[发明专利]浅水环境下激光测波装置和方法

权利要求书

1.一种浅水环境下激光测波装置，其特征在于，包括滑杆、箱体容器、浮体、激光传感器、数据采集器和处理器；

所述箱体容器垂直固定于滑杆上，用于容纳电源和耗电设备；

所述激光传感器固定于箱体容器下表面，向下垂直发射激光；

所述浮体组成包括滑动部和浮力提供部，所述滑动部连接滑杆下部，沿滑杆滑动；所述浮力提供部为提供浮力的材料；所述浮力提供部中心位于激光传感器激光发射中心正下方，浮力提供部上表面水平，用于反射激光传感器发射的激光；

所述数据采集器固定于箱体容器内部，接收激光传感器发送的数据，并通过通信模块将数据发送至处理器处理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置包括光伏板、太阳能控制器和蓄电池；

所述光伏板设置于箱体容器上表面，光伏板一端连接滑杆，另一端连接箱体容器；光伏板和箱体容器上表面间形成倾角；

所述太阳能控制器和蓄电池设置于箱体容器内部，太阳能控制器输入端通过电缆连接光伏板，输出端分别连接蓄电池和接线柱，所述接线柱连接耗电设备。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滑杆内纵向设有凹槽；所述浮体滑动部为T型结构，T型头部为与滑杆内凹槽适配的条形结构，T型头两侧设有两排滚轮，T型头部嵌合在滑杆凹槽内，通过滚轮沿滑杆上下移动；T型尾部连接浮力提供部。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滑杆底部设有铆头；所述滑杆上部固定有两条带有螺丝的平行横梁；所述箱体容器上开设有带内螺纹的贯通孔；箱体容器和滑杆通过螺丝和贯通孔螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮体材质为聚丙烯。

6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮力提供部为圆柱体结构，圆柱体直径2~5 cm，高10 cm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，滑杆铅直安装在平静浅水水体中时，浮力提供部上表面和激光传感器的发射头距离在1m以上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光传感器通过标准通讯协议将采集的数据以固定时间间隔发送至数据采集器；

所述数据采集器将数据存储在本地记录器中，并通过通讯模块和商用通信网络分别将数据发送至用户终端的处理器和云端服务器。

9.权利要求1~8任一项所述装置用于浅水环境下激光测波的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将滑杆铅直安装在浅水水体中，激光传感器位于水面上方，浮体漂浮在水表；

2）激光传感器向浮体发射10 ~20 Hz不同频率的可见激光束；

3）数据采集器接收激光传感器发送的数据，并发送至处理器或云端服务器进行数据处理，计算波浪特征要素，包括波高、周期和频率谱。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中，数据处理步骤如下：

a）采用Mann-Kendall法对单测次原始数据趋势开展检验；

b）根据a）的检验结果，在该测次原始数据具有显著上升趋势或显著下降趋势时，采用回归分析对该测次原始数据开展去趋势处理，获取去趋势之后的波面升降记录值；

c）基于上跨0点法计算有效波高和周期；

其中，基于b）中获取的波面升降记录值，以上跨0点一侧的显著波峰与另外一侧的显著波谷之间的高度为波高；两个相邻显著波峰之间的时间为周期；1/3大波均值为有效波高和周期；

d）基于协方差函数计算水表波动的频率谱估计，获取波浪的频率谱。