投影放大水位测量精度的方法及应用

摘要

本发明涉及一种投影放大水位测量精度的方法及应用，该方法在测量水位的仪器上添加一根斜线，并标上横坐标，利用投影转换的方式提高水尺测量精度，投影转换法提高的读数精度放大的倍数跟设计的横向条纹宽度与水尺垂向条纹宽度比值有关，放大倍数为H/V，其中H为水尺横向条纹宽度，V为水尺垂向条纹宽度垂。此方法应用投影映射的原理，将测量水位的垂向读数投影到横向，该投影能够有效地提高水位测量仪器的测量精度。此外，可以根据不同测量需求，设计不同的横垂比，制造出不同测量精度的水位测量仪器用于实际的工程测量。此种放大水位测量精度的方法，简单有效，成本低廉，可变性强，十分易于获得更高精度的水位数据。

权利要求

1.一种投影放大水位测量精度的方法，其特征在于：在普通水位测量仪器上添加辅助线，所述辅助线为水位测量仪器垂向上的相邻两个刻度与横向上的首尾两个刻度形成的矩形的对角线；并在水位测量仪器的横向的各n等分刻度点处标上一组横向坐标轴；将垂向坐标读数投影到横向坐标轴上进行精确读数，以将水位测量仪器原本的读数精度提高一定倍数，具体计算方法如下：假设水位测量仪器的横向条纹宽度为H，垂向条纹宽度为V，横向刻度为HS，投影刻度为HP，根据投影关系可得：HS/HP＝H/V，即HP＝HS*(V/H)；Hs为横向刻度同时也为横向读数的精度，HP为投影刻度同时也为投影读数的精度，以此投影方法，投影读数的精度是横向读数的精度的H/V倍；或者，上述公式转换为：HP＝V*(HS/H)，水尺垂向条纹宽度V也是水位测量仪器的垂向刻度即为原始普通水位测量仪器的测量精度，以及横向刻度HS是横向条纹宽度H的n等分，因此上述公式化简为：HP＝V/n；即此种方法将水位测量仪器的测量精度提高了n倍。

2.一种如权利要求1所述投影放大水位测量精度的方法的应用，其特征在于：应用该方法制备一种水位测量仪器，所述水位测量仪器的水尺最终读数为Z＝Y+VR，又在投影关系中有：VR/HR＝V/H，故Z＝Y+HR*(V/H)＝Y+X*HP；其中Y为水面线所在位置垂向读数，VR为水位交点在垂向坐标轴上垂向宽度，HR为水位交点在横向坐标轴上横向宽度，V为水位测量仪器垂向条纹宽度，H为水位测量仪器横向条纹宽度，X为水位交点在横向坐标轴上的读数，HP为投影刻度；所述水位交点为水面线与水尺辅助线的交点。

说明书

投影放大水位测量精度的方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及水文测量信息技术领域，具体是指一种投影放大水位测量精度的方法及应用。

背景技术

[0002] 水位是指河流、湖泊、水库、海洋等水体的自由水面在某一指定基面以上的高程，以m计。水位是最基本的水位观测项目，长期积累的水位资料是水利水电建设、防洪抗旱、桥梁、航道、港口、城市给排水等工程建设规划设计的基本依据，直接应用于堤防、坝高、桥梁及涵洞、公路路面标高的确定、水库、堰闸、灌溉、排涝等工程的设计，并据以进行水文情报预报工作，为防汛抗旱、灌溉、航运及水利工程的建设、运用和管理等，及时提供水情信息。此外，水位为推求其他水文数据而提供间接运用资料。可根据连续观测的水位记录，通过水位流量关系推求流量及其变化过程，利用水位还可以推求水面比降和江河湖泊的蓄水量等。水位观测作为水文观测最基本的观测项目，十分重要。

[0003] 通常水位观测包括以下四种办法，人工观测、自记水位计记录、水位数据编码存储、水位自动测报系统。其中人工观测是最常用也是最可靠的一种水位观测方法。人工观测的方法是指：在选定的地点设立水位监测仪器，最常见的为水尺，直接观测水尺读书，加上水尺零点高程即为水位，其中水尺是必备的基本设施。

[0004] 水位观测精度需要满足使用要求，在一般水位观测中，水尺读数和水位值应准确至0.01m。普通的水尺刚好可以满足0.01m精度的需求，但是在小落差河段上观测比降、堰闸水头或有其他特殊精度要求时，应准确测记至0.005m，此时普通水尺的精度没有办法达到要求。因此，提出一种投影放大水位测量精度的方法，在本领域中具有极强的理论和实践价值。

发明内容

[0005] 针对现有技术不足，本发明提供一种投影放大水位测量精度的方法及应用。

[0006] 为实现上述目的，本发明一方面提供的一种投影放大水位测量精度的方法，其特征在于：在普通水位测量仪器上添加辅助线(斜线)，并标上一组横向坐标轴，将垂向坐标读数时存在的估算误差投影到横向坐标轴上进行精确读数，以将水位测量仪器原本的读数精度提高一定倍数，具体计算方法如下：

[0007] 假设水位测量仪器的横向条纹宽度为H，垂向条纹宽度为V，横向刻度为HS，投影刻度为HP，根据投影关系可得：HS/HP＝H/V，即HP＝HS*(V/H)；HS为横向刻度同时也为横向读数的精度，HP为投影刻度同时也为投影读数的精度，以此投影方法，投影读数的精度是横向读数的精度的H/V倍；或者，

[0008] 上述公式转换为：HP＝V*(HS/H)，水尺垂向条纹宽度V也是水位测量仪器的垂向刻度即为原始普通水位测量仪器的测量精度，以及横向刻度HS是横向条纹宽度H的n等分，因此上述公式化简为：HP＝V/n；即此种方法将水位测量仪器的测量精度提高了n倍。

[0009] 本发明另一方面提供一种投影放大水位测量精度的方法的应用，其特征在于：应用该方法制备一种水位测量仪器，所述水位测量仪器的水尺最终读数为Z＝Y+VR，又在投影关系中有：VR/HR＝V/H，故Z＝Y+HR*(V/H)＝Y+X*HP；其中Y为水面线所在位置垂向读数，VR为水位交点在垂向坐标轴上垂向宽度，HR为水位交点在横向坐标轴上横向宽度，V为水位测量仪器垂向条纹宽度，H为水位测量仪器横向条纹宽度，X为水位交点在横向坐标轴上的读数，HP为投影刻度。

[0010] 根据上述推导可知：该方法使用后水位测量精度提高的倍数跟水位测量仪器的横向条纹宽度与横向刻度的比值有关。以水尺为例，一般情况下，其横向条纹宽度为10cm，垂向条纹宽度为1cm，一般视觉误差范围内的读数为1cm，因此通常将横向刻度为横向条纹宽度的10等分。故该方法可以将普通水尺测量精度提高10倍。实际上，只要水尺横向条纹足够宽，使用该方法在理论上可以制造无限精度的水尺，因此根据测量需求来设计特定尺寸的水尺，使其精度满足实际工程测量的需求。该方法设计出来的水尺最终读数为：Z＝Y+VR，又在投影关系中有，VR/HR＝V/H，故Z＝Y+HR*(V/H)＝Y+X*HP。其中Y为水面线所在位置垂向读数，VR为水位交点在垂向坐标轴上垂向宽度，HR为水位交点在横向坐标轴上横向宽度，V为水尺垂向条纹宽度，H为水尺横向条纹宽度，X为水位交点在横向坐标轴上的读数，HP为投影刻度。

[0011] 本发明的原理如下：该方法可根据不同测量需求，设计不同的水位测量仪器的横向条纹宽度和横向刻度大小，从而制造出不同测量精度的水位测量仪器，用于实际的工程测量。此种方法相较于普通水位测量的精度放大率为H/HS，其中H为水位测量仪器的横向条纹宽度，HS为水位测量仪器的横向刻度。

[0012] 水位测量仪器的最终读数为Z＝Y+VR，又在投影关系中有：VR/HR＝V/H，故Z＝Y+HR*(V/H)＝Y+X*HP；其中y为水面线所在位置垂向读数，VR为水位交点在垂向坐标轴上垂向宽度，HR为水位交点在横向坐标轴上横向宽度，V为水位测量仪器垂向条纹宽度，H为水位测量仪器横向条纹宽度，X为水位交点在横向坐标轴上的读数，HP为投影刻度。

[0013] 本发明的优点和有益效果如下：本发明在测量水位的仪器上添加一根斜线，并标上横坐标，利用投影转换的方式提高水尺测量精度，投影转换法提高的读数精度放大的倍数跟设计的横向条纹宽度与水尺垂向条纹宽度比值有关，放大倍数为H/V，其中H为水尺横向条纹宽度，V为水尺垂向条纹宽度垂。此种投影放大水位测量精度的方法，简单有效，成本低廉，适应性强，十分易于获得更高精度的水位数据。

附图说明

[0014] 图1为本发明方法原理示意图；

[0015] 图2为本发明精度计算示意图；

[0016] 图3为本发明实施案例示意图。

[0017] 图中：H为水尺横向条纹宽度；V为水尺垂向条纹宽度；Y为垂向读数；X为横向读数；Z为水面线即水位；VR为垂向宽度；HR为横向宽度；HS为横向刻度；HP为投影刻度。

具体实施方式

[0018] 以下结合附图和具体实施例来对本发明内容作进一步地说明：

[0019] 根据一般水尺的制作方案，假设水尺横向条纹宽度H＝10cm，水尺垂向条纹宽度V＝1cm，一般情况下横向刻度为横向条纹宽度的10等分，即n＝10。根据发明内容中的公式可计算得到，HP＝V*(HS/H)＝V/n。由此可知，此方案的测量精度为普通水尺测量精度的10倍，测量精度由原先的0.01m提升到了0.001m。

[0020] 根据实施案例图中的水位交点的位置(水位交点，即水面线与水尺辅助线的交点)，又视觉误差在1cm以内，可读取到垂向坐标为Y＝17.55，横向坐标为X＝3，根据公式：Z＝Y+HR*(V/H)＝Y+X*HP，可计算得出水尺最终读数为17.553m。

[0021] 本发明投影放大水位测量精度的方法，简单有效且应用成本低。