一种智能激光雷达浮子水位计及其控制方法技术

本发明专利技术涉及水位测量技术领域，尤其涉及一种智能激光雷达浮子水位计及其控制方法，智能激光雷达浮子水位计包括套管、反射浮子与激光雷达探头，反射浮子设置在套管内部，反射浮子包括浮子主体与浮子反射面，浮子反射面设置在浮子主体的顶部，浮子反射面为高密度蜂窝状结构；激光雷达探头设置在套管的顶部，激光雷达向浮子反射面发射激光，并接收浮子反射面的反射光。高密度蜂窝结构的浮子反射面能够防止水珠凝结，从而避免了反射光飘移，同时反射浮子即使受水面波动影响产生倾斜，浮子反射面也可以使激光产生平行反射与漫反射，平行反射光强度大于漫反射光强度，因此激光雷达探头可以轻松地将接收的漫反射光滤除，从而保障水位测量的精准性。的精准性。的精准性。

【技术实现步骤摘要】
一种智能激光雷达浮子水位计及其控制方法


[0001]本专利技术涉及水位测量
，尤其涉及一种智能激光雷达浮子水位计及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前用于水利部门水文测量用的水位计种类较多，有雷达水位计、激光水位计、超声波水位计、浮子式脉冲水位仪、压力式水位计等。使用量较大的是激光水位计。
[0003]常规激光水位计主要是受水珠的物理特性影响，非常容易产生数据飘移。表面张力特性说明：水分子之间相互吸引的这种内聚力在水表界面上的作用就使得水表界面(其厚度只有水分子直径的数量级)自动收缩的现象称为水表张力。水的表面张力会产生物理特性：在潮湿的环境会在光滑的浮子的反射面表面凝结水珠，激光反射测距主要依靠激光的反射相位变化计算距离，根据水珠的透镜傅里叶变换性质推导出激光反射相位经水珠反射会发生不规律的变化，这是导致飘移的主要原因。此外，激光水位计的浮子在水面浮动非常容易受水面的波动影响，特别是在自然水域浮子的反射面很难保证一直在垂直的平面，当浮子受水面波动影响产生倾斜反射，反射光就会形成多次的折射后被接收器接收，这时测得距离就不是浮子到接收器的垂足距离，从而导致激光水位计的精准度偏差较大。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种智能激光雷达浮子水位计及其控制方法，旨在解决因为浮子的反射面凝结水珠导致反射光飘移，同时浮子受水面波动影响产生倾斜反射导致激光水位计测得距离就不是浮子到接收器的垂足距离的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种智能激光雷达浮子水位计，包括：
[0007]套管；
[0008]反射浮子，所述反射浮子设置在所述套管内部，所述反射浮子包括浮子主体与浮子反射面，所述浮子反射面设置在所述浮子主体的顶部，所述浮子反射面为高密度蜂窝状结构；
[0009]激光雷达探头，所述激光雷达探头设置在所述套管的顶部，所述激光雷达向所述浮子反射面发射所述激光，并接收所述浮子反射面的反射光。
[0010]作为优选方案，所述反射浮子还包括导管，所述导管的一端连接在所述浮子反射面，另一端导通所述浮子主体的底部。
[0011]作为优选方案，所述反射浮子还包括配重部，所述配重部安装在所述浮子主体的底部。
[0012]作为优选方案，所述浮子反射面是由高密度海绵制成的所述高密度蜂窝状结构。
[0013]作为优选方案，所述高密度蜂窝状结构的空隙为0.05
‑
0.15mm。
[0014]作为优选方案，所述反射浮子与所述套管的管壁之间设置有间隙。
[0015]作为优选方案，所述套管的下端开口设置有滤网。
[0016]作为优选方案，所述激光雷达探头采用波长为635nm，出口光功率<1mW，红色激光，二类安全激光，光源为可视安全光源。
[0017]作为优选方案，所述激光雷达探头包括：
[0018]电源管理模块，所述电源管理模块用于根据设备需要配置不同的供电模式及电源管理；
[0019]激光发射模块，所述激光反射模块与所述电源管理模块电连接，所述激光反射模块用于发射激光到所述浮子反射面；
[0020]反射光接收模块，所述反射光接收模块与所述电源管理模块电连接，所述反射光接收模块用于接收所述浮子反射面的反射光；
[0021]智能控制模块，所述智能控制模块与所述电源管理模块电连接，且所述智能控制模块与所述激光反射模块及所述反射光接收模块信号连接，所述智能控制模块用于控制所述激光反射模块的激光发射和所述反射光接收模块的反射光接收，经算法对比，滤除异常数据从而得到精准基础数据，再根据需要输入的安装高程、空高与安装高度的数值计算出水面高程或水深，计算公式如下：水面高程＝安装高程—空高，水深＝安装高度—空高，其中，空高就是所述激光雷达探头到水面的距离，安装高程就是所述激光雷达探头安装位的的海拔高度，安装高度就是所述激光雷达探头到水底的高度；其中，算法依次包括中位值平均滤波法、梯度数据存储与平滑趋势判断，所述中位值平均滤波法滤除超出的数值，超出的数值包括水位高程大于水位极限高程的高度值与水位高程小于水底的高度值，详见算法如下：
[0022]数字信号采样序列取长度为N的一个采样窗口，
[0023]在某t段采样数据为P＝{x(i
‑
N)
…
x(i)
…
x(i+N)}，在采样序列数据中找出最大值与最小值，剔除最小值P
max
和最小值P
min
，求和并求平均数：
[0024][0025]所述梯度数据存储根据算法需求需要存储3
‑
5次的有效数值，详见算法如下：
[0026]经中值滤波，得到一序列滤波数字信号，P＝{x(i)}，设定参数N＝3～5，存贮按时间序列顺序变化值P
n
；
[0027]所述平滑趋势判断根据近两次梯度数据判断第三次数据顺延前两次的变化趋势，如果三个数据是平直、上升或下降，数据就是有效值，如下：
[0028]①
、y＝f(t)；
[0029]②
、
[0030]式中，t为时间，y为随时间变化的采样值，取2次相邻数据的一阶导数；
[0031]通讯模块，所述通讯模块与所述电源管理模块电连接，且所述通讯模块与所述智能控制模块信号连接，所述通讯模块用于提供现地设备信息与配置信息并与手机通讯。
[0032]第二方面，本专利技术基于上述方案还提供了一种智能激光雷达浮子水位计的控制方法，包括以下步骤：
[0033]步骤1：根据现场情况通过手机或者网络设置智能激光雷达浮子水位计的高度基
准，并发出相关指令；
[0034]步骤2：所述智能激光雷达浮子水位计根据相关指令激活激光雷达探头发射激光至反射浮子，从而测得所述激光雷达探头到所述反射浮子之间的距离，反射浮子的浮子反射面为高密度蜂窝状结构，所述反射浮子随水位变化浮动；
[0035]步骤3：所述激光雷达探头包括智能控制模块、电源管理模块、通讯模块、激光发射模块与反射光接收模块，所述智能控制模块可以监测所述电源管理模块、所述通讯模块、所述激光发射模块与所述反射光接收模块的状态并通过通讯模块上传至管理平台，以实现远程自动巡检；
[0036]步骤4：所述激光雷达探头读取水位并经优化算法后上传至数据中心。
[0037]本专利技术所阐述的一种智能激光雷达浮子水位计及其控制方法，其有益效果在于：
[0038](1)本专利技术的智能激光雷达浮子水位计包括套管、反射浮子与激光雷达探头，将激光雷达探头安装在套管的顶部，将反射浮子安装在套管的内部，可以通过激光雷达探头发射激光至反射浮子，激光雷达探头接收反射浮子的反射光，从而可以测量水位。
[0039](2)本专利技术的反射浮子包括浮子主体与浮子反射面，浮子反射面设置在浮子主体的顶部，浮子反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，包括：套管；反射浮子，所述反射浮子设置在所述套管内部，所述反射浮子包括浮子主体与浮子反射面，所述浮子反射面设置在所述浮子主体的顶部，所述浮子反射面为高密度蜂窝状结构；激光雷达探头，所述激光雷达探头设置在所述套管的顶部，所述激光雷达向所述浮子反射面发射所述激光，并接收所述浮子反射面的反射光。2.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述反射浮子还包括导管，所述导管的一端连接在所述浮子反射面，另一端导通所述浮子主体的底部。3.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述反射浮子还包括配重部，所述配重部安装在所述浮子主体的底部。4.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述浮子反射面是由高密度海绵制成的所述高密度蜂窝状结构。5.根据权利要求4所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述高密度蜂窝状结构的空隙为0.05
‑
0.15mm。6.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述反射浮子与所述套管的管壁之间设置有间隙。7.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述套管的下端开口设置有滤网。8.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述激光雷达探头采用波长为635nm，出口光功率<1mW，红色激光，二类安全激光，光源为可视安全光源。9.根据权利要求1所述的智能激光雷达浮子水位计，其特征在于，所述激光雷达探头包括：电源管理模块，所述电源管理模块用于根据设备需要配置不同的供电模式及电源管理；激光发射模块，所述激光反射模块与所述电源管理模块电连接，所述激光反射模块用于发射激光到所述浮子反射面；反射光接收模块，所述反射光接收模块与所述电源管理模块电连接，所述反射光接收模块用于接收所述浮子反射面的反射光；智能控制模块，所述智能控制模块与所述电源管理模块电连接，且所述智能控制模块与所述激光反射模块及所述反射光接收模块信号连接，所述智能控制模块用于控制所述激光反射模块的激光发射和所述反射光接收模块的反射光接收，经算法对比，滤除异常数据从而得到精准基础数据，再根据需要输入的安装高程、空高与安装高度的数值计算出水面高程或水深，计算公式如下：水面高程＝安装高程—空高，水深＝安装高度—空高，其中，空高就是所述激...

【专利技术属性】
技术研发人员：林占东，陈然，张进朝，
申请(专利权)人：深圳市东深电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：