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摘 要：在长期的林场林业调查、规划、设计等工作实践中，结合目前市面上的测坡仪设计原理，发明制作了一种简易的测坡仪，可以适应林业调查、建筑施工、地图测绘等野外作业条件下使用，且具有便携、使用精度较高等优点。
关键词：测坡仪；制作；应用
中图分类号 S7715+2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）03-145-03
坡度是指坡面上两点之间的垂直距离与水平距离的比[1]。在林业外业调查设计工作中常常遇到测量坡度这项工作，同时在建筑工程等相关的测量、放样、施工、验收等工作环节中都会经常涉及到。通常的测量方法是要测出坡面上两点水平距离与垂直距离，既费事且精确度又不高，如果测量成形坡面的坡度还比较容易些，若所测两点不在成形坡面上，且两点之间又有障碍物，要想测出两点之间垂直距离与水平距离是比较困难的，精度上也没有保证，同时增加了大量的计算时间，给野外工作增加难度。笔者在林场工作实践中通过摸索制作了一种简单易用的测坡仪，可直接读出所测坡面的坡度，并且测量的准确度也可以达到较高的精度，给野外林业调查设计工作、野外建筑施工等工作都可以带来很大方便。现将相关制作与应用情况介绍如下，以供参考。
1 制作原理
测量坡度的原理如下：图1中BD为要测定的坡面线，AB、AD分别为它垂直投影线和水平投影线，故BD的坡度为AB：AD（见图1）。假定GF垂直于坡面线BD，并且经过E点有一直线GC垂直于BD的水平投影线AD，并交AD于C点，那么很容易证明∠FGC=∠BDA，即BD的坡度值AB：AD可以用∠FGC的正切值来表示。
证明如下：在直角三角形GEF和ABD中，因为∠BAD=∠GFE=90°，又因为∠FEG=∠DEC， ∠DEC=∠ABD，所以∠ADB=∠CGF，故△ABD∽△GFE，即可用∠FGC的正切值来表示坡面BD的坡度值AB∶ AD了。
图1 测量坡度原理图示
2 设计制作
首先，制作一块圆形的透明、有机玻璃面板或是其他透明材料，或者直接制作2块透明材料拼合成一个圆形面板（如图2的A位置），在面板中间凿开一个圆形的沟槽或者直接将图2内圆所示位置直接凿空，在圆形沟槽内盛装膨胀系数小的有色液体。选用铝合金等轻便金属作为支架（如图2中的BC位置）。在制作金属支架的时候，应该将金属支架包括如图示A、B、C部分的连接处应制成可以方便装卸的活支架，不可将其直接固定在一起，这样可以在不用时直接拆卸开，分别存放，不会占用太大的存储空间，对于在野外工作需要携带大量物品时可以节约空间。同时，为了每次使用时装卸方便，以及便于校准精度，应该在面板A与支架B之间的连接设置成固定卡口。可以在面板A上直接凿开与B可以锚合的接口，这样可以在便于装卸的同时，省去校准的时间，提高工作效率。
在图2面板A的圆形沟槽上半圆部分刻上0°～180°的均匀角度值，角度值精度可以根据实际测量需要的设计精度刻制所需要的精度角度值，然后向沟槽内注入膨胀系数较小的红色液体，如乙醇等，液体装量在下半圆，与上半圆角度初值位置相切。这样，这只测坡仪就制作成功了。笔者自己亲手制作了一只测坡仪模型，详见图3。
图2 测坡仪设计图示
根据实际使用情况来看，笔者制作的测坡仪具有以下优点：操作简单，携带方便，省工省时，并且精度相对较高，还具有一物多用等优点，特别适合广大基层人员以及常年在野外从事林业、建筑、水利工程等相关专业的工作人员施工使用。
图3 测坡仪横型
3 使用方法
使用方法如图4所示。在野外时若需要测出ED斜面的坡度，我们可以直接将测坡仪放置在斜坡ED上，面板A内部的沟槽内的液体会在重力的作用下，迅速在线1所示的平面达到一个新的平衡点，液面在上半圆部分会指示数值，这个数值即为斜面ED的角度值。为了测量的精确，可以利用随身携带的直尺、木条或者金属条，一是为了保持测坡仪的干净，二是避免因测坡仪侧边太短而造成测量误差，三是避免地面坑洼不平造成的测量误差。可以先将直尺等条状物先行放置在斜坡上，然后再把测坡仪放置在直尺等条状物体上，这样可以消除一些由于地表坑洼不平、地形环境差等造成的误差。此外，为了提高精度，消除系统误差，可以在斜坡上分段选择几个测量点，需要选取的测量点数量可以根据设计需要的精度要求选取合适的测量段，然后分别进行测量，对每次测量所获取的数值进行数学加权取平均值，这样就可以得出符合设计精度要求的斜坡ED坡度了。
图4 测坡仪使用方法图示
4 测坡仪在实际工作中的应用
41 在林业调查规划设计中的应用 由于林业调查、现场勘验等对坡度的要求不是太高，因此可以在所需要的测量坡面上随机选取若干测量点进行测量。如果遇到地形比较复杂，坑洼地段较多，可以在开阔地上根据自己的目测角度，用随身携带的直尺等条状物体放置成与目测坡度相近的角度，然后将测坡仪放置在直尺等条状物体上进行测量。
42 在建筑施工中的应用 由于建筑施工要求的斜面坡度精度较高，同时建筑物的表面也比较平整，因此可以直接选用精度与设计精度要求一致的测坡仪，直接放置在所需要测量的斜面上进行测量。由于建筑物斜面平整，操作环境较好，因此可以少选几个测量点，一般可以在两端以及中间各取一个测量点测量后取加权平均值即可得出所需要的值。
4.3 代替水平仪的应用 笔者设计的测坡仪还可以在一些场合代替水平仪的使用。可以直接将测坡仪放置在需要测量水平度的位置上，从坡面或者水平面的一端开始缓慢移动测坡仪，仔细观察测坡仪的坡度值是否始终与开始的数值相等。如果中间有数值与其他数值不同，那么表明坡面或者水平面是不平的，如果所测的坡度值始终都是一个数值，那么表明这个斜面或者水平面是平衡的。在实际使用过程中，我们可以在水平面上直接放置一把直尺或者其他水平的金属条，然后将坡度仪放置其上，看看坡度仪测量出的数值为0即可。或者在制作过程中，将测坡仪的支架C加长到所需要的长度，在具体测量的时候，根据所需要测量的实际，比如在需要测量水平时换上长的支架，需要测量斜面的时候换上短的支架，在测量斜面坡度比较困难的时候，也可以换上长的支架。
关键词：测坡仪；制作；应用
中图分类号 S7715+2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）03-145-03
坡度是指坡面上两点之间的垂直距离与水平距离的比[1]。在林业外业调查设计工作中常常遇到测量坡度这项工作，同时在建筑工程等相关的测量、放样、施工、验收等工作环节中都会经常涉及到。通常的测量方法是要测出坡面上两点水平距离与垂直距离，既费事且精确度又不高，如果测量成形坡面的坡度还比较容易些，若所测两点不在成形坡面上，且两点之间又有障碍物，要想测出两点之间垂直距离与水平距离是比较困难的，精度上也没有保证，同时增加了大量的计算时间，给野外工作增加难度。笔者在林场工作实践中通过摸索制作了一种简单易用的测坡仪，可直接读出所测坡面的坡度，并且测量的准确度也可以达到较高的精度，给野外林业调查设计工作、野外建筑施工等工作都可以带来很大方便。现将相关制作与应用情况介绍如下，以供参考。
1 制作原理
测量坡度的原理如下：图1中BD为要测定的坡面线，AB、AD分别为它垂直投影线和水平投影线，故BD的坡度为AB：AD（见图1）。假定GF垂直于坡面线BD，并且经过E点有一直线GC垂直于BD的水平投影线AD，并交AD于C点，那么很容易证明∠FGC=∠BDA，即BD的坡度值AB：AD可以用∠FGC的正切值来表示。
证明如下：在直角三角形GEF和ABD中，因为∠BAD=∠GFE=90°，又因为∠FEG=∠DEC， ∠DEC=∠ABD，所以∠ADB=∠CGF，故△ABD∽△GFE，即可用∠FGC的正切值来表示坡面BD的坡度值AB∶ AD了。
图1 测量坡度原理图示
2 设计制作
首先，制作一块圆形的透明、有机玻璃面板或是其他透明材料，或者直接制作2块透明材料拼合成一个圆形面板（如图2的A位置），在面板中间凿开一个圆形的沟槽或者直接将图2内圆所示位置直接凿空，在圆形沟槽内盛装膨胀系数小的有色液体。选用铝合金等轻便金属作为支架（如图2中的BC位置）。在制作金属支架的时候，应该将金属支架包括如图示A、B、C部分的连接处应制成可以方便装卸的活支架，不可将其直接固定在一起，这样可以在不用时直接拆卸开，分别存放，不会占用太大的存储空间，对于在野外工作需要携带大量物品时可以节约空间。同时，为了每次使用时装卸方便，以及便于校准精度，应该在面板A与支架B之间的连接设置成固定卡口。可以在面板A上直接凿开与B可以锚合的接口，这样可以在便于装卸的同时，省去校准的时间，提高工作效率。
在图2面板A的圆形沟槽上半圆部分刻上0°～180°的均匀角度值，角度值精度可以根据实际测量需要的设计精度刻制所需要的精度角度值，然后向沟槽内注入膨胀系数较小的红色液体，如乙醇等，液体装量在下半圆，与上半圆角度初值位置相切。这样，这只测坡仪就制作成功了。笔者自己亲手制作了一只测坡仪模型，详见图3。
图2 测坡仪设计图示
根据实际使用情况来看，笔者制作的测坡仪具有以下优点：操作简单，携带方便，省工省时，并且精度相对较高，还具有一物多用等优点，特别适合广大基层人员以及常年在野外从事林业、建筑、水利工程等相关专业的工作人员施工使用。
图3 测坡仪横型
3 使用方法
使用方法如图4所示。在野外时若需要测出ED斜面的坡度，我们可以直接将测坡仪放置在斜坡ED上，面板A内部的沟槽内的液体会在重力的作用下，迅速在线1所示的平面达到一个新的平衡点，液面在上半圆部分会指示数值，这个数值即为斜面ED的角度值。为了测量的精确，可以利用随身携带的直尺、木条或者金属条，一是为了保持测坡仪的干净，二是避免因测坡仪侧边太短而造成测量误差，三是避免地面坑洼不平造成的测量误差。可以先将直尺等条状物先行放置在斜坡上，然后再把测坡仪放置在直尺等条状物体上，这样可以消除一些由于地表坑洼不平、地形环境差等造成的误差。此外，为了提高精度，消除系统误差，可以在斜坡上分段选择几个测量点，需要选取的测量点数量可以根据设计需要的精度要求选取合适的测量段，然后分别进行测量，对每次测量所获取的数值进行数学加权取平均值，这样就可以得出符合设计精度要求的斜坡ED坡度了。
图4 测坡仪使用方法图示
4 测坡仪在实际工作中的应用
41 在林业调查规划设计中的应用 由于林业调查、现场勘验等对坡度的要求不是太高，因此可以在所需要的测量坡面上随机选取若干测量点进行测量。如果遇到地形比较复杂，坑洼地段较多，可以在开阔地上根据自己的目测角度，用随身携带的直尺等条状物体放置成与目测坡度相近的角度，然后将测坡仪放置在直尺等条状物体上进行测量。
42 在建筑施工中的应用 由于建筑施工要求的斜面坡度精度较高，同时建筑物的表面也比较平整，因此可以直接选用精度与设计精度要求一致的测坡仪，直接放置在所需要测量的斜面上进行测量。由于建筑物斜面平整，操作环境较好，因此可以少选几个测量点，一般可以在两端以及中间各取一个测量点测量后取加权平均值即可得出所需要的值。
4.3 代替水平仪的应用 笔者设计的测坡仪还可以在一些场合代替水平仪的使用。可以直接将测坡仪放置在需要测量水平度的位置上，从坡面或者水平面的一端开始缓慢移动测坡仪，仔细观察测坡仪的坡度值是否始终与开始的数值相等。如果中间有数值与其他数值不同，那么表明坡面或者水平面是不平的，如果所测的坡度值始终都是一个数值，那么表明这个斜面或者水平面是平衡的。在实际使用过程中，我们可以在水平面上直接放置一把直尺或者其他水平的金属条，然后将坡度仪放置其上，看看坡度仪测量出的数值为0即可。或者在制作过程中，将测坡仪的支架C加长到所需要的长度，在具体测量的时候，根据所需要测量的实际，比如在需要测量水平时换上长的支架，需要测量斜面的时候换上短的支架，在测量斜面坡度比较困难的时候，也可以换上长的支架。