[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

说明书

本发明公开了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，包括如下步骤：采用激光雷达获取堤顶波面的三维坐标点云；对三维坐标点云进行滤波处理；计算防浪建筑物的堤顶压强和堤顶波峰处的流速分布；基于获取的堤顶压强和堤顶波峰处的流速分布，计算防浪建筑物堤顶流量；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。本发明可以实时获取防浪建筑物堤顶的流量和总越浪量，不但测量精度高，而且可以反映整个越浪过程，为实验室和现场的越浪量分析提供了切实可行的方法。

技术领域

本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及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。

背景技术

越浪量是防浪建筑物设计的重要参数，对防浪建筑物堤身稳定和堤顶安全具有重要影响。流量和总越浪量是反映越浪量的重要参数，流量是指单位时间通过堤顶的水量，总越浪量是一段时间内通过海堤的总水量。

目前，越浪量的测量主要有两种方法。第一种方法是通过收纳越浪水体计算越浪量，另一种方法是通过视频和图像处理技术。第一种方法测量较为准确，但是这种方法不能反映越浪过程。第二种方法虽然能反映越浪过程，但是图像和视频的处理难度较大，并且越浪量测量误差较大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于三维激光雷达的珊瑚礁海岸防浪建筑物越浪量测量方法，可以实时获取防浪建筑物堤顶的流量和总越浪量，不但测量精度高，而且可以反映整个越浪过程，为实验室和现场的越浪量分析提供了切实可行的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供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，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：基于获取的堤顶压强和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。

进一步地，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。能够获取世界标准时间和激光雷达偏转角。三维激光雷达可以实时获取堤顶波面的三维坐标点云、时间戳和反射强度信息。

所述防浪建筑物的堤顶压强主要是用于分析建筑物受力，能够更好地进行越浪量分析。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。其主要目的是去除离群点，滤波半径取值和点数阈值通过经验调试，选取滤波效果较好时的参数。

进一步地，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(波面高程与堤顶高程之差)；P是压强，用于防浪建筑物的受力分析。

进一步地，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：