一種測坡儀的制作與應用

摘 要：在長期的林場林業調查、規劃、設計等工作實踐中，結合目前市面上的測坡儀設計原理，發明制作了一種簡易的測坡儀，可以適應林業調查、建筑施工、地圖測繪等野外作業條件下使用，且具有便攜、使用精度較高等優點。

關鍵詞：測坡儀；制作；應用

中圖分類號 S7715+2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）03-145-03

坡度是指坡面上兩點之間的垂直距離與水平距離的比[1]。在林業外業調查設計工作中常常遇到測量坡度這項工作，同時在建筑工程等相關的測量、放樣、施工、驗收等工作環節中都會經常涉及到。通常的測量方法是要測出坡面上兩點水平距離與垂直距離，既費事且精確度又不高，如果測量成形坡面的坡度還比較容易些，若所測兩點不在成形坡面上，且兩點之間又有障礙物，要想測出兩點之間垂直距離與水平距離是比較困難的，精度上也沒有保證，同時增加了大量的計算時間，給野外工作增加難度。筆者在林場工作實踐中通過摸索制作了一種簡單易用的測坡儀，可直接讀出所測坡面的坡度，并且測量的準確度也可以達到較高的精度，給野外林業調查設計工作、野外建筑施工等工作都可以帶來很大方便。現將相關制作與應用情況介紹如下，以供參考。

1 制作原理

測量坡度的原理如下：圖1中BD為要測定的坡面線，AB、AD分別為它垂直投影線和水平投影線，故BD的坡度為AB：AD（見圖1）。假定GF垂直于坡面線BD，并且經過E點有一直線GC垂直于BD的水平投影線AD，并交AD于C點，那么很容易證明∠FGC=∠BDA，即BD的坡度值AB：AD可以用∠FGC的正切值來表示。

證明如下：在直角三角形GEF和ABD中，因為∠BAD=∠GFE=90°，又因為∠FEG=∠DEC， ∠DEC=∠ABD，所以∠ADB=∠CGF，故△ABD∽△GFE，即可用∠FGC的正切值來表示坡面BD的坡度值AB∶ AD了。

圖1 測量坡度原理圖示

2 設計制作

首先，制作一塊圓形的透明、有機玻璃面板或是其他透明材料，或者直接制作2塊透明材料拼合成一個圓形面板（如圖2的A位置），在面板中間鑿開一個圓形的溝槽或者直接將圖2內圓所示位置直接鑿空，在圓形溝槽內盛裝膨脹系數小的有色液體。選用鋁合金等輕便金屬作為支架（如圖2中的BC位置）。在制作金屬支架的時候，應該將金屬支架包括如圖示A、B、C部分的連接處應制成可以方便裝卸的活支架，不可將其直接固定在一起，這樣可以在不用時直接拆卸開，分別存放，不會占用太大的存儲空間，對于在野外工作需要攜帶大量物品時可以節約空間。同時，為了每次使用時裝卸方便，以及便于校準精度，應該在面板A與支架B之間的連接設置成固定卡口。可以在面板A上直接鑿開與B可以錨合的接口，這樣可以在便于裝卸的同時，省去校準的時間，提高工作效率。

在圖2面板A的圓形溝槽上半圓部分刻上0°～180°的均勻角度值，角度值精度可以根據實際測量需要的設計精度刻制所需要的精度角度值，然后向溝槽內注入膨脹系數較小的紅色液體，如乙醇等，液體裝量在下半圓，與上半圓角度初值位置相切。這樣，這只測坡儀就制作成功了。筆者自己親手制作了一只測坡儀模型，詳見圖3。

圖2 測坡儀設計圖示

根據實際使用情況來看，筆者制作的測坡儀具有以下優點：操作簡單，攜帶方便，省工省時，并且精度相對較高，還具有一物多用等優點，特別適合廣大基層人員以及常年在野外從事林業、建筑、水利工程等相關專業的工作人員施工使用。

圖3 測坡儀橫型

3 使用方法

使用方法如圖4所示。在野外時若需要測出ED斜面的坡度，我們可以直接將測坡儀放置在斜坡ED上，面板A內部的溝槽內的液體會在重力的作用下，迅速在線1所示的平面達到一個新的平衡點，液面在上半圓部分會指示數值，這個數值即為斜面ED的角度值。為了測量的精確，可以利用隨身攜帶的直尺、木條或者金屬條，一是為了保持測坡儀的干凈，二是避免因測坡儀側邊太短而造成測量誤差，三是避免地面坑洼不平造成的測量誤差。可以先將直尺等條狀物先行放置在斜坡上，然后再把測坡儀放置在直尺等條狀物體上，這樣可以消除一些由于地表坑洼不平、地形環境差等造成的誤差。此外，為了提高精度，消除系統誤差，可以在斜坡上分段選擇幾個測量點，需要選取的測量點數量可以根據設計需要的精度要求選取合適的測量段，然后分別進行測量，對每次測量所獲取的數值進行數學加權取平均值，這樣就可以得出符合設計精度要求的斜坡ED坡度了。

圖4 測坡儀使用方法圖示

4 測坡儀在實際工作中的應用

41 在林業調查規劃設計中的應用 由于林業調查、現場勘驗等對坡度的要求不是太高，因此可以在所需要的測量坡面上隨機選取若干測量點進行測量。如果遇到地形比較復雜，坑洼地段較多，可以在開闊地上根據自己的目測角度，用隨身攜帶的直尺等條狀物體放置成與目測坡度相近的角度，然后將測坡儀放置在直尺等條狀物體上進行測量。

42 在建筑施工中的應用 由于建筑施工要求的斜面坡度精度較高，同時建筑物的表面也比較平整，因此可以直接選用精度與設計精度要求一致的測坡儀，直接放置在所需要測量的斜面上進行測量。由于建筑物斜面平整，操作環境較好，因此可以少選幾個測量點，一般可以在兩端以及中間各取一個測量點測量后取加權平均值即可得出所需要的值。

4.3 代替水平儀的應用 筆者設計的測坡儀還可以在一些場合代替水平儀的使用。可以直接將測坡儀放置在需要測量水平度的位置上，從坡面或者水平面的一端開始緩慢移動測坡儀，仔細觀察測坡儀的坡度值是否始終與開始的數值相等。如果中間有數值與其他數值不同，那么表明坡面或者水平面是不平的，如果所測的坡度值始終都是一個數值，那么表明這個斜面或者水平面是平衡的。在實際使用過程中，我們可以在水平面上直接放置一把直尺或者其他水平的金屬條，然后將坡度儀放置其上，看看坡度儀測量出的數值為0即可。或者在制作過程中，將測坡儀的支架C加長到所需要的長度，在具體測量的時候，根據所需要測量的實際，比如在需要測量水平時換上長的支架，需要測量斜面的時候換上短的支架，在測量斜面坡度比較困難的時候，也可以換上長的支架。

4.4 在地圖測繪勘察中的應用 由于地圖測繪坡度要求的精度很高，我們應該選用精度較高的測坡儀，支架C的選取要更多的考慮到野外工作環境的復雜性，要多準備幾個長度的支架。此外，在支架的制作上也要考慮到野外測繪工作其他的需要，與其他工具比如直尺等等結合起來使用，這樣可以減輕野外測繪人員的背包重量，較少的消耗測繪然人員的體力，便于他們有更多的精力來投入到測繪工作中去。

4.5 在水利工程中的應用 使用方法同建筑施工上的應用。

4.6 在檢查驗收中的應用 檢查正在施工的坡度或者驗收竣工的坡度是否達到設計要求時，可以在被檢查、驗收的坡面上放一直尺或者隨機選取的直的金屬條或者木條，再把測坡儀放在直尺上，此指針指出的角度即為檢查、驗收坡面的坡度。

5 制作使用時注意事項

（1）在使用時，測坡儀的角度始邊始終在上面，且測坡儀的支架C必須平行于所測坡面，即測坡儀支架C的平面必須與所測的坡面吻合在一起，沒有縫隙。

（2）要提高測坡儀的精度，測坡儀內的液體應該使用膨脹系數較小的有色液體，因為野外的工作環境很復雜，無法如在室內使用那樣控制好環境的溫度與濕度，為了盡可能的避免由于環境溫度變化所導致的系統性誤差，需要選取在盡可能寬幅的溫度范圍內膨脹系數較小的液體作為充填液。此外，為了讀數方便，應該將充填液體染色，這樣可以與測坡儀自身的色差區分開來，便于快速讀數，減輕工作量。

（3）支架C的制作，可以結合工種不同的需要，進行區別設計，這樣更便于野外工作使用。

（4）在面板上標刻所有的直角、角度的刻線都要細要精確，刻度精度要根據需要刻制不同精度的刻度線，便于不同需要的工作者使用。

（5）為了便于攜帶，測坡儀的3個部分應該單獨設計制作，并且每個部分要留有接口，方便于其他配件連接，同時也可以結合每個工作所需要的工具，對直接進行單獨設計制作，可以達到一物兩用或者一物三用甚至四用，在最大的可能上滿足工作者的使用，達到工具的集成性，減輕工作者的工具攜帶重量，減少體力消耗。同時，為了保護面板，應該將面板配上一個套子，把面板單獨存放。

19卷03期張 勇 一種測坡儀的制作與應用參考文獻

[1]徐成軍，劉春.測坡儀的制作與應用[J].治淮，1999，12：10-11.

（責編：張宏民）