CN117419787A - 一种基于激光测距的水位及宽度测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光技术领域，提供一种基于激光测距的水位及宽度测量方法及系统，该方法包括首先向待测量水体发送第一测量光并记录发射角度，从而根据反射光的光强，确定测量角度范围，并获取第一角度和第二角度，而后根据第一角度和第二角度分别发送第二测量光和第三测量光，再接收两束测量光对应的反射光，并记录测量时长，最后根据测量时长和测量光源的海拔高度，计算待测量水体的水位和宽度。这样，可通过调节测量光的发射角度，对待测量水体进行测量，从而确定待测量水体的分布范围，进而通过分别向水体两侧发送测量光，得到传输距离，并能够计算得到水体的宽度和水位，提高水体数据的获取效率，降低水文监测设备的系统复杂程度。

Description

一种基于激光测距的水位及宽度测量方法及系统

技术领域

本申请涉及激光技术领域，特别涉及一种基于激光测距的水位及宽度测量方法及系统。

背景技术

江河、湖泊等水体会因季节、天气等自然条件变化，产生水位、宽度的变化，由于水体的水位乃至宽度等水文资料，在水位流量关系的研究中和在河流泥沙、冰情等的分析中都是重要的基本资料，因此进行水体的水位、宽度测量，对水文监测至关重要。

能够进行水位监测的设备包括水尺和水位仪等设备，其中水尺通过实际读数和水尺零点高程获取水位信息，而水位计则是利用浮子、压力和声波等原理对水面涨落变化信息进行监测。但在监测过程中，通过水尺或水位仪监测水体情况，会出现水位信息和河流宽度信息无法通过同样设备同时获取的问题，增加了河流监测的成本。

发明内容

本申请提供一种基于激光测距的水位及宽度测量方法及系统，以解决水体的水位信息和河流宽度信息无法通过同样设备同时获取的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于激光测距的水位及宽度测量方法，包括：向待测量水体发送第一测量光并记录第一测量光的发射角度；接收第一反射光，第一反射光包括第一测量光的反射光；根据第一反射光的光强，获取测量角度范围；根据测量角度范围，获取第一角度和第二角度；第一角度为测量角度范围中的最小值，第二角度为测量角度范围中的最大值；分别发送第二测量光和第三测量光；第二测量光的发射角度为第一角度，第三测量光的发射角度为第二角度；接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长；第二反射光包括第二测量光的反射光，第三反射光包括第三测量光的反射光；根据测量时长和测量光源的海拔高度，计算待测量水体的水位和宽度。

这样，可通过调节测量光的发射角度，对待测量水体和周边进行测量，从而确定待测量水体的位置，进而通过分别向水体中靠近测量光源的一侧和水体中远离测量光源的一侧发送测量光，以同时得到水体的宽度和当前的水位，提高水体数据的获取效率，降低水文监测设备的系统复杂程度。

在一种可行的实施方式中，向待测量水体发送第一测量光并记录第一测量光的发射角度，包括；分别向待测量水体发射多个第一测量光，多个第一测量光的发射角度不同；记录多个第一测量光的发射角度。这样，通过多个发射角度不同的第一测量光可对环境中的水体进行检测，便于后续进行水面宽度、水位信息的测量，提高水位、宽度测量的准确性。

在一种可行的实施方式中，根据第一反射光的光强，获取测量角度范围，包括：分别获取多个第一测量光对应的第一反射光的光强；若第一反射光的光强大于光强阈值，则获取测量光集合和测量光集合的发射角度；测量光集合包括对应于每个光强大于光强阈值的第一反射光对应的第一测量光；根据测量光集合中测量光的发射角度，获取测量角度范围。这样，通过对接收的反射光的光强进行分析，从而对待测量水体的待测量区域进行标定，提高水位、宽度测量的准确性。

在一种可行的实施方式中，在根据测量光集合中测量光的发射角度，获取测量角度范围之前，包括：向待测量水体发送多个第四测量光并记录多个第四测量光的发射角度；第四测量光的发射角度位于测量角度范围外；接收多个第四反射光，多个第四反射光包括多个第四测量光的反射光；分别获取多个第四测量光对应的第四反射光的光强；若多个第四反射光的光强均小于或等于光强阈值，则确定测量光集合；若多个第四反射光中至少一个第四反射光的光强大于光强阈值，则更新测量光集合。这样，可对通过第一测量光得到的测量角度范围进行验证，提高待测量水体的区域标定的准确性，进而提高对河面宽度测量的准确性。

在一种可行的实施方式中，分别发送第二测量光和第三测量光，包括：调节测量光的发射角度至第一角度，发送第二测量光并记录第一发送时间；调节测量光的发射角度至第二角度，发送第三测量光并记录第二发送时间。这样，可通过记录第二测量光和第三测量光的发送时间，来为后续的测量光传输距离提供运算基础，以实现对水位、宽度的测量。

在一种可行的实施方式中，接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长，包括：接收第二反射光，并记录第二反射光的第一返回时间；接收第三反射光，并记录第三反射光的第二返回时间；根据第一发送时间和第一返回时间，计算第二测量光的第一测量时长；根据第二发送时间和第二返回时间，计算第三测量光的第二测量时长。这样，可得到第二测量光和第三测量光的测量时长，来为后续的测量光传输距离提供运算基础，实现对水位、宽度的测量。

在一种可行的实施方式中，根据测量时长和测量光源的海拔高度，计算待测量水体的水位和宽度，包括：根据第一测量时长和第二测量时长，分别计算第二测量光和第三测量光的传输距离；根据第二测量光和第三测量光的传输距离和发射角度，计算待测量水体的宽度以及待测量水体与测量光源的高度差；根据测量光源的海拔高度和高度差，计算待测量水体的水位。这样，可对水体的宽度和水位进行计算，实现测量的目的，且通过测量光的传输距离进行计算，运算过程简洁，提高了测量效率。

在一种可行的实施方式中，第一测量光的波长位于1350nm至1450nm，接收第一反射光，包括：对接收的反射光进行滤波，以获取对应于第一测量光波长的第一反射光。这样，能够对环境中的背景光进行滤除，减少乃至避免白天应用该方法进行水体测量时，太阳光对测量的干扰，提高测量的抗干扰性，提高测量的准确性。

在一种可行的实施方式中，第二测量光和第三测量光的波长与第一测量光的波长相同，接收第二反射光和第三反射光，还包括：对接收的反射光进行滤波，以获取对应于第二测量光和第三测量光波长的第二反射光和第三反射光。这样，能够对环境中的背景光进行滤除，减少乃至避免白天应用该方法进行水体测量时，太阳光对测量的干扰，提高测量的抗干扰性，提高测量的准确性。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种基于激光测距的水位及宽度测量系统，应用于如前述中的任一种方法，该系统包括：测量光源，用于发送测量光；接收器，用于接收反射光；角度调节装置，用于调节测量光源的发射角度；处理器，用于记录发送测量光和接收反射光的时间，以及计算待测量水体的水位和宽度；竖杆，测量光源、接收器、处理器和角度调节装置设置在竖杆顶端。这样，通过竖杆可将用于测量的设备放置在高处，从而在角度调节装置在调节角度后，使测量光源发送的不同角度的测量光能够对水体进行测量，使该系统能够对较宽的水体进行测量。

在一种可行的实施方式中，该系统还包括：滤波器，滤波器与接收器连接，滤波器用于滤除背景光。这样，能够对环境中的背景光进行滤除，减少乃至避免白天应用该方法进行水体测量时，太阳光对测量的干扰，提高测量的抗干扰性，提高测量的准确性。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于激光测距的水位及宽度测量方法，包括首先向待测量水体发送第一测量光并记录发射角度，接收第一测量光对应的第一反射光，而后根据第一反射光的光强，获取测量角度范围，并获取第一角度和第二角度，根据第一角度和第二角度分别发送第二测量光和第三测量光，再接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长，最后根据测量时长和测量光源的海拔高度，计算待测量水体的水位和宽度。这样，可通过调节测量光的发射角度，对待测量水体和周边进行测量，从而确定待测量水体的分布范围，进而通过分别向水体中靠近测量光源的一侧和水体中远离测量光源的一侧发送测量光，以同时得到水体的宽度和当前的水位，提高水体数据的获取效率，降低水文监测设备的系统复杂程度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种垂直雷达水位计的安装示意图；

图2为本申请实施例中一种基于激光测距的水位及宽度测量方法的流程示意图；

图3为本申请实施例中一种获取测量角度范围的流程示意图；

图4为太阳光的光谱示意图；

图5为本申请实施例中一种基于激光测距的水位及宽度测量方法的原理示意图；

图6为本申请实施例中测量光测距的原理示意图；

图7为本申请实施例中一种基于激光测距的水位及宽度测量系统的示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的示例。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

河流、湖泊等水体的水位、宽度等水文资料对于水利工程、防汛抗旱等领域均有指导作用，而由于水体的水位、河宽等信息会受季节、天气等自然因素产生变化，因此对水体的水位、宽度等水文资料进行实时测量具有重要意义。

典型的水位检测装置包括水尺和水位计，其中水尺是传统且有效的直接观测设备，实际测量时，通过水尺上的读数加水尺零点高程即可计算得到水位。水位计则是利用浮子、压力和声波等能提供水面涨落变化信息的原理制成的仪器，现有的水位计包括垂直雷达水位计、浮子水位计、气泡水位计等。

图1为一种垂直雷达水位计的安装示意图。如图1所示，对于垂直雷达水位计来说，雷达10需要在垂直水面之上安装，从而通过向水面发送电磁波或机械波的方式，对水位进行测量，同时需要设置太阳能板20和配电箱30，从而通过太阳能为雷达进行供电。但雷达水位计对用于安装的支撑杆结构有一定的要求，实际应用场景受限，特别是水位变低时，河面变窄，原水位计下方没有水时，会导致测量失败。

而其他种类的水位计，例如应用浮子水位计，需要建设水位井，工程量大，成本较高。而气泡水位计则采用气体平衡压力方式测量水压，从而计算出水位，工程量少，但是单次测试时间较长，约1-10分钟。且上述三种水位计均无法同时测量水面宽度，需要设置其他设备进行测量，提高监测系统整体复杂性并影响监测效果。

同时为了提高测量的准确性，水尺、水位计需要设置在河道顺直、断面比较规则、水流稳定、无分流斜流和无乱石阻碍的地点。同时为使水位与流量关系稳定，水尺、水位计的设置位置一般需避开变动回水的影响和上下游筑坝、引水等的影响。

本申请实施例中提供一种基于激光测距的水位及宽度测量方法及系统，通过激光测距，实现水体的水位和宽度的同时测量，且测量过程不受水位变化影响，提高水位及宽度测量的准确性。

图2为本申请实施例中一种基于激光测距的水位及宽度测量方法的流程示意图。如图2所示，本申请实施例中的基于激光测距的水位及宽度测量方法，包括：

S210：向待测量水体发送第一测量光并记录第一测量光的发射角度。

应当理解的是，用于发送测量光的测量光源设置在待测量水体的一侧，且测量光源架高放置，进而能够对较宽的水体进行测量。

在开始进行水位和宽度的测量前，由于水体的水位、宽度等会受到季节、天气变化的影响，需要在正式测量宽度前，对待测量水体的分布范围进行划定，从而确定测量区域。示例性的，可通过测量光源分别向待测量水体发射多个第一测量光，且多个第一测量光的发射角度不同。

需要说明的是，发射角度可为测量光与平行于地面的平面的夹角，也可为测量光与支撑测量光源的竖杆的夹角。在本申请实施例中，以测量光与平行于地面的平面的夹角作为测量光的发射角度。但因发射角度为一个相对概念，所以测量光的发射角度还可为其他夹角，前述发射角度仅为本申请中一种可行的实施方式，本申请中对于发射角度的具体表现形式不做限制。

在发送多个第一测量光的同时，还需要将发送的第一测量光的发射角度进行分别记录，从而能够通过发射角度来对待测量水体的分布范围进行标定。示例性的，为了提高标定的准确度，可提高第一测量光的发射密度，例如在发射角度0°至90°的范围内，每隔一度生成一束第一测量光，从而对待测量水体的分布范围进行标定。上述第一测量光的发射密度和发射间隔仅为本申请中一种可行的实施方式，第一测量光可具有更高或更低的发射密度，对此本申请中不做限制。

S220：接收第一反射光。

其中，第一反射光包括第一测量光的反射光。应当理解的是，光在接触到固体或液体介质后，会产生反射、折射等现象，因此可通过接收第一测量光的反射光，来对待测量水体的分布范围进行标定。

需要说明的是，由于测量光源发送的测量光的传输距离会由于光受介质影响，产生衰减，在发射功率不变的情况下，测量光的传输距离有限，本申请实施例中标定的待测量水体的分布范围，是待测量水体在某个方向上的分布范围，而非待测量水体的整体分布范围。

由于水体测量可能需要全天候进行，因此测量水体过程可能位于白天，此时若采用的测量光的光谱在太阳辐射中大量存在，则会影响对反射光的接收和检测。在本申请的部分实施例中，由于在太阳辐射中红外波段的辐射光较少，因此测量光源发送的第一测量光的波长位于1350nm至1450nm之间，且由于红外波段的光信号为不可见光，进行测量的过程中降低对人或环境生物产生的影响。示例性的，第一测量光可为波长为1425nm的激光信号。

进一步的，在白天进行反射光的接收时，可对接收的反射光进行滤波，以获取对应于第一测量光波长的第一反射光。以第一测量光为波长为1425nm的激光信号为例，可通过应用中心波长为1425nm滤波器，来对接收到的光信号进行滤波，减少接收的光中的背景光，提高第一反射光的识别度，进而提高测量准确性。需要说明的是，第一测量光还可为位于1350nm至1450nm之间的，其他波长的激光信号，相应的，对接收的反射光进行滤波的设备的中心波长也与第一测量光的波长相同。本申请中对于第一测量光的具体波长不做其他限制。

S230：根据第一反射光的光强，获取测量角度范围。

在得到第一反射光后，则可通过对比第一反射光的光强，来对不同发射角度的第一测量光的测量结果进行区分。示例性的，由于水体周围通常为土地，因此第一测量光在测量过程中，会存在照射在水面以及照射在地面两种情况，由于地面对光的反射率远低于水面，因此在本申请实施例中可通过接收到的第一反射光的强度，来判断对应于该第一反射光的第一测量光照射的物体，从而通过第一测量光的发射角度来对待测量水体的分布范围进行描述。

由于通过第一测量光进行待测量水体的分布范围标定过程中，存在待测量水体与地面的边界无第一测量光的情况，此时水体的宽度相较于测量角度范围标定出的范围较大，导致后续进行的水体宽度计算结果不准确。因此在部分实施例中，还可对测量角度范围进行校正，从而使测量角度范围更好地体现水体的实际分布范围。

因此，在本申请部分实施例获取测量角度范围的过程中，可对获取的测量角度范围进行校正。图3为本申请实施例中一种获取测量角度范围的流程示意图，示例性的，如图3所示，根据第一反射光的光强，获取测量角度范围，可包括：

S231：分别获取多个第一测量光对应的第一反射光的光强。

首先可对接收的每个第一反射光的光强进行获取。在一种示例性的实施方式中，可通过接收到的第一反射光的辐照度来体现第一反射光的光强。应当理解的是，通过辐照度体现第一反射光的光强仅为本申请中一种可行的实施方式，对于光强的具体表现方法本申请中不做限制。

在获取到第一反射光的光强后，可根据第一测量光与第一反射光的对应关系，将第一反射光的光强，根据第一测量光的发射角度进行排序，使第一反射光的反射点按顺序进行排列，便于后续对待测量水体的分布范围进行标定。

S232：若第一反射光的光强大于光强阈值，则获取测量光集合和测量光集合的发射角度。

在部分实施例中，若通过辐照度体现第一反射光的光强，则光强阈值也可通过辐照度进行体现，光强阈值可提前预设至用于接收反射光的接收设备中，从而在接收到第一反射光后，对第一反射光的光强进行判断。

因在部分实施例中，第一测量光采用波长为1425nm的激光，所以在接收第一反射光时，可应用滤波设备，将除中心波长为1425nm的光线外的其他光线进行滤除，从而使接收设备能够更精确地得到第一反射光的光强。

图4为太阳光的光谱示意图。如图4所示，太阳光中光线的光强在400nm至700nm间达到峰值，而在红外波段的光线会随波长增加，光强降低。太阳光在通过大气的过程中，大气会吸收部分光线，从而使光线产生衰减。其中位于红外波段、波长位于1350nm至1450nm之间的光线在光强较低的基础上，其通过大气层时的衰减幅度较大。在通过大气层照射至地面附近时，波长位于1350nm至1450nm之间的光线的光强会衰减至接近0值的状态，因此应用波长为1425nm的激光进行测量，会使接收设备在接收反射光时，排除干扰，提高测量的准确性。

在此基础上，测量光集合可包括对应于每个光强大于光强阈值的第一反射光对应的第一测量光。当检测到接收的第一反射光的光强大于光强阈值，则说明设备接收到水体反射的第一反射光，进而可通过所有光强超过光强阈值的第一反射光进行汇总，并获取其对应的第一测量光，从而形成测量光集合，测量光集合中的测量光可根据发射角度由大至小或由小至大的顺序进行排列。

S233：向待测量水体发送多个第四测量光并记录多个第四测量光的发射角度。

在得到测量光集合后，由于部分实施例中，会每间隔一定角度发射一束第一测量光，来实现对待测量水体的范围标定，因此待测量水体的真正边界可位于两束相邻的第一测量光的照射位置之间，因此在得到测量光集合后，可对测量光集合外的部分区域进行验证，从而对待测量水体的分布范围进行校正。

具体的，根据测量光集合中发射角度最大和最小的两个第一测量光，获取与前述两个第一测量光相邻且不在测量光集合中的第一侧量光，进而生成两个发射角度区间，在向待测量水体发送多个第四测量光时，可根据两个发射角度区间，进行第四测量光的发送，因此第四测量光的发射角度位于由第一测量光组成的测量光集合对应的测量角度范围外。

示例性的，以测量光集合中发射角度最大和最小的两个第一测量光的发射角度分别为80°和30°，且相邻两束第一测量光间的发射角度差为1°为例，可认为待测量水体的真实边界分别位于29°~30°、以及80°~81°的发射角度区间内，因此可通过对两个发射角度区间进行细分，每个区间生成九束第四测量光，相邻的第四测量光间的发射角度差为0.1°，第四测量光与第一测量光间的发射角度差至少为0.1°，从而实现对待测量水体的分布范围的校准。

应当理解的是，前述第四测量光的分布方式仅为本申请中一种可行的实施方式，对于第四测量光的具体发射密度和发射角度，本申请中不做限制。

S234：接收多个第四反射光。

其中，多个第四反射光包括多个第四测量光的反射光。且接收第四反射光的过程，与前述步骤S220中接收第一反射光的过程相同，本申请在此不做赘述。

S235：分别获取多个第四测量光对应的第四反射光的光强。

获取第四反射光的光强的过程与前述步骤S230中获取第一反射光的光强的步骤相同，本申请在此不做赘述。但需要说明的是，用于体现第一反射光的光强的单位和用于体现第四反射光的光强的单位相同。

S236`：若多个第四反射光的光强均小于或等于光强阈值，则确定测量光集合。

若接收到的第四反射光的光强均小于或等于光强阈值，则说明待测量水体的边界恰好位于测量光集合中发射角度最大和最小的两个第一测量光所照射的位置，因此可将通过前述步骤S232获取的测量光集合确定为本次测量中用于标定待测量水体的分布范围的数据。

S236``：若多个第四反射光中至少一个第四反射光的光强大于光强阈值，则更新测量光集合。

而若第四反射光中存在至少一个光强大于光强阈值的第四反射光，此时说明待测量水体的边界位于测量光集合所标定的范围外侧，因此可将所有光强大于光强阈值的第四反射光对应的第四测量光，更新至测量光集合中，并依旧根据测量光集合在步骤S232中的排序方式，以发射角度由大至小或由小至大的顺序进行排列。

S237：根据测量光集合中测量光的发射角度，获取测量角度范围。

应当理解的是，此时测量光集合中可包括第一测量光，还可包括第四测量光，在此基础上，通过获取测量光集合中发射角度的最大值和最小值，即可获取测量角度范围。这样，可对第一测量光得到的待测量水体的边界进行校正，从而得到更加准确的水体边界，提高水体宽度测量的准确性。

S240：根据测量角度范围，获取第一角度和第二角度。

在获取测量角度范围后，即可得到第一角度和第二角度。具体的，第一角度为测量角度范围中的最小值，第二角度为测量角度范围中的最大值。

在部分实施例中，第一角度还可为测量角度范围中的最大值，而第二角度可为测量角度范围中的最小值，本申请中对于第一角度和第二角度的具体数值不做限制。

S250：分别发送第二测量光和第三测量光。

第二测量光和第三测量光都可为一束激光，且第二测量光的发射角度为第一角度，第三测量光的发射角度为第二角度。

图5为本申请实施例中一种基于激光测距的水位及宽度测量方法的原理示意图；图6为本申请实施例中测量光测距的原理示意图。如图5和图6所示，可调节测量光的发射角度至第一角度，发送第二测量光并记录第一发送时间，以及，调节测量光的发射角度至第二角度，发送第三测量光并记录第二发送时间。

应当理解的是，由于发射角度不同，在设备中仅有一个测量光源100的基础上，第二测量光和第三测量光的发射具有先后顺序。在本申请实施例中，可先发射第二测量光再发射第三测量光，也可先发射第三测量光再发射第二测量光，本申请中对于第二测量光和第三测量光的发射顺序不做限制。

在部分实施例中，若存在多个测量光源100，第二测量光和第三测量光可同时发射。

S260：接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长。

其中，第二反射光包括第二测量光的反射光，第三反射光包括第三测量光的反射光。如图6所示，测量光在照射在水体上时，水体会反射部分光线至原位置，从而使设备能够对反射光进行采集。

具体的，在测量光源100发送第二测量光和第三测量光后，接收设备可接收第二反射光，并记录第二反射光的第一返回时间，以及，接收第三反射光，并记录第三反射光的第二返回时间。

在记录到返回时间后，则可根据第一发送时间和第一返回时间，计算第二测量光的第一测量时长，以及，根据第二发送时间和第二返回时间，计算第三测量光的第二测量时长。

需要说明的是，接收第二反射光和接收第三反射光的先后顺序与第二测量光和第三测量光的顺序相同，示例性的，若先发送第二测量光再发送第三测量光，则接收设备会先接收第二反射光后再接收到第三反射光。

同理，第一测量时长和第二测量时长的计算顺序与第二反射光和第三反射光的接收顺序相关，即若先接收第二反射光再接收第三反射光，则先计算第一测量时长再计算第二测量时长。

在本申请部分实施例中，第二测量光和第三测量光的波长与第一测量光的波长相同，因此在接收第二反射光和第三反射光过程中，还可执行如步骤S220中的滤波过程。具体的，可对接收的反射光进行滤波，以获取对应于第二测量光和第三测量光波长的第二反射光和第三反射光。

由于第二反射光和第三反射光不需要通过光强进行数据判断，接收第二反射光和第三反射光的目的是为了确定第二测量光和第三测量光的传输时长。因此在部分实施例中，在接收第二反射光和第三反射光的过程中，接收设备也可不进行滤波。本申请中对于是否进行第二反射光和第三反射光的滤波过程不做限制。

S270：根据测量时长和测量光源的海拔高度，计算待测量水体的水位和宽度。

在得到第二测量光和第三测量光的测量时长后，则可根据测量时长和光的传输速度，计算得到第二测量光和第三测量光的传输距离。具体的，可分别根据第一测量时长和第二测量时长，计算第二测量光和第三测量光的传输距离。

如图6所示，测量时长内光线完成了发射至目标物体并返回接收设备并被接收的过程，所以传输距离为传输速度与测量时长的乘积的一半。而光速为299792458m/s，因此第一测量时长和第二测量时长中的具体时长均为微秒级，例如第一测量时长可为0.8μs，则第二测量光的传输距离为119.92m。

在计算得到第二测量光和第三测量光的传输距离后，还可根据第二测量光和第三测量光的传输距离和发射角度，计算得到待测量水体的宽度以及待测量水体与测量光源100的高度差。最后则可根据测量光源100的海拔高度和高度差，计算待测量水体的水位。其中测量光源100的海拔高度由于安装后测量光源的位置固定，可在测量光源100位置确定后内置在测量光源100内的信息，从而进行水位及河宽的计算。

如图5所示，O为本申请实施例中测量光的发射位置，OA为第二测量光的传输距离，OB为第三测量光的传输距离，OH则为测量光源100与待测量水体水面的高度差。应当理解的是，AH与OH的夹角为直角，此时可通过第二测量光的发射角度和第三测量光的发射角度，得到OA与OH的夹角∠AOH、OA与AH的夹角∠OAH，以及，OB与BH的夹角∠OBH、OB与OH的夹角∠BOH。

示例性的，测量光源100的设置海拔可为200m，OA=50m，∠AOH=60°，∠BOH=30°，则OH=25m，水位高度为海拔200-25=175m。

河面宽度AB=AH-BH=OH×tan∠AOH-OH×tan∠BOH=43.3m-14.43m=28.87m。

这样，可通过调节测量光的发射角度，对待测量水体和周边进行测量，从而确定待测量水体的位置，进而通过分别向水体中靠近测量光源100的一侧和水体中远离测量光源100的一侧发送测量光，以同时得到水体的宽度和当前的水位，提高水体数据的获取效率，降低水文监测设备的系统复杂程度。

基于上述基于激光测距的水位及宽度测量方法，本申请实施例中还提供一种基于激光测距的水位及宽度测量系统，应用于如前述中的任一种方法，如图7所示，该系统包括：

测量光源100，用于发送测量光。

接收器200，用于接收反射光。

处理器300，用于记录发送测量光和接收反射光的时间，以及计算待测量水体的水位和宽度。

角度调节装置400，用于调节测量光源100的发射角度。

竖杆500，测量光源100、接收器200、处理器300和角度调节装置400设置在竖杆顶端。

具体的，测量光源100可用于发射第一测量光、第二测量光、第三测量光和第四测量光。而接收器200则可用于接收第一反射光、第二反射光、第三反射光和第四反射光。

处理器300可与测量光源100、接收器200和角度调节装置400连接，从而通过角度调节装置400来对测量光的反射角度进行控制，以及接收接收器200收到的反射光并进行计算。

部分实施例中，为了提高水体测量的实时性，还可在该系统中的处理器300上设置通信单元，从而将通过处理器400计算得到的水体水位、宽度发送至水文站或其他需要水文资料的电子设备中。

在部分实施例中，如图7所示，该系统还包括滤波器600，滤波器600与接收器200连接，滤波器600用于滤除背景光，从而降低背景光干扰。示例性的，若测量光源100为的波长为1425nm的激光器，则滤波器600可为中心波长为1425nm，带宽为200GHz的光滤波器。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于激光测距的水位及宽度测量方法，包括首先向待测量水体发送第一测量光并记录发射角度，接收第一测量光对应的第一反射光，而后根据第一反射光的光强，获取测量角度范围，并获取第一角度和第二角度，根据第一角度和第二角度分别发送第二测量光和第三测量光，再接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长，最后根据测量时长和测量光源的海拔高度，计算待测量水体的水位和宽度。这样，可通过调节测量光的发射角度，对待测量水体和周边进行测量，从而确定待测量水体的分布范围，进而通过分别向水体中靠近测量光源的一侧和水体中远离测量光源的一侧发送测量光，以同时得到水体的宽度和当前的水位，提高水体数据的获取效率，降低水文监测设备的系统复杂程度。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于激光测距的水位及宽度测量方法，其特征在于，包括：

向待测量水体发送第一测量光并记录所述第一测量光的发射角度；

接收第一反射光，所述第一反射光包括所述第一测量光的反射光；

根据所述第一反射光的光强，获取测量角度范围；

根据所述测量角度范围，获取第一角度和第二角度；所述第一角度为所述测量角度范围中的最小值，所述第二角度为所述测量角度范围中的最大值；

分别发送第二测量光和第三测量光；所述第二测量光的发射角度为所述第一角度，所述第三测量光的发射角度为所述第二角度；

接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长；所述第二反射光包括所述第二测量光的反射光，所述第三反射光包括所述第三测量光的反射光；

根据所述测量时长和测量光源的海拔高度，计算所述待测量水体的水位和宽度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向待测量水体发送第一测量光并记录所述第一测量光的发射角度，包括：

分别向所述待测量水体发射多个第一测量光，所述多个第一测量光的发射角度不同；

记录所述多个第一测量光的发射角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一反射光的光强，获取测量角度范围，包括：

分别获取所述多个第一测量光对应的所述第一反射光的光强；

若所述第一反射光的光强大于光强阈值，则获取测量光集合和所述测量光集合的发射角度；所述测量光集合包括对应于每个光强大于所述光强阈值的所述第一反射光对应的所述第一测量光；

根据所述测量光集合中测量光的发射角度，获取所述测量角度范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根据所述测量光集合中测量光的发射角度，获取所述测量角度范围之前，包括：

向所述待测量水体发送多个第四测量光并记录所述多个第四测量光的发射角度；所述第四测量光的发射角度位于所述测量角度范围外；

接收多个第四反射光，所述多个第四反射光包括所述多个第四测量光的反射光；

分别获取所述多个第四测量光对应的所述第四反射光的光强；

若所述多个第四反射光的光强均小于或等于所述光强阈值，则确定所述测量光集合；

若所述多个第四反射光中至少一个所述第四反射光的光强大于所述光强阈值，则更新所述测量光集合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别发送第二测量光和第三测量光，包括：

调节测量光的发射角度至所述第一角度，发送所述第二测量光并记录第一发送时间；

调节测量光的发射角度至所述第二角度，发送所述第三测量光并记录第二发送时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收第二反射光和第三反射光，并记录测量时长，包括：

接收所述第二反射光，并记录所述第二反射光的第一返回时间；

接收所述第三反射光，并记录所述第三反射光的第二返回时间；

根据所述第一发送时间和所述第一返回时间，计算所述第二测量光的第一测量时长；

根据所述第二发送时间和所述第二返回时间，计算所述第三测量光的第二测量时长。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述测量时长和测量光源的海拔高度，计算所述待测量水体的水位和宽度，包括：

根据所述第一测量时长和所述第二测量时长，分别计算所述第二测量光和所述第三测量光的传输距离；

根据所述第二测量光和所述第三测量光的传输距离和发射角度，计算所述待测量水体的宽度以及所述待测量水体与所述测量光源的高度差；

根据所述测量光源的海拔高度和所述高度差，计算所述待测量水体的水位。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量光的波长位于1350nm至1450nm，所述接收第一反射光，包括：

对接收的反射光进行滤波，以获取对应于所述第一测量光波长的所述第一反射光。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二测量光和所述第三测量光的波长与所述第一测量光的波长相同，所述接收第二反射光和第三反射光，还包括：

对接收的反射光进行滤波，以获取对应于所述第二测量光和所述第三测量光波长的所述第二反射光和所述第三反射光。

10.一种基于激光测距的水位及宽度测量系统，其特征在于，应用于如权利要求1-9中任一种方法，所述系统包括：

测量光源，用于发送测量光；

接收器，用于接收反射光；

处理器，用于记录发送测量光和接收反射光的时间，以及计算待测量水体的水位和宽度；

角度调节装置，用于调节所述测量光源的发射角度；

竖杆，所述测量光源、所述接收器、所述处理器和所述角度调节装置设置在所述竖杆顶端。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

滤波器，所述滤波器与所述接收器连接，所述滤波器用于滤除背景光。