专利名称：基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气象观测领域，是一种基于激光测距原理的可实现测试区域内积雪深度多点自动测量的装置。
背景技术：
积雪深度指的是积雪表面到达地面的垂直距离，是地面气象观测中的重要观测数据。气象部门测量积雪深度的传统方法是在观测场内选择相距10米的三个测量点插入量雪尺进行测量，通过人工观测各处雪面掩埋量尺的刻度线，然后取三个测量结果的平均值来代表积雪深度。人工观测方法费时费力，随机误差大，恶劣天气时操作难度大，难以实现实时监控。目前的自动化观测方法，如图像识别的方法，是通过摄像头代替人工采集量雪尺 的图像，然后通过图像识别软件计算深色的量雪尺和白雪的关系，得出雪的深度。这种方法虽然能够实时得到雪深数据，但在大雪或能见度低的情况下，图像采集的误差很大，且图像数据占用存储空间大，计算机的计算效率也低。另外一种是通过超声波传感器或激光传感器测距的方法来测量雪深，但是它们只对一个位置点进行连续观测，当这个位置点受到动物破坏、杂物干扰、风吹影响等，装置会产生误报数据或者观测点废掉等问题，无法像人工观测那样做出合理的判断。

实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，旨在解决当前的人工观测雪深方法费时费力、误差大，无法实现实时观测以及现有自动观测雪深装置只对一个位置点进行观测、无法对外界干扰做出合理判断等问题，其可以对测试区域内多个位置点的雪深实现自动化测量，提供实时、高精度、稳定的实际雪深数据。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下—种基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，包括激光测距传感器、支架、地面环形参考板、转动轴、转动轴旋转电机；所述激光测距传感器安装在所述转动轴上，所述转动轴与转动轴旋转电机安装在所述支架上，还包括数据采集处理与控制单元，用于控制所述激光测距传感器绕转动轴旋转一周的转动频率、角度、采样间隔和样本量，采集并保存所述激光测距传感器的工作状态参数和雪深数据，根据采样和控制算法剔除雪深采样歧异值，将剔除歧异值后的雪深数据及所述激光测距传感器的工作状态参数传输给自动气象站或终端计算机；电源单元，用于给所述激光测距传感器、转动轴旋转电机以及数据采集处理与控制单元提供工作电压。其中，所述支架与地面垂直安装，所述地面环形参考板水平安装并与地面平齐。[0012]较优的，所述转动轴和转动轴旋转电机安装在所述支架顶端，所述转动轴旋转电机为步进电机。所述数据采集处理与控制单元与电源单元安装在所述支架上。进一步的，所述数据采集处理与控制单元通过串口接口向所述自动气象站或终端计算机传输所述激光测距传感器的工作状态参数与所述剔除歧异值后的雪深数据。当转动轴发生旋转时，带动激光测距传感器发生旋转，激光测距传感器同时测得地面环形参考板圆周上所有点上的雪面到传感器的距离L1，用传感器到地面环形参考板圆周上所有点的距离Ltl减去测得数据L1得到雪深数据L=Ltl-L115通过数据采集处理及控制单元控制激光测距传感器绕转动轴旋转一周的转动频率、角度、采样间隔和样本量，采集并保存激光测距传感器的工作状态参数和雪深数据，并根据采样和控制算法剔除雪深采样的歧异值，将剔除歧异值后的雪深数据及所述激光测距 传感器的工作状态参数信息传输给自动气象站或终端计算机，由自动气象站或终端计算机按内置算法进行处理，从而得到代表激光测距传感器所在周围区域的雪深。本实用新型通过转动轴带动激光测距传感器进行圆周区域雪深测量，可以实现某一个区域范围内积雪深度的自动化测量；同时可避免动物、杂物、风等随机因素对测量结果的影响，无论是测量结果的代表性还是测量结果的准确性，都将优于人工或其它进行单点雪深测量的传感器，而且该装置结构简单，成本低廉。

图I是本实用新型实施例提供的基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置的外观结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置的工作原理流程图；图3是激光测雪深工作原理示意图；图中f转动轴，2 激光测距传感器，3 连接件，数据采集处理及控制单元，5 支架，6 地面环形参考板，7 自动气象站或终端计算机。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。请参见图I所示，一种基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，包括转动轴1，激光测距传感器2，连接件3，数据采集处理及控制单元4，支架5，地面环形参考板6，自动气象站或终端计算机7。所述激光测距传感器2安装在转动轴I上，并通过连接件3安装在支架5上，数据采集处理及控制单元4安装在支架5上，转动轴旋转电机带动转动轴I旋转；其中，支架5与地面垂直安装，地面环形参考板6水平安装并与地面平齐，数据采集处理及控制单元4经其通讯单元(串口接口)与自动气象站或终端计算机7相连通讯。较优的，所述转动轴旋转电机为步进电机。图2中，转动轴旋转电机驱动转动轴控制激光测距传感器旋转一周，同时测得地面环形参考板上的雪面的距离信息后，发送给数据采集处理及控制单元，经数据处理单元换算成地面积雪深度采样信息以后，再通过内置算法控制，计算得到所测区域的地面积雪深度，并将相关信息通过通讯单元(串口接口)发送给自动气象站或终端计算机。电源单元给激光测距传感器、转动轴旋转电机以及数据采集处理与控制单元提供工作电压。图3中，激光雪深传感器的激光为二级激光，波长为650nm，激光功率控制在Imw以内。振荡器输出的频率，通过调制器采用DDS技术进行调制，再由反馈式的功率控制器得到稳定的激光信号，最后在发射控制器控制下，从激光发射器输出稳定的激光源。目标物对激光的回波信号由激光接收器检测到，通过放大器，一路送到激光强度检测电路，一路送到相位差检测器。处理器利用激光强度信号的 变化来识别从雪面来的回波。相位差检测器的频标信号利用发射信号进行锁相环倍频后得到，频标信号由计数器计数，计数的门控信号由发射信号和接收信号进行鉴相后产生，计数电路得到的计数值由其处理器测算成距离。通过对激光器的温度检测与控制，可以使激光器的发射功率保持在稳定的状态，有利于得到比较稳定的回波信号，进行可靠的雪面回波识别。通过自校电路，一方面可以对输出功率进行反馈检测，另一方面用来测定接收放大电路产生的相位漂移，提高相位测量的准确度。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，其特征在于，包括激光测距传感器、支架、地面环形参考板、转动轴、转动轴旋转电机；所述激光测距传感器安装在所述转动轴上，所述转动轴与转动轴旋转电机安装在所述支架上；还包括 数据采集处理与控制单元，用于控制所述激光测距传感器绕转动轴旋转一周的转动频率、角度、采样间隔和样本量，采集并保存所述激光测距传感器的工作状态参数及雪深数据，根据采样 和控制算法剔除雪深采样歧异值，将剔除歧异值后的雪深数据及所述激光测距传感器的工作状态参数传输给自动气象站或终端计算机； 电源单元，用于给所述激光测距传感器、转动轴旋转电机以及数据采集处理与控制单元提供工作电压。
2.根据权利要求I所述的基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，其特征在于，所述支架与地面垂直安装，所述地面环形参考板水平安装并与地面平齐。
3.根据权利要求I或2所述的基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，其特征在于，所述转动轴和转动轴旋转电机安装在所述支架顶端，所述转动轴旋转电机为步进电机。
4.根据权利要求I所述的基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，其特征在于，所述数据采集处理与控制单元通过串口接口向所述自动气象站或终端计算机传输所述激光测距传感器的工作状态参数与所述剔除歧异值后的雪深数据。
专利摘要本实用新型公开了一种基于激光测距原理的积雪深度多点自动测量装置，该装置包括激光测距传感器、支架、地面环形参考板、转动轴及转动轴旋转电机、与激光测距传感器连接的数据采集处理与控制单元以及电源单元；所述激光测距传感器安装在所述转动轴上，所述转动轴与转动轴旋转电机安装在所述支架上，所述数据采集处理与控制单元与电源单元安装在所述支架上；所述支架与地面垂直安装，所述地面环形参考板水平安装并与地面平齐。本实用新型通过转动轴带动激光测距传感器进行圆周区域雪深测量，可实现某一区域范围内积雪深度的自动化测量；同时可避免动物、杂物、风等随机因素对测量结果的影响，且结构简单，成本低廉。
文档编号G01B11/22GK202562445SQ20122012414
公开日2012年11月28日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者王柏林, 花卫东, 梁海河, 刘云平 申请人:中国气象局气象探测中心