于，还包括一垂直固定设 置在所述支架、所述下横杆及所述水平顶板的朝向同一方向的侧面的支架基板，所述支架基板朝向所述探针的表面与所述探针之间不接触；且所述支架基板的颜色与所述止挡头的颜色为对比色。
4.根据权利要求1或2或3所述的地表粗糙度参数测量装置，其特征在于，所述探针为自行车辐条，所述自行车辐条的弯端被切割掉形成剪切端，所述剪切端上缠绕的多层胶带作为所述止挡头，所述自行车辐条的另一端上螺接的条母为所述抵顶部。
5.根据权利要求3所述的地表粗糙度参数测量装置，其特征在于，在所述水平顶板朝向所述探针的侧面上，或者在所述支架基板朝向所述探针的表面上、且在所述止挡头的上方设置有两个位于同一水平直线上的颜色与所述架体基板不同的凸起标志点。
6.根据权利要求1或2或3所述的地表粗糙度参数测量装置，其特征在于，所述支架的底端的侧面为楔形面。
7.一种利用权利要求1至6任一所述的地表粗糙度参数测量装置的地表粗糙度参数测量方法,特征在于,包括 将支架垂直置于待测的地表处，将所述支架的底端压入地表的表面并保证上横杆和下横杆处于水平位置，使探针的底端的抵顶部分别与地表接触； 将一与探针的顶端的止挡头的颜色成对比色的平板置于所述探针及支架的后方作为背景平面； 在所述探针的正前方拍摄在所述背景平面下的探针照片。
8.根据权利要求7所述的地表粗糙度参数测量方法，特征在于，所述将支架垂直置于待测的地表处，将所述支架的底端压入地表的表面并保证上横杆和下横杆处于水平位置，使探针的底端的抵顶部分别与地表接触的步骤具体为 将所述支架垂直置于待测的地表处，观察三水泡水平尺上的水泡的位置，根据所述水泡的偏移情况调整所述支架的位置，直至所述三水泡水平尺显示水平顶板处于完全水平状态； 确保所述探针的底端的抵顶部分别与地表接触。
全文摘要
本发明提供一种地表粗糙度参数测量装置及方法。地表粗糙度参数测量装置包括两垂直设置的柱状的支架；在两个支架之间分别固定连接有水平的上横杆和下横杆，上横杆和下横杆上分别对应开设有上通孔和下通孔，探针分别垂直穿设于上通孔和对应的下通孔中；探针与上通孔及探针与下通孔之间为间隙配合；探针的顶端设置有用于防止探针由上通孔中滑脱的止挡头，探针的底端设置有用于与地表相接触的抵顶部。本发明提供的地表粗糙度参数测量装置，提高了测量效率，且结构简单、成本低廉；还能够适应地表覆盖植被的地点或与支架接触的地面不够水平的地点的测量，且能保证良好的测量精度。
文档编号G01B11/30GK103063168SQ201110383770
公开日2013年4月24日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者陈权, 李震, 曾江源 申请人:中国科学院对地观测与数字地球科学中心