[发明专利]基于激光雷达的实验室二维波面测量装置、系统以及监测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的实验室二维波面测量装置、系统以及监测方法，该系统包括数字信号采集系统、数据存储系统和数据处理系统；数字信号采集系统包括激光雷达，激光雷达用于扫描水体表面，获取水体表面与雷达实时相对距离；数据存储系统用于实时存储激光雷达的测量数据；数据处理系统用于将存储的原始测量数据进行处理，形成波面数据以及显示监测系统的工作状态。本发明针对实验室二维波面观测的数据需求，将激光雷达应用到实验室二维波面测量当中，通过激光雷达技术的特性，克服了传统水动力单点测量的局限，实现了高精度、高分辨率的实验室波面实时二维波面的连续监测。

技术领域

本发明涉及实验室观测技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的实验室二维波面测量装置、系统以及监测方法。

背景技术

水槽和港池实验是波浪传播变形研究的重要方法之一，地形影响下波浪发生复杂的浅化、折射、绕射、反射等现象，造成不同区域波高分布的差异。能否准确地测量不同区域波浪要素分布是决定实验成败的关键。

目前，实验室中波浪、周期的测量仪器主要为电容式波高仪，其原理是利用泡水和非泡水电容差别，推算水面，具有线性好、功耗低、量精度高的特点。但电容式波高仪为单点测量，仅能测量实验室中单一位置波浪参数难以获得比较全面的波高和周期分布。实验中也有通过加密波高仪测量的方法提高波浪采点数，从而得到相对精细的波高分布数据，但波高仪密度过高容易干扰波面和流场，对实验精度产生影响。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的现有实验室波浪参数单点接触式测量缺陷，提供一种基于激光雷达的实验室二维波面测量装置、系统以及监测方法，其将激光雷达应用到二维波面测量当中，实现了高精度、高分辨率的实验室二维波面连续监测。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于激光雷达的实验室二维波面测量装置，包括数字信号采集装置、数据存储装置和数据处理装置；

所述数字信号采集装置包括固定装置和激光雷达，所述激光雷达用于扫描水体表面，获取水体表面与雷达实时相对距离；所述固定装置用于调节和固定激光雷达的位置；

所述数据存储装置用于实时存储激光雷达的测量数据；

所述数据处理装置用于将存储的原始测量数据进行处理，形成波面数据，并且进行实时显示。

进一步地，所述固定装置包括固定支座和角度调节器，所述固定支座连接激光雷达和实验室顶部框架架构，用于固定激光雷达的位置；所述角度调节器用于设置并固定激光雷达相对垂直向下方向的角度。

进一步地，所述数据存储装置包括保护箱、网络附属存储和散热装置，所述激光雷达设置于保护箱内。

进一步地，所述保护箱包括防漏电模块，所述防漏电模块用于避免监测系统和周围水体携带电流。

本发明还提供一种基于激光雷达的实验室二维波面测量系统，包括数字信号采集系统、数据存储系统和数据处理系统；

所述数字信号采集系统包括激光雷达，所述激光雷达用于扫描水体表面，获取水体表面与雷达实时相对距离；

所述数据存储系统用于实时存储激光雷达的测量数据；

所述数据处理系统用于将存储的原始测量数据进行处理，形成波面数据以及显示监测系统的工作状态。

进一步地，所述数据处理系统包括软件系统和系统状态显示模块，所述软件系统用于形成波面数据，所述系统状态显示模块用于显示监测系统的工作状态。

本发明还提供一种基于激光雷达的实验室二维波面监测方法，包括如下步骤：

S1：通过设置于实验室波面上方的激光雷达实时采集波面高程点云；

S2：数据存储系统实时存储步骤S1中采集的数据；