The invention provides a ship carrier wave dynamic measurement device based on lidar, including lidar, industrial computer, GNSS differential receiver, attitude meter, bracket, floating block and limit block, lidar, industrial computer, GNSS differential receiver and attitude meter are installed in the bow, bracket, floating block and limit block are installed in the outboard of the bow, lidar, GNSS differential receiver, attitude meter. The instrument is connected with the industrial computer, in which the lidar is used to acquire the position of the floating block in real time; the GNSS differential receiver is used to acquire the precise world geodetic coordinates in real time; the attitude meter is used to acquire the ship's attitude angle in real time; the industrial computer is used to extract the dynamic wave measurement results based on the results obtained by the lidar, the GNSS differential receiver and the attitude meter; the floating block and the limit block are installed on the vertical pole. Upper, the vertical pole is fixed in front of the bow by means of a bracket. The invention can dynamically measure wave height and period in the course of ship navigation, and can provide information support and service for ship automatic navigation and marine meteorological departments.
【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置
本专利技术属于水文测量,同时涉及激光雷达的信息处理技术,具体为一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置。
技术介绍
船舶航行时很难实时测量波浪值(浪高和周期),而波浪会直接影响船舶航行安全。特别是在夜间航行时,肉眼不容易直接估计浪高和周期,会给驾驶员操控船舶带来隐患;同时,对于自动驾驶船舶,波浪信息也需要作为环境感知信息提供给决策者。因此,设计一种能够动态测量波浪的装置是十分有必要的。目前浪高仪主要有电容式、超声波式和电阻式、伺服式等形式,且它们几乎都是固定在水中进行测量,无法将它们直接用于在航船舶周围的波浪测量。另外,也可以通过合成孔径雷达(SAR雷达)海浪回波分析反演海浪大小,但是这种方法只适合大范围的海浪等级分析,无法做到实时检测海浪大小。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术提供一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:包括激光雷达、工控机、GNSS差分接收机、姿态仪、支架、漂浮块和限位块,激光雷达、工控机、GNSS差分接收机和姿态仪安装在船首,支架、漂浮块和限位块安装在船首外舷。激光雷达、GNSS差分接收机、姿态仪与工控机相连,其中,激光雷达用于实时获取漂浮块的位置;GNSS差分接收机用于实时获取精确的世界大地坐标;姿态仪用于实时获取船舶姿态角,工控机用于根据激光雷达、GNSS差分接收机、姿态仪获取的结果提取波浪动态测量结果;漂浮块和限位块安装在竖杆上,竖杆依靠支架固定在船首前侧,其中,限位块固定在竖杆上,限制 ...
【技术保护点】
1.一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:包括激光雷达、工控机、GNSS差分接收机、姿态仪、支架、漂浮块和限位块,激光雷达、工控机、GNSS差分接收机和姿态仪安装在船首,支架、漂浮块和限位块安装在船首外舷。激光雷达、GNSS差分接收机、姿态仪与工控机相连,其中,激光雷达用于实时获取漂浮块的位置;GNSS差分接收机用于实时获取精确的世界大地坐标;姿态仪用于实时获取船舶姿态角,工控机用于根据激光雷达、GNSS差分接收机、姿态仪获取的结果提取波浪动态测量结果;漂浮块和限位块安装在竖杆上,竖杆依靠支架固定在船首前侧,其中,限位块固定在竖杆上,限制漂浮块的移动极限。
【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:包括激光雷达、工控机、GNSS差分接收机、姿态仪、支架、漂浮块和限位块,激光雷达、工控机、GNSS差分接收机和姿态仪安装在船首,支架、漂浮块和限位块安装在船首外舷。激光雷达、GNSS差分接收机、姿态仪与工控机相连,其中,激光雷达用于实时获取漂浮块的位置;GNSS差分接收机用于实时获取精确的世界大地坐标;姿态仪用于实时获取船舶姿态角,工控机用于根据激光雷达、GNSS差分接收机、姿态仪获取的结果提取波浪动态测量结果;漂浮块和限位块安装在竖杆上,竖杆依靠支架固定在船首前侧,其中,限位块固定在竖杆上,限制漂浮块的移动极限。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:所述的激光雷达安装在船首最前端,采用上下扫描的方式,并保证激光雷达可以无遮挡地扫描到水面。3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:漂浮块能够漂浮在水面,漂浮块套在竖杆上,漂浮块能够随波浪高低变化沿竖杆自由上下移动。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:激光雷达上下扫描形成的激光扫描面与漂浮物中心处于同一平面。5.根据权利要求4所述的基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:激光雷达扫描得到连续点云帧,针对每一帧点云数据,通过目标识别算法检测出漂浮块相对激光雷达的位置。6.根据权利要求5所述的基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:激光雷达连续扫描得到漂浮块局部坐标,当船舶摇晃时,通过姿态仪提供的姿态角补偿和坐标转换得到漂浮块在船体坐标系下的坐标,由差分GNSS接收机获得的精确大地坐标得到漂浮块的精确海拔值。7.根据权利要求6所述的基于激光雷达的船载波浪动态测量装置,其特征在于:在船舶保持平稳状态时,建立以激光发射中心点O(0,0,0)为坐标原点、船舶首尾方向为x轴、船舶横向方向为y轴的、竖直方向为z轴的三轴笛卡尔坐标系O-XYZ,船舶横摇、纵摇和首摇角度分别用θx、θy和θz表示,提取漂浮块的精确海拔值实现如下,(1)激光雷达扫描得到连续点云帧,针对每一帧点云数据,通过目标识别算法检测出漂浮块相对激光发射中心点的距离dL和相对激光发射中心点的偏差角度φ,假设激光雷达测得的漂浮块坐标为PO(xO,yO,zO),其中yO=0,则(2)当船舶处于摇晃状态时...
【专利技术属性】
技术研发人员:柳晨光,毛庆洲,初秀民,谢朔,王芳,闫保芳,胡伟,吴安磊,刘荣荣,
申请(专利权)人:武汉大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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