[发明专利]一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法

权利要求书

1.一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采用激光雷达获取堤顶波面的三维坐标点云；

S2：对三维坐标点云进行滤波处理；

S3：计算防浪建筑物的堤顶压强和堤顶波峰处的流速分布；

S4：基于获取的堤顶波峰处的流速分布，计算防浪建筑物堤顶流量；

S5：根据防浪建筑物堤顶流量，计算获得防浪建筑物堤顶总越浪量。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S1中激光雷达布置于堤顶上方，所述激光雷达内置有GPS和惯性导航系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S2中滤波处理的具体方法为：

A1：采用直通滤波器提取堤顶范围内波面的三维坐标点云；

A2：采用半径滤波器去除波面三维坐标点云中的离群点；

A3：对每一帧的波面数据进行插值；

A4：采用移动平均滤波器对波形做平滑处理。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S2中直通滤波器在水平方向上设置有坐标阈值，水平方向的坐标阈值范围等于防浪建筑物所在位置的水平坐标范围。

5.根据权利要求3所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S2中所述半径滤波器设定有滤波半径和半径范围内点数的阈值，其中，滤波半径的取值和半径范围内点数阈值的取值与防浪建筑物堤顶三维坐标点云的采样数有关。

6.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S3中防浪建筑物的堤顶压强的计算方法为：P＝ρgz，其中：ρ是水体密度；z是波面高度；P是压强，用于防浪建筑物的受力分析。

7.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S3中防浪建筑物的堤顶波峰处的流速分布的计算方法为：

通过单位时间内波峰移动的水平距离得到波峰处的速度，由流速沿水深的对数分布式获取到堤顶波峰处的流速分布。

8.根据权利要求7所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S3中流速沿水深的对数分布式为：

式中：κ是卡门常数；z是计算点位置距防浪建筑物顶部的高度；是速度零点高度，△是防浪建筑物的表面粗糙度；u是任意水深处的流速；u_*是摩阻流速，摩阻流速可基于流速沿水深的对数分布式和波面流速计算得到。

9.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S4中防浪建筑物堤顶流量的计算方法为：

其中，q是通过防浪建筑物堤顶的流量；n是这一时刻波峰线上坐标点的数量；z_j是沿岸方向上第j个波峰处的波面高度；u_j是沿岸方向上第j个波峰处的流速；Δy_j是第j个波峰处所对应的波面宽度。

10.根据权利要求9所述的一种基于三维激光雷达的海岸防浪建筑物越浪量测量方法，其特征在于，所述步骤S5中防浪建筑物堤顶总越浪量的计算方法为：

其中，Q是堤顶总越浪量；q_i是i时刻的堤顶流量；Δt_i是i时刻与前一时刻的时间差。