[发明专利]一种山地微地形坡度、坡向的空间测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生态学、林学的野外调查技术领域，尤其涉及一种山地、微地形坡度和坡向的空间测量方法。

背景技术

坡度和坡向是山地野外调查中常用、普遍的测量因子。需要借助指南针、罗盘仪、测坡仪来进行操作测得。然而，在起伏不平山地和茂密森林、遮盖较密之处，往往采用二点一线或四点多线法进行测得，测量工作费工耗时，且得到的是一个接近的数值。更为困难的是，在密林微地形上布设单株植物和光照、水分精细实验时，大尺度范围是无法获取该处精准的坡度和坡向数据，由于地表坡度和坡向的不同与起伏不平，阳光入射角度也会出现一定的差异。从而造成不同微地形上，地表接收光照时间、强度和幼苗更新生长产生较大波动。实践中常常用大尺度上的坡度、坡向数据来替代微地形数据，这势必会对实际山形山势造成较大差异。因此，研发一种新的山地微地形森林微地形坡度、坡向精确、简易的、省工省时的测量方法，已是科研和经营管理工作者的当务之急。

现有野外测量技术至少存在以下缺点：野外测量坡度、坡向的方法不科学、耗工多、测量结果差异大，难以得出精确的微地形的数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维空间测量方法，能正确的反映微地形的坡度、坡向的测量结果。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种山地微地形坡度、坡向的空间测量方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：以百诺A650FHD3三脚架上标有BENRO标志的为b轴、标有HD3的为a轴，将所述a轴、b轴分别转动到0刻度的位置，并将三脚架三个支撑脚完全展开，并调整成统一高度，使其上的云台与地面保持平行，放置在所需测量的山地表面；

步骤2：转动b轴，使得云台上的水平气泡在b轴方向水平，记录转动角度β；

步骤3：转动a轴，使得云台上的水平气泡在a轴方向同样水平，即水平气泡居中，记录转动角度α；

步骤4：在云台上放置地质罗盘仪，将N刻度位置对准b轴，记录正北方向到N刻度位置的旋转角度γ；

步骤5：利用三维空间坐标计算坡面与水平面的二面角θ₁，将其作为坡度；

步骤6：利用三维空间坐标计算坡面法线在水平面上的投影方向θ₂，沿北方向顺时针旋转θ₂后的方向，将其作为坡向。

所述三脚架的两个轴的刻度需首先刻度对准0，并将三个支撑脚展开，调整成统一高度，是为了保证三脚架云台在水平地面上能够保持水平，即云台与地面保持平行。从而放置在山地上，能够准确表示与山地平行的面，用以计算山地的坡度和坡向。

所述转动角度β以逆时针旋转角度为负，顺时针旋转角度为正；转动角度α，以顺时针旋转角度为负，以逆时针旋转角度为正；旋转角度γ，以顺时针旋转为正角度，以逆时针旋转为负角度。

所述计算坡面与水平面的二面角θ₁采用公式(3)，需要将公式(1)和公式(2)代入公式(3)，其中公式(1)中的ω为a轴与b轴转动至水平时的夹角，公式(2)中的和代表了a轴与b轴未转动时的空间向量值。

ω＝arccos(-tan(α)×tan(β))(1)

所述计算坡面法线在水平面上的投影方向θ₂采用公式(5)或公式(6)，当公式(4)的值大于或等于0时，采用公式(5)计算θ₂；当公式(4)的值小于0时，采用公式(6)；

-cos(γ+ω)*tan(β)+cos(γ)*tan(α)(4)

由于在遮盖度较高的山地条件下，空旷区域较少，无法采用传统的两点一线或四点多线的方法进行坡度、坡向的测量。然而，本发明的坡度、坡向的测量方法，则不受遮盖度的限制，仅需要单人即可完成精确的坡度、坡向测量。本发明与现有技术相比，更具有精确性、可行性和可操作性。可节省人力和时间，提高野外调查工作的成效。

附图说明

图1为本发明实施例用三脚架示意图；

图2为本发明实施例用三脚架在空间中的摆放示意图；

图3为本发明坡度和坡向的空间几何表示图；

图4为本发明实施例光环境测量中罗盘仪摆放示意图；

图5为本发明实施例中Winscanopy软件计算光照参数的设置图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作详细描述。

本发明具体包括以下内容：