專利名稱：一種地表粗糙度的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地表粗糙度測量裝置以及用這種裝置進行測量的方法。確 切講本發(fā)明是一種用于測量路面、田地表面粗糙度的裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
土壤表面的粗糙度是表征土壤水文特性和影響土壤性質(zhì)的一個重要參數(shù)， 路面的粗糙度也是表征路面平整特性的重要參數(shù)。粗糙的土壤表面增大了土壤 表面積，可以蓄積部分降雨，減小風(fēng)速，增加太陽的輻射面積，同時增加了土 壤的蒸發(fā)量，減少土壤剖面水分。凹凸不平的路面對交通也有很大的影響。
地表粗糙度的測定方法通常有非接觸式和接觸式兩種測定方式。非接觸式 測定方法是用激光掃描探測進行測量。這類測量方法所用的測量裝置成本相對 較高。接觸式測定方法是在測定時儀器與地表接觸，接觸式方法主要有測針法， 鏈條法和桿尺法。
測針法是用測針在地表進行多次測定，由下式計算出粗糙度
W二1001g51 式l
式l屮R (roughness)表示粗糙度，S表示各測定點高程值的標準差。 中國發(fā)明專利申請200810083194.0公開種用測針法測量土壤表面粗糙度 的測量方法，其所用的裝置是在一個框架上固定有一個固定支點，框架上還 分別設(shè)置至少兩個與固定測臂平行且可沿框架的上下邊框運動的測針和可測量 測針高度變化的高度指示，在該專利申請的裝置中還設(shè)置有水位計用于建立測 定點之間水平方向的相同參考點。該專利申請包括一下的步驟1 )用裝置進行 測量測量；2)對測量數(shù)據(jù)的校正；3)計算。
鏈條法是美國人AliSalch(1993)提出的，他認為當(dāng)給定長度的鏈條(L。
置于地表時，由于地面的上下起伏，其水平長度會減小，計算鏈條長度的減小
值，再按式2得出衡量地面粗糙度的指數(shù)
3<formula>formula see original document page 4</formula>式2中Cr表示地面粗糙度指數(shù)，L2為鏈條置于地面時的水平長度。 中國發(fā)明專利申請03114152.8公開一種土壤粗糙度的測量方法，這種方法
與鏈條法相類似。該專利申請包括以下的步驟l)在目標土地內(nèi)隨機取樣，隨機 固定兩點，兩點間距離為L;2)在固定兩點所在的直線上，用無彈性軟繩緊貼土 壤的粗糙面放平，獲取兩點間軟繩拉直的距離L'; 3)依次類推測定每個樣方；4)
:根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得出每個樣方的土壤粗糙度Ci=Li'/L(i=l、 2、 3…n)，然后得 出整片目標土地的土壤粗糙度。
桿尺法分別用20， 30， 40， 50cm長的測桿，沿降雨徑流方向置于地表，用 直尺測量地面凹地的中點到桿的垂直高差，其平均值即為粗糙度Rh:
式3
/=1
現(xiàn)有技術(shù)中的接觸法測量所用測量裝置的成本較低， 一般來講其應(yīng)用與實 際的測量也比較簡單，但其測量值仍需要通過尺量得到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可以測量應(yīng)用中較現(xiàn)有技術(shù)更為方便，可直接得出測量值 函數(shù)的地表或路面粗糙度的裝置。
本發(fā)明的裝置如下構(gòu)成在支撐桿上固定有其頂端設(shè)有與外部連通的通道 的其內(nèi)盛放測量液體的容器，盛放測量液體的容器上還設(shè)有用柔性材料制成的 連通容器內(nèi)部的液體的連通管的一端，液體連通管的另一端與一個壓力表連通， 壓力表固定于活動測桿上。本發(fā)明裝置中所使用的測量液體可以是任一種液體 物質(zhì)，如酒精或液體油，也可以使用汞，本發(fā)明所用的測量液體最好使用水。 在進行測量時只需要將固定支撐桿的一端先行固定于測量地的預(yù)先確定位置， 如將支撐桿一端插入預(yù)先確定位置的土中，開啟設(shè)置于連通外部與盛放測量液體的連通管上的閥門，然后手持活動測桿將其輕輕地垂直置于地表，同時紀錄 壓力表的讀數(shù)。顯然這樣得到的壓力值為被測定點地表相對預(yù)先固定的容器液 面位置的相對壓力值，也就是地表凹凸不平的高度值的函數(shù)，如果壓力表單位
是是mmH20即可直接得到被測點的相對高度值，對于壓力表的壓力單位為 mmH20之外的其它單位，可以通過換算得到被測點的相對高度值。為使本發(fā)明 的裝置更為方便，可以將壓力表的刻度直接標示為高度單位。
本發(fā)明的地表粗糙度測量裝置中，所述的連通外部的通道為一連通管，在 壓力表上和連通外部的連通管上分別設(shè)置有可關(guān)斷/可開啟的閥門，這樣可以便
于裝置的運送和移動，也能避免裝置中的壓力表的損壞。
本發(fā)明的地表粗糙度測量裝置的活動測桿的下部，也就是與被測地表接觸 端上可以固定帶有圓滑測頭的測針，這樣將使裝置的使用更為方便。
本發(fā)明的支撐桿、活動測桿可以用木制、塑料或其它材料制成，活動測桿
K端固定的測針可用剛性材料，如鋼或其它金屬制成。 本發(fā)明優(yōu)點如下
1. 由于在本發(fā)明的裝置中設(shè)置了一個固定的其頂端設(shè)有與外部連通的 通道的其內(nèi)盛放測量液體的容器，這一裝置提供了測定點之間垂直方 向的相同參考點，從而巧妙的把各測定點的數(shù)值與參考的水平面位置 相結(jié)合，得到相關(guān)測量數(shù)據(jù)。
2. 得到的壓力數(shù)據(jù)為被測相對高度的函數(shù)值，可以直接讀出，使整個的
測量過程更應(yīng)方便快捷。
3. 由于本發(fā)明中配置了反映地表凹凸變化的測針，使本發(fā)明可以較為方 便而精確地進行地表粗糙度的測量。
4. 由于本發(fā)明設(shè)置能反映水位變化，而與測量地點的變化無關(guān)，因此可 以很方便的對各測定點進行比較。
5. 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點能夠滿足不同測量精度的要求?？梢愿鶕?jù)測量精度 的要求，選取測定點的間距和不同精度的壓力表。6. 本發(fā)明裝置釆用的測針法測量，其測量精度相對較高，
7. 裝置簡單，方便攜帶，適合野外工作的需要。


附圖為本發(fā)明的示意圖，其中1為盛放測量液體的容器，2為支撐桿，3 為柔性材料制成的連通管，4為壓力表，5為活動測桿，6為測針。
具體實施例方式
本發(fā)明結(jié)合實施例與附圖詳細說明
附圖給出的本發(fā)明實施例中，用截面為方型或圓形的型材制成一個高度為 65cm的活動測桿，其下端用8號鐵絲做一個其中一端帶有圓滑頭部的測針6， 長度是15cm，使用時圓滑的一端著地，測針的另一端固定在活動測桿5的下端； 在5上直接固定一塊壓力表4。用一根塑膠軟管3的一端固定連接在壓力表4上， 軟管的另一端連接容器l，容器1最簡單的可采用一個水瓶，將水瓶固定在支撐 桿2上，其內(nèi)充入水，水瓶的頂端為敞開結(jié)構(gòu)，使容器的內(nèi)部液體的上部與外 部連通。
測量吋把固定有盛放液體的容器1的支撐桿頂端直接插入土中，手拿著探 針，輕輕地垂直置于地表，同時紀錄壓力表的讀數(shù)。
測定測定粗糙度時，選擇有代表性的小區(qū)(1 mxl m)，根據(jù)測量精度的 要求，測定不同數(shù)量的點(200-400)，每個小區(qū)選取相同的水平參考面。測定時， 先把支撐件垂直固定，讓探針輕輕垂直著地，這時紀錄壓力表的讀數(shù)。根據(jù)測 定點地表的整體狀況，每塊地做2 3個重復(fù)，這樣有400 1200個點。注意取樣 的方向，同一點不要重復(fù)測量。
計算按樣地分別計算(每個樣地有相同的水平參考面，詳細計算過程見測 量與計算舉例)。
第一步參考點的校正。目的是校正測定吋每一個樣地在同一個水平面。選 取第一個測定點的值作為參考點，其它測定點的值減去參考點的值，就是該點 相對于參考點的值。值為正，表示該點比參考點低，值為負值，表示該點比參 考平面高。
6第二步把測定的3~5個小區(qū)測定點的壓力值取絕對值，計算平均值(mean) 和標準差(se)。
1 w
式4
式4中，R是計算的平均值，表示地表的粗糙度。 Hi表示第i個測定點的壓力差。
第三步把壓力差(Pa)轉(zhuǎn)換為高度差(mm)。如果壓力的單位是mmH20， 就不必轉(zhuǎn)換。
lPa=0.1 mmH20 Rf=10R
Rf表示粗糙度(mm)，其中R的單位是Pa。
應(yīng)用用平均值反映地表的粗糙程度，在平均值接近時，可以根據(jù)標準差(se) 來判斷地表的粗糙度，se越大，說明地表的粗糙程度越大。也可以參照D丄.Brough
等人的方法計算。
本發(fā)明的壓力表最好選擇數(shù)字壓力表，范圍為0"10KPa，精度為0.25%。 為保護壓力表，可在壓力表上連接閥門，再和軟管連接，閥門通常關(guān)閉，測量 時打開。另外在容器1的上部還可設(shè)置一連通容器內(nèi)部與外部的連通管，最好 在這根連通管上也設(shè)置閥門，該閥門通常關(guān)閉，測量時再打開。
權(quán)利要求
1、一種地表粗糙度測量裝置，其特征是在支撐桿上固定有其頂端設(shè)有與外部連通的通道的其內(nèi)盛放測量液體的容器，盛放測量液體的容器上還設(shè)有用柔性材料制成的連通容器內(nèi)部的液體的連通管的一端，液體連通管的另一端與一個壓力表連通，壓力表固定于活動測桿上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表粗糙度測量裝置，其特征是所述的連通外部 的通道為一連通管，在壓力表上和連通外部的連通管上分別設(shè)置有的閥門。
3、 權(quán)利要求1或2所述的地表粗糙度測量裝置，其特征是活動測桿的一端 固定有其下部帶有圓滑測頭的測針。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地表粗糙度測量裝置及測量方法。本發(fā)明的裝置是在支撐桿上固定有其頂端設(shè)有與外部連通的通道的其內(nèi)盛放測量液體的容器，盛放測量液體的容器上還設(shè)有用柔性材料制成的連通容器內(nèi)部的液體的連通管的一端，液體連通管的另一端與一個壓力表連通，壓力表固定于活動測桿上。本發(fā)明裝置中所使用的測量液體可以是任一種液體物質(zhì)，如酒精或液體油，也可以使用汞，本發(fā)明所用的測量液體最好使用水。
文檔編號G01B13/22GK101603822SQ20091016143
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者南志標, 沈禹穎, 牛伊寧 申請人:蘭州大學(xué)