一种海上通用激光雷达测风装置的制作方法

本实用新型涉及测风装置技术领域，尤其是涉及一种海上通用激光雷达测风装置。

背景技术：

随着我国海上风电行业的不断发展，海上风电场的厂址逐渐由沿海滩涂走向浅海，目前正加紧进水深更深的海域。由于海洋作业周期长、风险大、作业难度高，风电场建设面临周期长、投入高、风险大的问题。如何准确有效的评价海上风资源(尤其是深海海域风资源)，选择风资源丰富的海域，一直是困扰海上风电行业迅猛发展的一大难题。

近几年，海上激光雷达测风浮标技术的兴起，为海上风资源评估提供了一定的参考依据。海上激光雷达测风浮标技术，采用激光雷达和海上浮标相结合的方式，利用浮标搭载激光雷达，激光雷达获得风速数据。由于浮标体以及搭载的激光雷达随洋流起伏，产生偏航、纵摇、横摇，搭载在浮标体上的激光雷达测风数据存在很大的不准确性(秒级数据)，无法直接表征风速特征。因此，传统的测风浮标体在采集到激光雷达测风数据(秒级)后，需要进行繁琐的数据处理，才能获得特定位置的风速数据。

目前，市场上采用的数据处理方法有两种：一种方法是利用线性回归的方法，用陆地测量结果校正海上激光雷达测量结果。这种方法的缺点在于：测量数据不能反应风速真实情况；秒级数据误差较大；在极端天气情况下，数据失真。另外一种方法是利用运动传感器校正风速数据，这种方法的缺点在于：需要繁琐的算法(目前，尚未标准化的运动补偿算法)；数据处理量大；需要额外的传感器配置；秒级数据不能反应风速真实情况。

因此，如何准确的测量风速，获得准确的风速评估结果是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种海上通用激光雷达测风装置，以便于准确的测量风速，获得准确的风速评估结果。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种海上通用激光雷达测风装置，包括锚系系统、浮标体、稳定器和测风系统；

所述浮标体能够浮于海面，且所述浮标体的底端与所述锚系系统连接，所述锚系系统与海底连接；

所述稳定器安装在所述浮标体的顶端，所述测风系统安装在所述稳定器的顶端面上，所述稳定器的顶端面为水平面。

在一个具体的实施方案中，所述稳定器为一轴稳定器、双轴稳定器或者多轴稳定器。

在另一个具体的实施方案中，还包括稳定器底座；

所述稳定器底座安装在所述浮标体的顶端面上，所述稳定器安装在所述稳定器底座上。

在另一个具体的实施方案中，所述海上通用激光雷达测风装置还包括供电系统；

所述供电系统包括固定电池，所述固定电池安装在所述浮标体内，且用于分别给所述测风系统及所述稳定器供电。

在另一个具体的实施方案中，所述供电系统还包括风力发电组件、太阳能电池板及蓄电池；

所述太阳能电池板和所述风力发电组件均安装在所述浮标体上，且分别与所述蓄电池电连接，用于给所述蓄电池充电；

所述蓄电池用于为可搭载电子元件供电。

在另一个具体的实施方案中，所述可搭载电子元件包括数据采集系统和卫星定位系统；

所述数据采集系统和所述卫星定位系统均安装在所述浮标体内，所述数据采集系统与所述测风系统信号连接。

在另一个具体的实施方案中，所述浮标体包括顶端圆台、中间圆柱和底端圆台；

所述顶端圆台设置在所述中间圆柱的顶端，且所述顶端圆台的较大端与所述中间圆柱连接，所述底端圆台与所述顶端圆台结构相同，对称设置在所述中间圆柱的底端；

所述太阳能电池板铺设在所述顶端圆台的侧壁，所述风力发电组件安装在所述顶端圆台的顶端面上。

在另一个具体的实施方案中，所述海上通用激光雷达测风装置还包括浮标载重模块；

所述浮标载重模块设置在所述浮标体底端的中心位置，且所述浮标载重模块与所述锚系系统连接。

在另一个具体的实施方案中，所述测风系统包括连续波激光雷达或者脉冲式激光雷达。

在另一个具体的实施方案中，所述海上通用激光雷达测风装置还包括桅杆；

所述桅杆安装在所述浮标体上，用于搭载元器件。

根据本实用新型的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本实用新型范围内，是本实用新型具体实施方式的一部分。

在本实用新型的一个具体实施例中，通过锚系系统将浮标体固定在海上某一区域内，避免浮标体飘走；浮标体浮于海面，且稳定器安装在浮标体上，测风系统安装在稳定器的顶端面上，而由于稳定器的顶端面为水平面，因此，实现了测风装置测量到的秒级风资源数据始终在同一个水平面，能够准确地反应风资源情况。即本实用新型便于准确的测量风速，获得准确的风速评估结果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的海上通用激光雷达测风装置的主视结构示意图；

图2为本实用新型提供的稳定器的结构示意图。

其中，图1-图2中：

浮标体1、稳定器2、测风系统3、太阳能电池板4、顶端圆台101、中间圆柱102、底端圆台103、浮标载重模块5、桅杆6、稳定器底座7。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图1和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种海上通用激光雷达测风装置，其中，海上通用激光雷达测风装置包括锚系系统、浮标体1、稳定器2和测风系统3。

浮标体1能够浮于海面，需要说明的是，浮标体1浮于海面是指浮标体1至少顶端露出海面，通过海水的浮力浮于海面。浮标体1的形状不限，但为了提高浮标体1在海面上的平衡性，浮标体1为轴对称结构。

浮标体1的底端与锚系系统连接，锚系系统与海底连接，锚系系统具体包括多条钢缆，通过钢缆将浮标体1限位于设定区域内。具体地，为了进一步提高浮标体1的平衡性，钢缆绕着浮标体1的周向均布在浮标体1的底端。

稳定器2安装在浮标体1的顶端，测风系统3安装在稳定器2的顶端面上，稳定器2的顶端面为水平面。稳定器2的主要作用是抵消由于波浪引起的浮标体1的各种运动，保证稳定器2的顶端面总能保持水平，辅助测风系统3获得垂直向上的测量环境，使得测风系统3测风的每秒采样点均位于统一的坐标位置，这样直接输出的每秒采样点的平均值即为该坐标位置的秒级风速。

通过锚系系统将浮标体1固定在海上某一区域内，避免浮标体1飘走；浮标体1浮于海面，且稳定器2安装在浮标体1上，测风系统3安装在稳定器2的顶端面上，而由于稳定器2的顶端面为水平面，因此，实现了测风装置测量到的秒级风资源数据始终在同一个水平面，能够准确地反应风资源情况。即本实用新型便于准确的测量风速，获得准确的风速评估结果。

具体地，本实用新型公开了稳定器2为一轴稳定器、双轴稳定器或者多轴稳定器。稳定器2采用类似陀螺仪的结构，通过转子提供的转子角动量，抗拒由于外界环境造成的方向改变的趋势。需要说明的是，稳定器2不限于为上述结构，其它能够实现保持稳定器2顶端面水平的装置也属于本实用新型的保护范围。

进一步地，本实用新型公开了海上通用激光雷达测风装置还包括稳定器底座7，稳定器2通过稳定器底座7安装在浮标体1的顶端面上。具体地，稳定器底座7安装在浮标体1的顶端面上，稳定器2安装在稳定器底座7上。稳定器底座7通过螺钉等可拆卸连接在浮标体1上，以实现不同稳定器2的搭载。浮标体1的顶端面上开设有不同尺寸的多个螺纹孔，不同尺寸的稳定器底座7通过不同的螺纹孔实现连接，提高了浮标体1的通用性。

对应地，浮标体1的尺寸也可以自由选择，例如，3米浮标体，6米浮标体，10米浮标体等。

在一些实施例中，海上通用激光雷达测风装置还包括供电系统，供电系统包括固定电池，固定电池安装在浮标体1内，且用于分别给测风系统3及稳定器2供电。

进一步地，本实用新型公开了供电系统还包括风力发电组件、太阳能电池板4及蓄电池。

太阳能电池板4和风力发电组件均安装在浮标体1上，且分别与蓄电池电连接，用于给蓄电池充电，蓄电池用于为可搭载电子元件供电。通过设置风力发电组件和太阳能电池板4实现了对海上风能和太阳能的利用。

具体地，本实用新型公开了可搭载电子元件包括数据采集系统和卫星定位系统，数据采集系统和卫星定位系统均安装在浮标体1内，数据采集系统与测风系统3信号连接。数据采集系统能够将测风系统3测得的数据收集起来，卫星定位系统能够实现海上通用激光雷达测风装置的准确定位。

在一些实施例中，浮标体1包括顶端圆台101、中间圆柱102和底端圆台103，顶端圆台101设置在中间圆柱102的顶端，且顶端圆台101的较大端与中间圆柱102连接，底端圆台103与顶端圆台101结构相同，对称设置在中间圆柱102的底端。顶端圆台101和底端圆台103结构相同一方面便于加工制造，另一方面有助于保持浮标体1在海内的平衡，保证整个海上通用激光雷达测风装置能够在复杂的海洋环境下不倾覆，保证风数据的正常采集工作。

太阳能电池板4铺设在顶端圆台101的侧壁，由于顶端圆台101是倾斜的，有助于太阳能电池板4面向太阳照射，提高太阳能电池板4的发电效率。具体地，太阳能电池板4的个数为多个，呈环形均布在顶端圆台101的侧壁上。

风力发电组件安装在顶端圆台101的顶端面上，便于通过风力发电。

在一些实施例中，海上通用激光雷达测风装置还包括浮标载重模块5，浮标载重模块5设置在浮标体1底端的中心位置，且浮标载重模块5与锚系系统连接。浮标载重模块5增加了浮标体1的稳定性。

在一些实施例中，测风系统3包括连续波激光雷达或者脉冲式激光雷达。当测风系统3为连续波激光雷达时，每秒采样点为50个数据点。

由于稳定器2的稳定作用，激光雷达测量过程中，不会受到海洋环境的动态影响，因此，激光雷达测风可以采用连续波激光雷达，也可以采用脉冲激光雷达，大大扩展了整套系统的兼容性。此外，采用激光雷达测风，输出秒级数据可以准确的反映风速，不需要搭载运动补偿系统或者线性回归校正系统以及相关的供电设备。

在一些实施例中，海上通用激光雷达测风装置还包括桅杆6，桅杆6安装在浮标体1上，用于搭载元器件，例如，搭载小型风力发电设备及杯装测风装置等。

本实用新型具有如下优点：

(1)避免采用复杂而精度不高的运动补偿算法或线性回归算法；

(2)通过整合稳定器2保证测量结果的准确性；

(3)由于稳定器2的采用，整个系统的扩展性得到了大大的提高。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。