波高测量系统及其测量方法技术方案

波高测量系统及其测量方法，涉及浪高测量技术领域，包括：测杆；电容式开关传感器，所述电容式开关传感器设置在所述测杆上，所述电容式开关传感器设置有一个以上，所述电容式传感器与电位器电连接；采集模块，与所述电容式传感器电连接，用于采集并处理所述电容式开关传感器的开关信息，并将处理后的信息传输至数据传输单元；数据传输单元，带有边缘计算功能，与所述采集模块电连接，用于计算处理所述采集模块传输的信号数据。本发明专利技术可以在暴雨条件下实时监测海堤植被的浪高及潮位信息，精准识别测量水体、雨水和泡沫等，监测数据的准确性高。监测数据的准确性高。监测数据的准确性高。

【技术实现步骤摘要】
波高测量系统及其测量方法


[0001]本专利技术属于浪高测量
，尤其涉及波高测量系统及其测量方法。

技术介绍

[0002]现行海洋水文学对于堤前植被带小水深条件下的波浪过程及波要素统计分布规律尚不明确，缺乏切合植被带实际的波浪谱，导致植被带波浪要素的准确性缺乏实测数据的检验。植被带间的波浪要素，不仅关系到海塘护面结构型式、海塘的塘脚冲刷防护，还关系到海塘的波浪爬高、越浪量，从而影响海塘的塘顶高程，而塘顶高程又恰恰是海塘体系中最敏感的特征参数之一。可见，海塘前沿植被带波浪要素的准确测量，对于当前注重生态的海塘工程体系而言，意义更胜以往。
[0003]现有的测量手段以线状电容或电阻原理测量，依靠水体的导电性进行线性判断水位，当高含水的枝叶枝干触碰、风浪产生的泡沫、海上漂浮的污物附着、破碎波产生的浪花等触碰到电容丝或电阻杆，都会造成测量的误差，尤其是雨天雨水顺着杆子滑落时，数据错误率较高，整体的抗干扰能力差。例如中国专利CN201720513987.6公开了一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其可记录波列作用下水体在斜坡面上的爬升过程，实时获悉波浪爬升高度的时间分布及横向空间分布。但其一般只能应用于河工模型中，无法在干扰较多的海塘中使用。
[0004]故此亟需开发波高测量系统及其测量方法来解决现有技术中的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供波高测量系统及其测量方法，可以在暴雨条件下实时监测海堤植被的浪高及潮位信息，精准识别测量水体、雨水和泡沫，抗干扰能力强，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]波高测量系统，包括：测杆；电容式开关传感器，所述电容式开关传感器设置在所述测杆上，所述电容式开关传感器设置有一个以上，所述电容式传感器与电位器电连接；采集模块，与所述电容式传感器电连接，用于采集所述电容式开关传感器的开关信息，并将所述开关信息转变为开关量信号数据传输至数据传输单元；数据传输单元，带有边缘计算功能，与所述采集模块电连接，用于计算处理所述采集模块提供的信号数据。
[0008]进一步，所述采集模块为多路开关量采集模块。
[0009]进一步，所述开关上部与所述开关下部为一体式结构或分体式结构。
[0010]进一步，所述开关下部为圆柱形，所述开关上部为圆锥形。
[0011]进一步，所述开关上部设有倒角。
[0012]进一步，所述电容式开关传感器连接有电位器，所述电位器至少设置有一个。
[0013]进一步，一个所述电位器连接有一个所述电容式开关传感器。
[0014]进一步，还包括防水密封盒，所述防水密封盒中设置有采集模块和数据传输单元，
所述采集模块与所述电容式开关传感器连接，所述采集模块用于采集电容式开关传感器的开关数据。
[0015]进一步，还包括云平台，所述云平台与所述数据传输单元连接，所述云平台用于接收并储存所述数据传输单元计算后的信息。
[0016]波高测量方法，基于所述的波高测量系统，包括如下步骤：步骤S1：设置电容式开关传感器的阈值；步骤S2：在待测区域安装所述波高测量系统；步骤S3：通过所述波高测量系统测量水位波高；。
[0017]进一步，所述步骤S1包括如下：
[0018]步骤S101：将单个开关传感器的感应部插入水中，调节电位器，使所述开关传感器处于高电平触发状态；
[0019]步骤S102：将经过所述步骤S101调节后的开关传感器置于空气中，在空气中进行恶劣环境模拟，不断调节电位器，使所述开关传感器处于非触发状态；
[0020]步骤S103：重复所述步骤S101及所述步骤S102，使得全部开关传感器在水中触发，但在恶劣环境模拟时不触发。
[0021]进一步，所述步骤S3包括：步骤S31：电容式开关传感器被水波触发高电平；步骤S32：采集模块采集电容式开关传感器的开关信息，并将所述开关信息转变为开关量信号数据传输至数据传输单元；步骤S33：带有边缘计算功能的数据传输单元对所述开关量信号数据进行计算，得到单波周期及波高特征波要素；步骤S34：上传数据至云平台。
[0022]进一步，所述步骤S33的数据计算流程包括如下步骤：
[0023]步骤S301：获得所述采集模块传输的所述开关量信号数据；
[0024]步骤S302：将所述获得的开关量信号数据从顶部遍历或/和从底部遍历；
[0025]步骤S303：将所述开关量信号数据转化为水位数据；
[0026]步骤S304：将水位数据与采集时间结合，获得水位时间序列；使用上跨零点法或下跨零点法，通过获得的水位时间序列，得到单波周期及波高数据。
[0027]进一步，所述步骤S302包括如下：数据传输单元收到开关量信号后，解析后得到一组开关量信号组，Sn＝(s0，s1，s2，
…
，sn)；其中，s0至sn为从底部至顶部；
[0028]所述从底部遍历，为从下向上方式，对Sn＝(s0，s1，s2，
…
，sn)从底部s0进行搜索查询，sx＝Locate(Sn)，其中，高电平为s0到sx
‑
1，第sx为低电平，sx在水上，此刻的浪高为：h1＝(x
‑
1)*d，d为传感器间的间距；
[0029]所述从顶部遍历，为从上往下方式，对Sn＝(s0，s1，s2，
…
，sn)从顶部sn进行搜索查询，sy＝Locate(Sn)，其中，低电平为sn到sy
‑
1，第sy为高电平，sy在水下，此刻的浪高为：h2＝y*d，d为传感器间的间距。
[0030]进一步，所述步骤S302中，若h1与h2不等，以从下往上方式为准。
[0031]进一步，所述步骤S304中，通过上跨零点法，对h(t)进行遍历并与h基点比较，计算单波周期及波高数据的公式包括如下：
[0032]h(tn)≤0(h基点)&&h(tn+1)≥0(h基点)；
[0033]h(tm)≤0(h基点)&&h(tm+1)≥0(h基点)；
[0034]其中，单波周期T＝tm
‑
tn，波高为该周期内最大值与最小值之差；h基点为波高参考水位，h(t)大于h基点时为正，h(t)小于h基点时为负。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过在所述测杆上设置一个以上的所述电容式开关传感器，将水位高度从依靠水体的导电性进行线性判断，转变为通过测杆上各点位电容式开关传感器的触发来进行离散式判断，避免了雨水和泡沫的干扰；且电容式开关传感器的灵敏度可以调节，故将所述电容式开关传感器调节成只对波浪的水体触发，而对草木、雨水、固体垃圾、泡沫或薄水舌浪花等不触发，使得本系统的检测结果更为准确，可信度高。
[0036]本专利技术的其他特点和优点将会在下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.波高测量系统，其特征在于，包括：测杆；电容式开关传感器，所述电容式开关传感器设置在所述测杆上，所述电容式开关传感器设置有一个以上，所述电容式传感器与电位器电连接；采集模块，与所述电容式传感器电连接，用于采集并处理所述电容式开关传感器的开关信息，并将处理后的信息传输至数据传输单元；数据传输单元，带有边缘计算功能，与所述采集模块电连接，用于计算处理所述采集模块传输的信号数据。2.根据权利要求1所述的波高测量系统，其特征在于，所述波高测量系统还包括：云平台，与所述数据传输单元通讯连接，用于接收并储存所述数据传输单元计算后的信息。3.根据权利要求1所述的波高测量系统，其特征在于，所述采集模块为多路开关量采集模块。4.波高测量方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
3任一项所述的波高测量系统，包括如下步骤：步骤S1：设置电容式开关传感器的阈值；步骤S2：在待测区域安装所述波高测量系统；步骤S3：通过所述波高测量系统测量水位波高；。5.根据权利要求4所述的波高测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下：步骤S101：将单个开关传感器的感应部插入水中，调节电位器，使所述开关传感器处于高电平触发状态；步骤S102：将经过所述步骤S101调节后的开关传感器置于空气中，在空气中进行恶劣环境模拟，不断调节电位器，使所述开关传感器处于非触发状态；步骤S103：重复所述步骤S101及所述步骤S102，使得全部开关传感器在水中触发，但在恶劣环境模拟时不触发。6.根据权利要求4所述的波高测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括：步骤S31：电容式开关传感器被水波触发高电平；步骤S32：采集模块采集电容式开关传感器的开关信息，并将所述开关信息转变为开关量信号数据传输至数据传输单元；步骤S33：带有边缘计算功能的数据传输单元对所述开关量信号数据进行计算，得到单波周期及波高特征波要素；步骤S34：上传数据至云平台。7.根据权利要求6所述的波高测量方法，其特征在于，所述步骤S33的数据计算流程包括如下步骤：步骤S301：获得所述采集模块传输的所述开关量信号数据；步骤S302：将所述获得的开关量信号数据从顶部遍历或/和从底部遍历；步骤S303：将所述开关量信号数据转化为水位数据；步骤S304：将水位数据与采集时间结合，获得水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永举，邵杰，黄君宝，黄世昌，董伟良，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：