本实用新型涉及水环境修复技术领域，特别是涉及一种基于激光测距的管道沉积物厚度测量装置及测量方法。
背景技术：
城市雨水管道中沉积物的存在，将直接导致管道过流能力下降从而降低排水管道的排水容量。更重要的是，管道内的沉积物在暴雨时会被径流冲刷而进入水体，形成冲击性污染负荷，使这些物质的重新释放对水体可能会产生不可逆转的影响。此外，管网内沉积物在微生物的作用下会发生一系列的生化反应，从而使其粘性改变、组成发生变化，产生的一些有毒有害气体会腐蚀管道，所以对于雨水管道沉积物的研究日渐受到重视。管道沉积物厚度的测量是调查研究管道沉积物分布必不可少的一个环节，但是传统的一些测量方法都存在不同程度的局限性：
(1)经验判断法：
经验丰富的管道养护人员根据井内水面的水位高度和流速，粗略判断井内水面下的沉积物厚度，具有较大的随意性和不准确性。
(2)简易插杆感知法：
应用较多，一般采用带有刻度的测量插杆，直立的插入井内到底，通过感知判断插入井内底部的深度，同样带有较强的人为因素，准确性一般。
(3)井下蛙人摸查法：
通过专业的井下蛙人进入市政排水管道，在水下用量尺测量沉积物厚度，准确性较好，但对于小管径(dn400及以下)，井下空间较小，难以通过人工下井实施。大口径管道(dn800及以上)作为市政主管，一般水流流速大，水流状况复杂，有毒有害气体浓度高，蛙人虽然经过专业的培训，依然存在极大的安全隐患。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供本实用新型提供一种基于激光测距的管道沉积物厚度测量装置，该装置构成简单，便于搭建。
本实用新型另一个目的是，提供一种基于激光测距原理的沉积物厚度测量方法，该方法简单实用，测量结果较为准确，且不受管道管径与测量距管口距离的限制。
为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：
一种基于激光测距的管道沉积物厚度测量装置，包括三脚架、通过云台固定在所述三脚架顶部的激光测距仪和用于将激光测距仪的中心点与所述管道管口竖直方向直径相对齐的辅助对齐装置。
在上述技术方案中，所述辅助对齐装置包括通过连接线悬挂在所述激光测距仪正下方的线坠和一端放置于管道内部一端从所述管道内延伸出来的圆棍。
在上述技术方案中，所述辅助对齐装置包括固定在所述激光测距仪顶部的激光瞄准器以及用于放置在管道内的辅助木板，其中：
所述辅助木板的长度小于所述管道的直径，所述辅助木板的中位线上粘贴有反光亮条，所述反光亮条位于所述辅助木板的宽度方向上，所述辅助木板的中心还固定设有水平泡。
本实用新型的另一方面，基于所述管道沉积物厚度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，利用辅助对齐装置调整激光测距仪的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上；
步骤2，测量激光测距仪的中心点a点到管道管口竖直方向直径的最低点e点之间的距离，得到ae距离l2以及ae与水平方向夹角δ，计算中心点a点与e点之间的垂直距离h：h＝l2sinδ；
步骤3，调整云台倾斜一定角度测量第一组数据，中心点a距离沉积物顶部点测量点b直线距离l，ab与水平方向的夹角0，由数学三角余弦定理可计算沉积物厚度h，h＝h-lsinθ。
本实用新型的另一方面，基于所述管道沉积物厚度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，利用辅助对齐装置调整激光测距仪的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上；
步骤2，手动测量激光测距仪的中心点a点距离管道管口竖直方向直径的最高点之间的垂直距离h1，使得激光测距仪瞄准管道内部任一垂直直径的最高点b’，得ab’距离l1，ab’与水平面夹角β，计算敷设坡度α：
步骤3，调整云台，使得激光测距仪瞄准管道管口竖直直径最低点e点，得到中心点a点距离测量中心点a距离最低点e点的距离l2，a、e两点连线与水平方向的夹角δ，通过以下公式计算管道管口竖直直径最低点e的垂直距离h：h＝l2sin(δ-α)；
步骤4，调整云台倾斜一定角度测量第一组数据，利用激光测距仪测量中心点a距离沉积物顶部点测量点b直线距离l，ab与水平方向的夹角θ，计算沉积物厚度h公式：h＝h-lsin(θ-α)。
在上述技术方案中，所述步骤1中调整方式包括以下步骤：
(1)沿管道水流方向，将圆棍置于管道内，在重力作用下，所述圆棍的中心点投影在管道管口竖直方向直径上；
(2)将云台的水平面锁定(水平面的调整根据云台自身的水平泡判断)，使得激光测距仪只能在z轴方向上移动；
(3)移动三脚架或通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，使得线坠的尖部对准圆棍的中心点，如此使得激光测距仪的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上。
在上述技术方案中，所述步骤1中调整方式包括以下步骤：
(1)将所述辅助木板安放在管道内部，利用水平泡调节使得所述辅助木板处于水平状态；
(2)将云台的水平面锁定，使得激光测距仪只能在z轴方向上移动；
(3)打开激光瞄准器，用激光束照射反光亮条，通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，使得云台在竖直方向运动时激光束始终照射在反光亮条上，如此使得激光测距仪的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上。
在上述技术方案中，还包括步骤4(或步骤5)，通过微调激光测距仪的角度密集取点，测量两组以上沉积物厚度h，结果取平均值；
或包括步骤4(或步骤5)，沿着管道水流方向密集取点作为测量点，拟合沉积物的纵剖面图；
或包括步骤4(或步骤5)，通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，沿垂直管道水流方向取点密集取点作为测量点，拟合沉积物的横剖面图。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.相较于传统测量方法准确率大大提高，测量成本降低。
2.克服了传统测量方法测量时管道管径的局限，克服了传统测量方法无法深入管道深处测量的局限。
3.可在一定范围内沿管道水流方向密集取点，测量结果取平均值提高精确度；可沿水流方向按一定规律取点测量，测量结果散点拟合曲线，模拟管道沉积物纵剖面图。
4.可使用带有左右滑动滑杆的云台，左右滑动滑杆密集取点，测量结果取平均值提高精确度；同理，也可拟合沉积物另一方向纵剖面图。
附图说明
图1是实施例2中管道理想水平状态测距、测角原理示意图。
图2是实施例3中管道倾斜状态测量管道坡度原理示意图。
图3是实施例3中管道倾斜状态测距、测角原理示意图。
图4是管口沉积物较少时测距仪安装方法示意图。
图5是管口沉积物较多时测距仪安装方法示意图。
图6是辅助木板示意图。
图中：1-云台，2-激光测距仪，3-三脚架，4-线坠，5-圆棍，6-辅助木板，7-反光亮条，8-水平泡，9-激光瞄准器。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
一种基于激光测距的管道沉积物厚度测量装置，包括三脚架3、通过云台1固定在所述三脚架3顶部的激光测距仪2和用于将激光测距仪2的中心点与所述管道管口竖直方向直径相对齐的辅助对齐装置。
利用辅助对齐装置将激光测距仪2的中心点与所述管道管口竖直方向直径对齐后，先测量激光测距仪2的中心点与管道管口竖直方向直径最低点的距离h，然后利用激光测距仪2测量激光测距仪2的中心点a距离沉积物顶部点测量点b直线距离l，以及ab与水平方向的夹角k，通过h＝h-lsink计算得到管道沉积物厚度h。
实施例2
当管道敷设处于理想水平状态：
管道敷设处于理想水平状态下，人工下井架设以上测量装置，激光测距仪通过云台固定在三脚架顶部，使得激光测距仪可在x/y/z三个方向上移动，x轴、z轴位于水平面上，y轴在竖直方向上。
使用以上装置对管道沉积物厚度进行测量时，包括以下步骤：
步骤1，利用辅助对齐装置调整激光测距仪2的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上；
步骤2，测量激光测距仪2的中心点a点到管道管口竖直方向直径的最低点e点之间的距离，得到ae距离l2以及ae与水平方向夹角δ，计算中心点a点与e点之间的垂直距离h：
h＝l2sinδ
步骤3，调整云台倾斜一定角度测量第一组数据，中心点a距离沉积物顶部点测量点b直线距离l，ab与水平方向的夹角θ，由数学三角余弦定理可给出沉积物厚度h计算公式：
h＝h-lsinθ。
作为优选方式，还包括步骤4，重复步骤3，取测量结果的平均值作为沉积物厚度的最终结果。
可在一定范围通过微调激光测距仪2的角度密集取点，测量结果取平均值增加测量结果精确度。
所得数据可输入excel表格里快速计算得到结果；所得多组沉积物厚度h值，可取平均值提高测量结果，也可在excel、matlab、origin等软件中拟合曲线模拟沉积物剖面图，沿着管道水流方向密集取点作为测量点，拟合沉积物的纵剖面图；通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，沿垂直管道水流方向取点密集取点作为测量点，拟合沉积物的横剖面图。
实施例3
雨水管道敷设存在坡度α：
同样的，人工下井架设以上测量装置，激光测距仪通过云台固定在三脚架顶部。
利用所述测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，利用辅助对齐装置调整激光测距仪2的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上；
步骤2，手动测量激光测距仪2的中心点a点距离管道管口竖直方向直径的最高点之间的垂直距离h1，使得激光测距仪2瞄准管道内部任一垂直直径的最高点b’，得ab’距离l1，ab’与水平面夹角β，计算敷设坡度α：
步骤3，调整云台，使得激光测距仪2瞄准管道管口竖直直径最低点e点，得到中心点a点距离测量中心点a距离最低点e点的距离l2，a、e两点连线与水平方向的夹角δ，通过以下公式计算管道管口竖直直径最低点e的垂直距离h：
h＝l2sin(δ-α)；
步骤4，调整云台倾斜一定角度测量第一组数据，利用激光测距仪2测量中心点a距离沉积物顶部点测量点b直线距离l，ab与水平方向的夹角θ，计算沉积物厚度h公式：
h＝h-lsin(θ-α)。
作为优选方式，还包括步骤5，重复步骤4，取测量结果的平均值作为沉积物厚度的最终结果。
可在一定范围通过微调激光测距仪2的角度密集取点，测量结果取平均值增加测量结果精确度。所得数据可输入excel表格里快速计算得到结果；所得多组沉积物厚度h值，可取平均值提高测量结果，也可在excel、matlab、origin等软件中拟合曲线模拟沉积物剖面图。沿着管道水流方向密集取点作为测量点，拟合沉积物的纵剖面图；通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，沿垂直管道水流方向取点密集取点作为测量点，拟合沉积物的横剖面图。
实施例4
在实施例2或实施例3中，激光测距仪2的中心点a与管道管口竖直方向直径相对齐的方式可分为以下两种情况：
当管道内部沉积物较少时：
所述辅助对齐装置包括通过连接线悬挂在所述激光测距仪2正下方的线坠4和一端放置于管道内部一端从所述管道内延伸出来的圆棍5。
激光测距仪2的中心点a与管道管口竖直方向直径相对齐的方式，包括以下步骤：
步骤1，沿管道水流方向，将圆棍置于管道内，在重力作用下，所述圆棍的中心点投影在管道管口竖直方向直径上；
步骤2，将云台1的水平面锁定(水平面的调整根据云台1自身的水平泡判断)，使得激光测距仪2只能在z轴方向上移动；
步骤3，移动三脚架3或通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，使得所述线坠4的尖部对准圆棍5的中心点，如此使得激光测距仪2的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上。
当管道内部沉积物较多时：
所述辅助对齐装置包括固定在所述激光测距仪2顶部的激光瞄准器9以及用于放置在管道内的辅助木板6，其中：
所述辅助木板6的长度小于所述管道的直径，所述辅助木板6的中位线上粘贴有反光亮条7，所述反光亮条7位于所述辅助木板6的宽度方向上，所述辅助木板6的中心还固定设有水平泡8。
激光测距仪2的中心点a与管道管口竖直方向直径相对齐的方式，包括以下步骤：
步骤1，将所述辅助木板安放在管道内部，利用水平泡调节使得所述辅助木板处于水平状态；
步骤2，将云台1的水平面锁定(水平面的调整根据云台1自身的水平泡判断)，使得激光测距仪2只能在z轴方向上移动；
步骤3，打开激光瞄准器9，用激光束去照射所述反光亮条7，通过调节激光测距仪在云台的滑杆上的左右位置，使得云台在竖直方向运动时激光束始终照射在反光亮条上，如此使得激光测距仪的中心点a投影在管道管口竖直方向直径上。此时可通过水平泡观察云台表面是否仍然处于水平状态，若存在倾斜，可稍作微调。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
1.一种基于激光测距的管道沉积物厚度测量装置，其特征在于，包括三脚架、通过云台固定在所述三脚架顶部的激光测距仪和用于将激光测距仪的中心点与管道管口竖直方向直径相对齐的辅助对齐装置。
2.如权利要求1所述的管道沉积物厚度测量装置，其特征在于，所述辅助对齐装置包括通过连接线悬挂在所述激光测距仪正下方的线坠和一端放置于管道内部一端从所述管道内延伸出来的圆棍。
3.如权利要求1所述的管道沉积物厚度测量装置，其特征在于，所述辅助对齐装置包括固定在所述激光测距仪顶部的激光瞄准器以及用于放置在管道内的辅助木板，其中：
所述辅助木板的长度小于所述管道的直径，所述辅助木板的中位线上粘贴有反光亮条，所述反光亮条位于所述辅助木板的宽度方向上，所述辅助木板的中心还固定设有水平泡。
技术总结