CN103901436B - 一种激光雷达自动采集和防护的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达自动采集和防护的方法，为激光雷达***配备带串口控制的UPS电源，该方法将激光雷达采集程序设置为三个线程，线程1完成激光雷达数据采集，线程2完成基于UPS电源的激光雷达***自动防护，线程3完成数据绘图和人机交互。本发明能够解决激光雷达***的自动防护问题，尤其是突然断电的情况下，避免激光器电源免受过大电流的冲击而造成的损坏，在激光雷达出现故障时，自动生成激光雷达故障日志，为维护人员提供数据支持。

Description

一种激光雷达自动采集和防护的方法
技术领域
本发明涉及环境科学、激光雷达领域，具体为一种激光雷达自动采集和防护的方法。
背景技术
激光雷达使用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段，是激光技术与现代光电探测技术相结合的先进探测方式，由发射***、接收***、信息处理等部分组成。激光雷达具有高时间分辨率、高空间分辨率、高探测精度、能够高空探测等优点，已经成为大气污染探测的有力探测手段，在灰霾污染监测等方面发挥着重要作用。
激光雷达自动采集是激光雷达业务化运行的关键一环，并且在激光雷达的实际应用中已基本实现了自动化采集和运行，但是仍欠缺激光雷达自动防护的措施。比如，如果在激光器出光的时候突然断电，激光器电源可能由于过大电流冲击而造成损坏，这一情况在外场实验中经常出现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种激光雷达自动采集和防护的方法，以解决激光雷达的自动防护问题，尤其是突然断电的情况下，避免激光器电源免受过大电流的冲击而造成的损坏，激光雷达发生故障时，自动生成故障日志，为维护人员提供数据支撑。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：1、一种激光雷达自动采集和防护的方法，其特征在于实现步骤如下：
（1）首先配备UPS电源的激光雷达***，所述配备UPS电源的激光雷达***包括以下装置：UPS电源、主控计算机、激光电源、激光器、扩束镜、直角反射棱镜、天窗玻璃、45°反射镜、接收光学***、后继光学***、光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C、数据采集***；所述配备UPS电源的激光雷达***安装在一个封闭式箱体内；
（2）在主控计算机中运行***采集和自动防护模块，***采集和自动防护模块设置为三个线程，线程1完成激光雷达数据采集，线程2完成基于UPS电源的***自动防护，线程3完成数据绘图和人机交互；实现步骤如下：
（3）将配备UPS电源的激光雷达***接入220v外接电源，在220v外接电源输入正常时，UPS电源自动完成充电并初始化，所述UPS电源采用在线式架构、正弦波输出，所选用的UPS电源可以解决市电高压、市电低压、电压瞬态跌落、电压波动、浪涌电压电源问题，在断电情况下，能维持5～10分钟的正常输出，提供RS-232串口，通过S-232串口对UPS电源控制；UPS初始化完成后自动为主控计算机供电，主控计算机开启并完成工作配置参数设置，自动启动***采集和自动防护模块，线程1，线程2，线程3启动；
（4）线程1首先完成采集初始化，所述采集初始化完成对数据过滤器、配备UPS电源的激光雷达放置的地点、高度、经纬度、水平角、俯仰角、采样脉冲数、激光器频率等信息的记录，同时完成光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C高压、数据采集***的采样长度、采集空间分辨率、采样最大电压的设置；线程1在完成采集初始化后，判断激光器水温、倍频晶体温度是否达标，若没有达标，则激光电源加热或制冷，直到激光器水温、倍频晶体温度达标为止；激光器水温、倍频晶体温度达标后，主控计算机通过串口发送激光器出光命令，判断激光器是否出光，若激光器没有响应串口命令出光，则说明激光器发生故障，这时自动生成故障日志，为后期维护人员提供数据支持，完成故障日志的记录后，关闭激光器、激光器关闭后，关闭主控计算机，若激光器响应串口命令出光，主控计算机发送工作命令传输至数据采集***；数据采集***响应命令开始工作，并同时开始激光脉冲数的计数，判断累加脉冲数是否达到预设脉冲数，若累加脉冲数没有达到预设脉冲数，则数据采集***继续采集，并且激光脉冲数继续累加，直到累加脉冲数达到预设脉冲数为止，数据采集***停止工作，激光脉冲数停止累加计数；数据采集***停止工作后，关闭激光器；判断等待时间是否达到预设时间，若等待时间没有达到预设时间，继续计数等待时间，直到等待时间达到预设时间为止；等待时间达到预设时间后，主控计算机重新通过串口发送激光器出光命令，从而开始另一个采集循环过程。
（5）线程2完成基于UPS电源的***自动防护，主控计算机通过UPS电源不间断监测外接电源的输入状态，若外接电源的输入状态正常，则线程1正常运行；若外接电源的输入状态出现异常，为了防备外接电源的输入状态只是短暂的异常，或者只是外接电源的电压波动造成的，因此，在检查发现外接电源状态异常的情况下，等待1～2分钟后再次检查外接电源状态是否正常，若外接电源输入状态正常，则线程1仍正常工作，若外接电源输入状态仍然异常，则关闭激光器，并预设3-5分钟后关闭UPS电源，在关闭激光器后，关闭主控计算机，UPS电源会在3-5分钟后关闭；
（6）线程3完成数据绘图和人机交互，所述数据绘图即将线程1中通过数据采集***采集得到的数据进行绘图实时显示，以便用户实时了解大气参数的变化特征；所述人机交互，即可以在线程1、线程2并行运行中，通过更改预设激光脉冲数、等待时间脉冲数等参数对线程1数据采集过程进行干预，并可终止线程1、线程2，停止***采集和自动防护模块工作。
本发明与现有技术相比的有益效果：
（1）本发明便于程序化，简单、可靠，能够无人值守的激光雷达***自动采集。
（2）本发明能够实现不间断监控激光雷达工作状态，在激光雷达***发生异常时，自动进行处理，尤其在外接电源异常时，及时关闭激光器，避免激光器电源免受过大电流的冲击而造成的损坏。
（3）本发明能够实现激光雷达发生故障时，自动生成故障日志，为后期维护人员提供数据支撑。
附图说明
图1为激光雷达***的组成框图；
图2为本发明方法实现的流程图。
具体实施方式
如图1所述，配备UPS电源的激光雷达***包括以下装置：UPS电源、主控计算机、激光电源、激光器、扩束镜、直角反射棱镜、天窗玻璃、45°反射镜、接收光学***、后继光学***、光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C、数据采集***；所述配备UPS电源的激光雷达***安装在一个封闭式箱体内。
所述配备UPS电源的激光雷达***的主要工作过程如下：激光器在主控计算机的控制下发射出光，激光经过扩束镜扩束后，由直角反射棱镜反射至45°反射镜镜面中心位置，激光束经过45°反射镜垂直发射到大气中，激光束与大气发生米散射、瑞利散射作用，并形成后向散射回波信号，接收光学***接收后向散射回波信号，后继光学***将后向散射回波信号进行波长分离，并分别发送到光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C处进行光电转换为电流信号，转换后的电流信号经过数据采集***采集并将转换为数字信号，最后在主控计算机中保存处理。
如图2所示，在主控计算机中运行***采集和自动防护模块，***采集和自动防护模块设置为为三个线程，线程1为激光雷达数据采集方法，线程2为基于UPS电源的***自动防护方法，线程3为数据绘图和人机交互方法。所述方法实现步骤如下：
（1）将配备UPS电源的激光雷达***接入220v外接电源，在220v外接电源输入正常时，UPS电源自动完成充电并初始化，所述UPS电源采用在线式架构、正弦波输出，所选用的UPS电源可以解决市电高压、市电低压、电压瞬态跌落、电压波动、浪涌电压等电源问题，在断电情况下，能维持5～10分钟的正常输出，提供RS-232串口，可以通过串口对UPS电源控制；UPS初始化完成后自动为主控计算机供电，主控计算机开启并完成工作配置参数设置，自动启动***采集和自动防护软件，并同时启动线程1，线程2，线程3。
（2）线程1首先完成采集初始化，所述采集初始化完成对数据过滤器、配备UPS电源的激光雷达放置的地点、高度、经纬度、水平角、俯仰角、采样脉冲数、激光器频率等信息的记录，同时完成光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C高压、数据采集***的采样长度、采集空间分辨率、采样最大电压的设置；线程1在完成采集初始化后，判断激光器水温、倍频晶体温度是否达标，若没有达标，则激光电源加热或制冷，直到激光器水温、倍频晶体温度达标为止；激光器水温、倍频晶体温度达标后，主控计算机通过串口发送激光器出光命令，判断激光器是否出光，若激光器没有响应串口命令出光，则说明激光器发生故障，这时自动生成故障日志，为后期维护人员提供数据支持，完成故障日志的记录后，关闭激光器、关闭主控计算机，若激光器响应串口命令出光，主控计算机发送工作命令传输至数据采集***；数据采集***响应命令开始工作，并同时开始激光脉冲数的计数，判断累加脉冲数是否达到预设脉冲数，若累加脉冲数没有达到预设脉冲数，则数据采集***继续采集，并且激光脉冲数继续累加，直到累加脉冲数达到预设脉冲数为止，数据采集***停止工作，激光脉冲数停止累加计数；数据采集***停止工作后，关闭激光器；判断等待时间是否达到预设时间，若等待时间没有达到预设时间，继续计数等待时间，直到等待时间达到预设时间为止；等待时间达到预设时间后，主控计算机重新通过串口发送激光器出光命令，从而开始另一个采集循环过程。
（3）线程2完成基于UPS电源的***自动防护，主控计算机通过UPS电源不间断监测外接电源的输入状态，若外接电源的输入状态正常，则线程1正常运行；若外接电源的输入状态出现异常，为了防备外接电源的输入状态只是短暂的异常，或者只是外接电源的电压波动造成的，因此，在检查发现外接电源状态异常的情况下，等待1～2分钟后再次检查外接电源状态是否正常，若外接电源输入状态正常，则线程1仍正常工作，若外接电源输入状态仍然异常，则关闭激光器，并预设3-5分钟后关闭UPS电源，在关闭激光器后，关闭主控计算机，UPS电源会在3-5分钟后关闭。
（4）线程3完成数据绘图和人机交互，所述数据绘图即将线程1中通过数据采集***采集得到的数据进行绘图实时显示，以便用户实时了解大气参数的变化特征；所述人机交互，即可以在线程1、线程2并行运行中，通过更改预设激光脉冲数、等待时间脉冲数等参数对线程1数据采集过程进行干预，并可终止线程1、线程2，停止***采集和自动防护模块工作。

Claims (1)

1.一种激光雷达自动采集和防护的方法，其特征在于：
首先配备UPS电源的激光雷达***，所述配备UPS电源的激光雷达***包括以下装置：UPS电源、主控计算机、激光电源、激光器、扩束镜、直角反射棱镜、天窗玻璃、45°反射镜、接收光学***、后继光学***、光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C、数据采集***；所述配备UPS电源的激光雷达***安装在一个封闭式箱体内；
在主控计算机中运行***采集和自动防护模块，***采集和自动防护模块设置为三个线程，线程1完成激光雷达数据采集，线程2完成基于UPS电源的***自动防护，线程3完成数据绘图和人机交互；
实现步骤如下：
(1)将配备UPS电源的激光雷达***接入220v外接电源，在220v外接电源输入正常时，UPS电源自动完成充电并初始化，所述UPS电源采用在线式架构、正弦波输出，所选用的UPS电源可以解决市电高压、市电低压、电压瞬态跌落、电压波动、浪涌电压电源问题，在断电情况下，能维持5～10分钟的正常输出，提供RS-232串口，通过RS-232串口对UPS电源控制；UPS初始化完成后自动为主控计算机供电，主控计算机开启并完成工作配置参数设置，自动启动***采集和自动防护模块，线程1，线程2，线程3启动；
(2)线程1首先完成采集初始化，所述采集初始化完成对数据过滤器、配备UPS电源的激光雷达放置的地点、高度、经纬度、水平角、俯仰角、采样脉冲数、激光器频率信息的记录，同时完成光电倍增管A、光电倍增管B、光电倍增管C高压、数据采集***的采样长度、采集空间分辨率、采样最大电压的设置；线程1在完成采集初始化后，判断激光器水温、倍频晶体温度是否达标，若没有达标，则激光电源加热或制冷，直到激光器水温、倍频晶体温度达标为止；激光器水温、倍频晶体温度达标后，主控计算机通过串口发送激光器出光命令，判断激光器是否出光，若激光器没有响应串口命令出光，则说明激光器发生故障，这时自动生成故障日志，为后期维护人员提供数据支持，完成故障日志的记录后，关闭激光器，激光器关闭后，关闭主控计算机，若激光器响应串口命令出光，主控计算机发送工作命令传输至数据采集***；数据采集***响应命令开始工作，并同时开始激光脉冲数的计数，判断累加脉冲数是否达到预设脉冲数，若累加脉冲数没有达到预设脉冲数，则数据采集***继续采集，并且激光脉冲数继续累加，直到累加脉冲数达到预设脉冲数为止，数据采集***停止工作，激光脉冲数停止累加计数；数据采集***停止工作后，关闭激光器；判断等待时间是否达到预设时间，若等待时间没有达到预设时间，继续计数等待时间，直到等待时间达到预设时间为止；等待时间达到预设时间后，主控计算机重新通过串口发送激光器出光命令，从而开始另一个采集循环过程；
(3)线程2完成基于UPS电源的激光雷达***自动防护，主控计算机通过UPS电源不间断监测外接电源的输入状态，若外接电源的输入状态正常，则线程1正常运行；若外接电源的输入状态出现异常，为了防备外接电源的输入状态只是短暂的异常，或者只是外接电源的电压波动造成的，因此，在检查发现外接电源状态异常的情况下，等待1～2分钟后再次检查外接电源状态是否正常，若外接电源输入状态正常，则线程1仍正常工作，若外接电源输入状态仍然异常，则关闭激光器，并预设3-5分钟后关闭UPS电源，在关闭激光器后，关闭主控计算机，UPS电源会在3-5分钟后关闭；
(4)线程3完成数据绘图和人机交互，所述数据绘图即将线程1中通过数据采集***采集得到的数据进行绘图实时显示，以便用户实时了解大气参数的变化特征；所述人机交互，即可以在线程1、线程2并行运行中，通过更改预设激光脉冲数、等待时间脉冲数参数对线程1数据采集过程进行干预，并可终止线程1、线程2，停止***采集和自动防护模块工作。
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