CN116086568A - 水位探测方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

水位探测方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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CN116086568A CN202111315087.8A CN202111315087A CN116086568A CN 116086568 A CN116086568 A CN 116086568A CN 202111315087 A CN202111315087 A CN 202111315087A CN 116086568 A CN116086568 A CN 116086568A
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Abstract

本发明实施例公开了一种水位探测方法、装置、电子设备和存储介质。该水位探测方法由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：确定所述毫米波雷达的测量能力；根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；根据所述目标回波信息确定水位值。本发明实施例避免了传统水位探测雷达需要伸出到水面上的横杆的问题，简化了探测设备安装施工的复杂度，减少了后续维护的难度。

Description

水位探测方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及水位测量技术领域，尤其涉及一种水位探测方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
目前用于河流水位检测的技术普遍采用接触式的水位计进行检测，这种技术所采用的水位计传感器容易损坏，寿命短，同时还需要定期检测传感器周围环境等缺点。也存在采用毫米波雷达进行探测水位，但是目前使用毫米波雷达进行探测水位时要求将毫米波雷达安装在待测水位的上方，如要求毫米波雷达安装在过江过河大桥的底部。
因此目前使用毫米波雷达进行探测水位只能应用在有桥梁的江河，对于没有桥梁的江河，或是水库、湖泊等水域并不适用，且设备安装和维护比较麻烦，具有一定的危险性。
发明内容
本发明实施例提供一种水位探测方法、装置、电子设备和存储介质，避免了传统水位探测雷达需要伸出到水面上的横杆的问题，简化了探测设备安装施工的复杂度，减少了后续维护的难度。
第一方面，本发明实施例提供了一种水位探测方法，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：
确定所述毫米波雷达的测量能力；
根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
根据所述目标回波信息确定水位值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种水位探测装置，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：
雷达测量能力确定模块，用于确定所述毫米波雷达的测量能力；
回波信息确定模块，用于根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
水位值确定模块，用于根据所述目标回波信息确定水位值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任一实施例所述的水位探测方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的水位探测方法。
本发明实施例由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，通过确定毫米波雷达的测量能力；根据测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；根据所述目标回波信息确定水位值。避免了传统水位探测雷达需要伸出到水面上的横杆的问题，简化了探测设备安装施工的复杂度，减少了后续维护的难度。同时可以获得更多水面波浪起伏、水流速度等水位信息。
附图说明
图1是本发明实施例一中的水位探测方法的流程图；
图2是毫米波雷达俯仰倾斜入射时所能获取到的信息示意图；
图3是毫米波雷达的安装示意图；
图4是俯仰向倾斜入射的毫米波雷达的安装示意图；
图5是方位向倾斜入射的毫米波雷达的安装示意图；
图6是传统水位探测雷达获取的距离角度关系示意图；
图7是本发明实施例水位探测雷达获取的距离角度关系示意图；
图8是本发明实施例二中的水位探测装置的结构示意图；
图9是本发明实施例三中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一中的水位探测方法的流程图，本实施例可适用于对河道、水库、湖泊等进行水位探测的情况，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量。该方法可以由水位探测装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，并可配置在电子设备中，例如电子设备可以是后台服务器等具有通信和计算能力的设备。如图1所示，该方法具体包括：
步骤101、确定毫米波雷达的测量能力。
测量能力是指毫米波雷达所能测量的信息，一般的毫米波雷达可以测量回波的长度以及回波的方位角，其中，回波的长度表示了雷达发射的信号碰到的目标物体和雷达之间的距离，例如，毫米波雷达向水面发生波束，水面反射的电磁波被雷达接收到后，雷达可以获取到反射的电磁波的长度，该长度表示水面目标与毫米波雷达之间的直线距离。建立以雷达中心为原点，雷达垂直地面连线为Z轴，垂直Z轴平行于水平面并与岸边垂直的为X轴，与X和Z垂直的轴为Y轴的直角坐标系，回波的方位角是指回波与X轴之间的夹角。此外，还有其他类型的毫米波雷达除了可以测量回波的长度以及回波的方位角，还具备测量回波俯仰角的能力，其中，在上述建立的坐标系中，回波俯仰角是指回波与波束中心点的回波之间的夹角。如图2所示为毫米波雷达俯仰倾斜入射时所能获取到的信息示意图，O点表示雷达发射波束的中心点，R对应的从O点出发的实线表示波束中心点的回波，从O点出发的虚线表示雷达接收到的任一回波，A表示该回波的方位角，E表示该回波的俯仰角，R表示中心点回波的长度，ρ表示毫米波雷达的倾斜角度，该倾斜角度可以预先确定。
在一个可行的实施例中，根据如下公式确定所述毫米波雷达的倾斜角度：
Figure BDA0003343383050000041
其中，ρ表示所述毫米波雷达的倾斜角度，θ表示所述毫米波雷达发射波束的宽度，h表示所述毫米波雷达到枯水期水平面的垂直高度，l表示所述毫米波雷达到枯水期水面的水平距离。
具体的，如图3所示为毫米波雷达的安装示意图，毫米波雷达在水岸上倾斜安装，安装方案包括一套包含一个或多个发射天线和多个接收天线组成的阵列的毫米波雷达、一个在岸边的立杆。雷达是一个外形类似砖块的长方体。在安装雷达的时候，雷达天线所在的一面与地面有一定的倾斜角度。根据雷达安装高度到水面的探测范围，计算雷达方位倾斜的角度，使得雷达发射的电磁波波束斜射到水面上。如图3所示，立杆的高度为h1，立杆所在的岸点到水平面的高度为h2，毫米波雷达到枯水期水平面的垂直高度为h1+h2，立杆到水面的水平距离为l。雷达照射水面主要是雷达的俯仰方向变化，如果雷达的俯仰角度FOV为θ，θ值可以根据雷达发射波束的宽度进行设置，并且此时的水位高度为枯水期的水位高度，则当雷达采用常规设计，天线方向图没有赋形设计时，可以计算得到雷达俯仰方向上应后倾的角度为：
Figure BDA0003343383050000051
所安装的毫米波雷达的测量能力可以根据雷达的属性进行预先确定。示例性的，要求在枯水期，雷达波束也能完全的照射到水面上，由此设置立杆距离水面的距离l。如果不能确定枯水期立杆到水面平面的高度和水平距离，则可以按照雷达安装时的数据来计算，要求实际安装的后倾角度超过计算得到的倾斜角度值，以保证在枯水期雷达波束也能完全的照射到水面上。
步骤102、根据测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息。
具有不同测量能力的毫米波雷达可以获取到不同的回波信息，根据不同的回波信息确定对应的方案确定水位值。
具体的，当毫米波雷达具备测量回波俯仰角能力时，毫米波雷达可以获取到各回波的方位角、俯仰角以及回波长度；当毫米波雷达不具备测量回波俯仰角能力时毫米波雷达可以获取到各回波的方位角和回波长度。
示例性的，当毫米波雷达发射电磁波到水面上后，会接收到水面各目标点反射后的回波信号，当毫米波雷达具备测量回波俯仰角能力时，可以确定接收到的回波信号对应的目标方位角以及回波长度信息和俯仰角，将其作为该目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；同样，当毫米波雷达不具备测量回波俯仰角能力时，则不能直接获取到接收到的回波信号对应的俯仰角，将目标方位角以及回波长度信息作为该目标方位角上的水面目标点的目标回波信息。
步骤103、根据目标回波信息确定水位值。
在确定不同的目标回波信息后，根据雷达坐标系构成的角度关系，可以根据目标回波信息中的各信息确定水面目标点的水位值。
具体的，当毫米波雷达具备测量回波俯仰角能力时，目标回波信息包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点回波的俯仰角，按照如图2所示的坐标系，根据目标点回波的俯仰角和回波长度之间的关系，可以确定该回波在Z轴上的距离，则根据Z轴上的距离以及雷达立杆的长度可以确定目标点的水位值。当毫米波雷达不具备测量回波俯仰角能力时，目标回波信息包括在目标方位角上的目标点回波的长度，此时由于无法直接获取到目标点回波的俯仰角，则需要根据波束中心点进行相应的关系转换。由于对应波束中心点的回波，其俯仰角E0是已知的，即为毫米波雷达的倾斜角度ρ，则根据该关系可以在无法获取其他回波俯仰角的基础上确定水位值，因此首先需要确定波束中心点的回波，在此基础上，根据三角形之间的角度长度关系确定目标回波在Z轴上的距离，进而根据在Z轴上距离确定水位值。
在一个可行的实施例中，测量能力为不具备测量回波俯仰角能力；
相应的，在步骤103之前，该方法还包括：
根据毫米波雷达采集到的回波数据确定毫米波雷达发射的波束中心点到水面的中心距离；
相应的，步骤103，包括：
根据目标回波信息和中心距离确定水位值。
当毫米波雷达的测量能力为不具备测量回波俯仰角能力时，则在确定水位值时需要确定毫米波雷达发射的波束中心点到水面的中心距离，如图2所示的R值。如图2所示所建立的坐标系，由于中心点回波的俯仰角等于雷达的倾斜角度，可以得到目标点回波在X轴上的坐标值xn＝x0＝R0cosρ，在Y轴上的坐标值yn＝RnsinA，R0表示中心距离，ρ表示预先确定的毫米波雷达的倾斜角度，根据公式
Figure BDA0003343383050000071
确定，Rn表示目标回波的长度，由毫米波雷达的测量值获取，A表示毫米波雷达获取的目标点的目标方位角，也由毫米波雷达的测量值直接获取，因此，目标点在X轴和Y轴的坐标值可以根据毫米波雷达的测量值进行确定。
进一步，根据X轴和Y轴上的坐标值可以计算得到目标方位A对应的水面目标到雷达的距离在水面上的投影长度为
Figure BDA0003343383050000072
进而根据目标回波、中心点回波以及坐标系之间的关系确定目标点对应的水位值。
在一个可行的实施例中，目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度；
相应的，根据如下公式确定水位值：
Figure BDA0003343383050000073
其中，zn表示目标点的水位值；Rn表示毫米波雷达获取的目标点回波的长度；R0表示中心距离；ρ表示预先确定的毫米波雷达的倾斜角度；An表示毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
根据如图2所示的坐标系，可以得到目标点在Z轴上的坐标系为：
Figure BDA0003343383050000081
在一个可行的实施例中，根据毫米波雷达采集到的回波数据确定毫米波雷达发射的波束中心点到水面的中心距离，包括：
获取毫米波雷达发射的波束回波的方位角；
确定方位角等于90度与毫米波雷达的倾斜角度的差值的回波为中心点回波；
将中心点回波的长度确定为中心距离。
根据如图2所示的角度关系示例图，当回波为中心点回波时，则存在A＝90-ρ，则当获取的回波中存在回波方位角满足该关系时，表示该回波为波束中心点回波，则将该回波的长度确定为中心距离。
在一个可行的实施例中，测量能力为具备测量回波俯仰角能力；目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点回波的俯仰角；
相应的，根据如下公式确定水位值：
zn＝RnsinEn；
其中，zn表示目标点的水位值；Rn表示毫米波雷达获取的目标点回波的长度；En表示毫米波雷达获取的目标点回波的俯仰角。
当毫米波雷达具备测量回波俯仰角能力时，则可以直接根据俯仰角、回波长度以及Z轴之间的关系确定水位值。根据如同图2所示建立的坐标系，按照公式zn＝RnsinEn即可确定目标点在Z轴上的坐标。此外，还可以确定该方位角为A的水面目标点在X轴和Y轴上的坐标为：
Figure BDA0003343383050000091
因此，如果毫米波雷达可以测量方位角和俯仰角，则可以直接确定目标回波对应的目标点的坐标。同样，由于波束中心点的俯仰角E等于倾斜角ρ，因此波束中心点照射到水面上的坐标为：
Figure BDA0003343383050000092
在一个可行的实施例中，步骤102，包括：
确定至少两个目标方位角上的目标回波信息；
相应的，步骤103，包括：
根据至少两个目标方位角上的目标回波信息确定至少两个水面目标点上的目标回波信息；
根据至少两个水面目标点上的目标回波信息确定至少两个目标点水位值；
根据至少两个目标点水位值的均值确定最终水位值；
根据至少两个目标点水位值的方差确定水浪高度值。
由于水面具有一定的波动性，因此若根据单一目标点上的水位值确定整体水面的水位值则会造成测量结果不准确，因此在本实施例中，确定多个目标点的目标回波信息，并计算出该多个目标点上的目标水位值，利用多个目标水位值的均值作为该水域的最终水位值，并且由于多个目标点上的水位值的差距是由水浪造成的，因此多个目标点的水位值之间的方差可以作为该水域的水浪高度值。
示例性的，确定毫米波雷达获取到的所有目标方位角上的目标回波信息，即确定对应所有目标点的目标回波信息，并根据各目标回波信息确定各目标点上的目标点水位值，对所有目标点的目标点水位值求平均作为水位探测的最终值输出，所有目标点的目标点水位值求方差作为水位探测的水浪高度值输出。根据多个方位上的水面估计最终水位值，以保证水位值确定的精准度，同时可以得到水浪的预测，提高水位信息获取的丰富性。
在一个可行的实施例中，毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射或方位向倾斜入射的安装方式。
当毫米波雷达不具备测量回波俯仰角能力时，则无法获取到X轴和Y轴上的坐标。上述测量水位值时毫米波雷达的安装方向为俯仰向倾斜入射，如图4所示为俯仰向倾斜入射的毫米波雷达的安装示意图，从图中可以看出，毫米波雷达的长边与X轴平行。在此基础上，按照俯仰向倾斜安装方案，沿着雷达板方向转动90度的方式安装毫米波雷达，如图5所示为方位向倾斜入射的毫米波雷达的安装示意图，从图中可以看出，毫米波雷达的短边与X轴平行，按照如图5所示的安装方式，此时不需要考虑目标方位上的测量，通过不同俯仰角度上的回波长度计算水位值。
在一个可行的实施例中，目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点多普勒速度；毫米波雷达采用方位向倾斜入射的安装方式；
相应的，在步骤102之后，该方法还包括：
根据如下公式确定目标点的水流速度：
vdn＝vxRncos(ρ+An)；
其中，vdn表示目标点多普勒速度；vx表示目标点的水流速度；Rn表示毫米波雷达获取的目标点回波的长度；ρ表示预先确定的毫米波雷达的倾斜角度；An表示毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
在一个可行的实施例中，目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点多普勒速度；毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射的安装方式；
相应的，在步骤102之后，该方法还包括：
根据如下公式确定目标点的水流速度：
vdn＝vxRncosAncosEn；
其中，vdn表示目标点多普勒速度；vx表示目标点的水流速度；Rn表示毫米波雷达获取的目标点回波的长度；En表示毫米波雷达获取的目标点回波的俯仰角；An表示毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
毫米波雷达除了可以测量到目标方位角上的目标点回波的长度，还可以获取各个方位上的多普勒速度，在本实施例中通过多个目标方位上的多普勒速度可以计算水流速度。具体的，通过毫米波雷达获得了N个方位测量目标点上的目标坐标和速度，可以根据公式vdn＝vxxn+vyyn确定水流的方向的速度。其中，n＝1……N，表示目标点的序号；vdn表示第n个目标点方位上的多普勒速度；vx表示X轴方向上的水流速度；vy表示Y轴方向上的水流速度；xn表示目标点在X轴上的坐标值；yn表示目标点在Y轴上的坐标值，坐标值可以通过上述水位值测量时的公式进行确定，在此不再赘述。
具体的，毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射的安装方式时，雷达所获取到的目标点的坐标信息为：
Figure BDA0003343383050000121
毫米波雷达采用方位向倾斜入射的安装方式时，雷达所获取到的目标点的坐标信息为：
Figure BDA0003343383050000122
按照公式zn＝RnsinEn确定水位值，其中，En为第n个测量目标点的俯仰角，采用方位向倾斜入射的安装方式时，存在En＝ρ+An的关系，An为雷达测得第n个测量目标点的方位角度，ρ为雷达阵面的倾斜角度。如果水流速度矢量在以雷达为中心的直角坐标系中在X轴和Y轴上的值为vx和vy，有对应的目标位置矢量为[xn＝Rncos(ρ+An),yn＝0,zn＝Rnsin(ρ+An)]，代入公式vdn＝vxxn+vyyn，即可得到对应的多普勒速度为vdn＝vxRncos(ρ+An)。通过采用方位向倾斜入射的毫米波雷达，简便了计算水位的方法，在毫米波雷达无法确定俯仰角时也可以确定水流速度，提高水位信息获取的丰富性和便捷性。
本发明实施例由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，通过确定毫米波雷达的测量能力；根据测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；根据目标回波信息确定水位值。避免了传统水位探测雷达需要伸出到水面上的横杆的问题，简化了探测设备安装施工的复杂度，减少了后续维护的难度。同时可以获得更多水面波浪起伏、水流速度等水位信息。
在一个可行的实施例中，毫米波雷达安装在带有角度传感器的雷达外壳中。本发明实施例还提供一种带有角度传感器的雷达外壳，在安装时可以直接根据角度传感器读取雷达的倾斜角度，从而简化安装，提高安装的精度。
如图6所示为传统水位探测雷达获取的距离角度关系示意图，所采用的雷达安装为L型杆，在该探测方式下，雷达探测到的水面的范围即为雷达天线的波束范围。假设水面反射的电磁波能量能被雷达接收机有效接收、放大、处理，并在信号处理端能被检测到的范围是天线波束的3dB波束范围。则如果波束垂直和水平向上的3dB波束宽度分别为θh和θv(发射接收的双程波束宽度)，若雷达距离水面的距离为R，则有雷达电磁波照射到水面区域为一个椭圆，其长半轴和短半轴分别为(假设俯仰方向的波束宽度小于方位向的，是短半轴，方位向是长半轴)
Figure BDA0003343383050000131
和
Figure BDA0003343383050000132
可得到波束最边缘到水面的距离为：
Figure BDA0003343383050000133
波束边缘距离的水平与波束中心的水面距离差为：
Figure BDA0003343383050000134
如果雷达的距离分辨率大于δR，则类似多个散射中心在同一个距离分辨单元内，则可以忽略这一差异带来的测量误差，即要选择相对较大的距离分辨率的信号波形。但选择较大的距离分辨率的信号波形，将导致测距精度的降低。因此按照该方式进行水位探测会给测量结果带来一定的误差。
如图7所示为本发明实施例水位探测雷达获取的距离角度关系示意图，所采用的雷达安装为倾斜安装，按照上述确定水位值无需过多关注雷达的距离分辨率选择问题，提高水位值确定的准确性和便捷性。简化了雷达安装的复杂度和维护的难度，相比L型杆减少了安装的复杂度，降低了安装的成本。并且除了水位值信息，还可以提供波浪和水流速度等水位信息。
实施例二
图8是本发明实施例二中的水位探测装置的结构示意图，本实施例可适用于对河道、水库、湖泊等进行水位探测的情况，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量。如图8所示，该装置包括：
雷达测量能力确定模块810，用于确定所述毫米波雷达的测量能力；
回波信息确定模块820，用于根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
水位值确定模块830，用于根据所述目标回波信息确定水位值。
本发明实施例由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，通过确定毫米波雷达的测量能力；根据测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；根据目标回波信息确定水位值。避免了传统水位探测雷达需要伸出到水面上的横杆的问题，简化了探测设备安装施工的复杂度，减少了后续维护的难度。同时可以获得更多水面波浪起伏、水流速度等水位信息。
可选的，所述测量能力为不具备测量回波俯仰角能力；
相应的，所述装置还包括中心距离确定模块，用于在根据所述目标回波信息确定水位值之前，
根据毫米波雷达采集到的回波数据确定所述毫米波雷达发射的波束中心点到水面的中心距离；
相应的，水位值确定模块，具体用于：
根据所述目标回波信息和所述中心距离确定水位值。
可选的，所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度；
相应的，根据如下公式确定水位值：
Figure BDA0003343383050000141
其中，zn表示目标点的水位值；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；R0表示所述中心距离；ρ表示预先确定的所述毫米波雷达的倾斜角度；An表示所述毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
可选的，中心距离确定模块，具体用于：
获取毫米波雷达发射的波束回波的方位角；
确定方位角等于90度与毫米波雷达的倾斜角度的差值的回波为中心点回波；
将中心点回波的长度确定为中心距离。
可选的，所述测量能力为具备测量回波俯仰角能力；所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和所述目标点回波的俯仰角；
相应的，根据如下公式确定水位值：
zn＝RnsinEn；
其中，zn表示目标点的水位值；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；En表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的俯仰角。
可选的，回波信息确定模块，具体用于：
确定至少两个目标方位角上的目标回波信息；
相应的，根据所述目标回波信息确定水位值，包括：
根据所述至少两个目标方位角上的目标回波信息确定至少两个水面目标点上的目标回波信息；
根据所述至少两个水面目标点上的目标回波信息确定至少两个目标点水位值；
根据所述至少两个目标点水位值的均值确定最终水位值；
根据所述至少两个目标点水位值的方差确定水浪高度值。
可选的，所述毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射或方位向倾斜入射的安装方式。可选的，所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点多普勒速度；所述毫米波雷达采用方位向倾斜入射的安装方式；
相应的，所述装置还包括第一水流速度确定模块，用于在根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息之后，
根据如下公式确定所述目标点的水流速度：
vdn＝vxRncos(ρ+An)；
其中，vdn表示所述目标点多普勒速度；vx表示所述目标点的水流速度；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；ρ表示预先确定的所述毫米波雷达的倾斜角度；An表示所述毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
可选的，所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点多普勒速度；所述毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射的安装方式；
相应的，所述装置还包括第二水流速度确定模块，用于在根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息之后，
根据如下公式确定所述目标点的水流速度：
vdn＝vxRncosAncosEn；
其中，vdn表示所述目标点多普勒速度；vx表示所述目标点的水流速度；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；En表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的俯仰角；An表示所述毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
可选的，根据如下公式确定所述毫米波雷达的倾斜角度：
Figure BDA0003343383050000161
其中，ρ表示所述毫米波雷达的倾斜角度，θ表示所述毫米波雷达发射波束的宽度，h表示所述毫米波雷达到枯水期水平面的垂直高度，l表示所述毫米波雷达到枯水期水面的水平距离。
可选的，所述毫米波雷达安装在带有角度传感器的雷达外壳中。
本发明实施例所提供的水位探测装置可执行本发明任意实施例所提供的水位探测方法，具备执行水位探测方法相应的功能模块和有益效果。
实施例三
图9是本发明实施例三提供的一种电子设备的结构示意图。图9示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子设备12的框图。图9显示的电子设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图9所示，电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，***存储装置28，连接不同***组件(包括***存储装置28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储装置总线或者存储装置控制器，***总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及***组件互连(PCI)总线。
电子设备12典型地包括多种计算机***可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
***存储装置28可以包括易失性存储装置形式的计算机***可读介质，例如随机存取存储装置(RAM)30和/或高速缓存存储装置32。电子设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机***存储介质。仅作为举例，存储***34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图9未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图9中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储装置28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储装置28中，这样的程序模块42包括但不限于操作***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备12交互的设备通信，和/或与使得该设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图9所示，网络适配器20通过总线18与电子设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图9中未示出，可以结合电子设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID***、磁带驱动器以及数据备份存储***等。
处理单元16通过运行存储在***存储装置28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的水位探测方法，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：
确定所述毫米波雷达的测量能力；
根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
根据所述目标回波信息确定水位值。
实施例四
本发明实施例四还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的水位探测方法，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：
确定所述毫米波雷达的测量能力；
根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
根据所述目标回波信息确定水位值。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种水位探测方法，其特征在于，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：
确定所述毫米波雷达的测量能力；
根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
根据所述目标回波信息确定水位值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量能力为不具备测量回波俯仰角能力；
相应的，在根据所述目标回波信息确定水位值之前，所述方法还包括：
根据毫米波雷达采集到的回波数据确定所述毫米波雷达发射的波束中心点到水面的中心距离；
相应的，根据所述目标回波信息确定水位值，包括：
根据所述目标回波信息和所述中心距离确定水位值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度；
相应的，根据如下公式确定水位值：
Figure FDA0003343383040000011
其中，zn表示目标点的水位值；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；R0表示所述中心距离；ρ表示预先确定的所述毫米波雷达的倾斜角度；An表示所述毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据毫米波雷达采集到的回波数据确定所述毫米波雷达发射的波束中心点到水面的中心距离，包括：
获取毫米波雷达发射的波束回波的方位角；
确定方位角等于90度与毫米波雷达的倾斜角度的差值的回波为中心点回波；
将中心点回波的长度确定为中心距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量能力为具备测量回波俯仰角能力；所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和所述目标点回波的俯仰角；
相应的，根据如下公式确定水位值：
zn＝RnsinEn；
其中，zn表示目标点的水位值；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；En表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的俯仰角。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息，包括：
确定至少两个目标方位角上的目标回波信息；
相应的，根据所述目标回波信息确定水位值，包括：
根据所述至少两个目标方位角上的目标回波信息确定至少两个水面目标点上的目标回波信息；
根据所述至少两个水面目标点上的目标回波信息确定至少两个目标点水位值；
根据所述至少两个目标点水位值的均值确定最终水位值；
根据所述至少两个目标点水位值的方差确定水浪高度值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射或方位向倾斜入射的安装方式。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点多普勒速度；所述毫米波雷达采用方位向倾斜入射的安装方式；
相应的，在根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息之后，所述方法还包括：
根据如下公式确定所述目标点的水流速度：
vdn＝vxRncos(ρ+An)；
其中，vdn表示所述目标点多普勒速度；vx表示所述目标点的水流速度；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；ρ表示预先确定的所述毫米波雷达的倾斜角度；An表示所述毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述目标回波信息至少包括在目标方位角上的目标点回波的长度和目标点多普勒速度；所述毫米波雷达采用俯仰向倾斜入射的安装方式；
相应的，在根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息之后，所述方法还包括：
根据如下公式确定所述目标点的水流速度：
vdn＝vxRncosAncosEn；
其中，vdn表示所述目标点多普勒速度；vx表示所述目标点的水流速度；Rn表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的长度；En表示所述毫米波雷达获取的目标点回波的俯仰角；An表示所述毫米波雷达获取的目标点的目标方位角。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下公式确定所述毫米波雷达的倾斜角度：
Figure FDA0003343383040000041
其中，ρ表示所述毫米波雷达的倾斜角度，θ表示所述毫米波雷达发射波束的宽度，h表示所述毫米波雷达到枯水期水平面的垂直高度，l表示所述毫米波雷达到枯水期水面的水平距离。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述毫米波雷达安装在带有角度传感器的雷达外壳中。
12.一种水位探测装置，其特征在于，由在水岸上倾斜安装的毫米波雷达进行测量，包括：
雷达测量能力确定模块，用于确定所述毫米波雷达的测量能力；
回波信息确定模块，用于根据所述测量能力确定毫米波雷达获取的在目标方位角上的水面目标点的目标回波信息；
水位值确定模块，用于根据所述目标回波信息确定水位值。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-11中任一所述的水位探测方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-11中任一所述的水位探测方法。
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