本发明专利技术公开了一种基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置及方法，测量装置包括水位尺和水位检测装置，所述水位尺设置在水库中，所述水位检测装置设置在水库坝体上用以采集水库水位数据；所述水位尺包括带刻度的标尺，标尺设置在底座上，在标尺上设置有沿标尺随水位升降而上下移动的浮标，所述浮标朝向水位检测装置的一侧面上设置有反光条。本发明专利技术通过摄像头对水位尺进行拍摄，获取一维图像，由此图像求得所在图像区域的纵向位置，即可精度测量水位高度；采用低功耗单片机来管理整个系统，极大降低了功耗；采用太阳能电池供电，便于安装，水位检测装置密封在壳体内，通过控制通孔开关机构打开遮挡板进行摄像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水位监测装置，具体地说是基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置及方法。
技术介绍
水库水位测量是水文水利部门的重点。当发生恶劣的天气情况时，如果没有及时进行精确而有效的水位监测，水位超出达警戒线，会造成严重的水涝灾害。水位传感器是液位传感器中的一种。水利安全与水资源开发、管理的迫切需要,各种水位方面的传感器应运而起。目前，国内外水位传感器：(1)浮子式水位传感器：这种传感器的工作原理主要是利用水的浮力特性。由于这类传感器采用的是浮子浮在水面上，这使得它在冬季结冰时的应用受到了限制，而且浮子容易流动需要建测井。目前传统浮子式水位传感器受水位波动影响易打滑、自身系统误差大、使用不便等问题，同时，该浮子式水位计存在安装复杂、下端转轮容易被异物卡死等问题，还有待进一步解决。(2)压阻式压力水位传感器：水位的不同则存在的水压不同，水压的大小反应水的深度。该传感器响应频率髙，灵敏度髙，精度高及可靠性好的优点，而且易于集成化和微型化。但是它受温度的影响很大，而且抗干扰能力弱，从而影响传感器的测量精度。(3)导热式水位传感器：导热式水位传感器基于导热性能。由于水导热性是空气的几十倍，也就是说，将同一高温加热物体分别置于水和空气当中，高温加热物体的降温速度是明显不同的，它在水中比空气中降温要降的快很多，当增大加热物体的功率时，二者的差距就越大。该类型的热式水位传感器结构比较简单，它内部包含发热元件和测温热电偶。但实际应用场合受限。(4)导电式水位传感器：根据水质的不同，水的导电性也不相同。水质越复杂，其导电性能就越好。利用水的导电性能研制了导电式水位传感器。它是通过将水位信息的变化转换为电学信号。其转换方式分为两种：电容式和电极式。该传感器一般不适合水库水位测量。(5)超声式水位传感器：利用水面具有反射的特性研制了超声波式水位传感器。通过超声波设备中的有源传感器向水面发射超声波，此时由于水的反射特性将反射一部分声波回去，反射回来的声波被同一有源传感器接收并将其转换成电学信号。这类传感器成本高，受环境影响大。(6)光纤光栅传感器：随着光通信和光传感的发展，出现了一种敏感性能优越的光学无源器件，它就是光纤光栅。光纤光栅在其出现之后便得到了许多领域的极大重视，它对于光纤传感领域的贡献是巨大的。光纤光栅传感器经过近十几年的发展已经越来越成熟，人们可根据不同的需要和条件，研制出多种结构各异的光纤光栅传感器以实现对不同外界参量的传感测量。与传统电类传感器进行比较,光纤光栅传感器的具有可靠性高、准分布式多点测量、测量精度高、抗电磁干扰、抗腐蚀。但现有的光纤光栅水位传感器还存在着很多问题，一般只考虑到了光纤光栅自身的温度补偿，而忽略了传感器金属结构本身的热形变产生的应力而造成传感光栅的测量精度不高的影响。另，光纤光栅也存在着一些应用难点：①温度和应变交叉敏感；②封装工艺比较复杂；③对光纤光栅的谐振，波长信号进行检测的设备成本很高。随着计算机技术和信息技术的高速发展，我们的生活和工业生产也向着数字化、智能化和网络化方向不断发展，图像识别技术在各个方面得到了广泛应用：例如车牌识别，条码识别，生物特征识别等。计算机视觉检测技术是图像识别技术的重要应用之一，是进行非接触式测量的重要手段，近年来得到了极大的发展。目前研究基于图像处理的水位尺定位方法都是基于现有的水位尺进行识别。市场上水位尺按高中低档可分为电子水位尺(其中包括超声波或雷达等测量技术的水位尺，造价较高)、不锈钢组合型水位尺、高分子水位尺、招板反光水位尺、塘瓷水位尺等，形式和种类如图1所示。国内外现有的摄像式的水库水位测试仪，其硬件系统均采用图像采集卡、单片机+DSP+摄像模块等，软件采用一系列图像处理方法进行特征值的提取，经运算求得水位高度。上述的水位检测系统都存在各种缺陷：(1)需要较高的硬件成本；(2)软件算法复杂，软件算法上需要采用基于训练样本的复杂神经网络等算法；(3)识别数字“1、2…、9”难度较大，识别“E”符号容易些，但当水位在两个“E”中间时候会产生较大的误差，因为在一定的光线情况下拍摄水位的平面线和水位尺“E”之间的白色颜色相近；(5)受环境影响大，即使带夜光的标尺，在夜间拍摄效果不理想，原因是众多反光光线交叉干扰；(6)难以产品化。正因为如此，目前基于视觉的水位监测装置还没有普遍推广。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供了一种基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置及方法，其不仅能够有效监测水库水位情况，而且测量精度高。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，包括水位尺和水位检测装置，所述水位尺设置在水库中，所述水位检测装置设置在水库坝体上用以采集水库水位数据；所述水位尺包括带刻度的标尺，标尺设置在底座上，在标尺上设置有沿标尺随水位升降而上下移动的浮标，所述浮标朝向水位检测装置的一侧面上设置有反光条。优选地，所述水位检测装置包括壳体以及设置在壳体内的摄像头、补光灯、STM32F407单片机、存储器、雨量传感器、25M有源晶振、STM8L151单片机、太阳能电池板、充电控制电路、锂电池、开关控制电路、稳压电路和GPRS模块，所述STM32F407单片机分别与摄像头、补光灯、存储器、25M有源晶振、STM8L151单片机和稳压电路连接，所述充电控制电路分别与太阳能电池板和锂电池电连接，所述锂电池分别与STM8L151单片机和开关控制电路连接，所述开关控制电路的控制端与STM8L151单片机连接，所述稳压电路分别与STM32F407单片机和摄像头连接，所述GPRS模块与STM8L151单片机连接；在壳体朝向水位尺的侧面上设置有通孔，所述摄像头正对通孔设置，在壳体通孔处的内侧壁上设置有通孔开关机构，用以遮挡通孔。优选地，所述水位检测装置还包括雨量传感器，所述雨量传感器设置在壳体上方且雨量传感器的数据输出端与TM32F407单片机连接。优选地，所述摄像头采用OV2640摄像头，所述摄像头连接有24M有源晶振，所述存储器采用AT24C02存储芯片。优选地，所述GPRS模块包括SIM800C模块、SIM卡和MIC29302芯片，所述SIM800C模块分别与STM8L151单片机和电源模块连接，所述SIM卡设置在SIM800C模块的卡槽内，所述MIC29302芯片的控制端与STM8L151单片机连接。优选地，所述通孔开关机构包括固定在壳体内侧壁上的支架板，在支架板一端设置有与通孔相应大小的通光孔，支架板另一端设置有水平的轨道孔，轨道孔与通光孔联通，在支架板靠近壳体侧壁一侧设置有滑槽，在滑槽内设置有左右移动的遮挡板，所述遮挡板背面设置有在轨道孔左右移动的齿条，所述齿条与设置在旋转轴上的齿轮啮合，所述旋转轴的上端与固定在支架板上的步进电机的输出轴连接，旋转轴的下端设置在固定在支架板上的轴承座内，在支架板左右两端对应齿条移动行程的位置分别设置有一个限位开关；所述支架板上还设置有拉式电磁铁，当遮挡板遮挡通光孔和通孔时拉式电磁铁的挡头下落在齿条远离通光孔的一端；所述限位开关的输出端与STM32F407单片机连接，所述步进电机的控制端通过驱动电路与STM32F407单片机连接，所述拉式电磁铁的控制端与STM32F407单片机本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，其特征是，包括水位尺和水位检测装置，所述水位尺设置在水库中，所述水位检测装置设置在水库坝体上用以采集水库水位数据；所述水位尺包括带刻度的标尺，标尺设置在底座上，在标尺上设置有沿标尺随水位升降而上下移动的浮标，所述浮标朝向水位检测装置的一侧面上设置有反光条。
【技术特征摘要】
1.基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，其特征是，包括水位尺和水位检测装置，所述水位尺设置在水库中，所述水位检测装置设置在水库坝体上用以采集水库水位数据；所述水位尺包括带刻度的标尺，标尺设置在底座上，在标尺上设置有沿标尺随水位升降而上下移动的浮标，所述浮标朝向水位检测装置的一侧面上设置有反光条。2.根据权利要求1所述的基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，其特征是，所述水位检测装置包括壳体以及设置在壳体内的摄像头、补光灯、STM32F407单片机、存储器、雨量传感器、25M有源晶振、STM8L151单片机、太阳能电池板、充电控制电路、锂电池、开关控制电路、稳压电路和GPRS模块，所述STM32F407单片机分别与摄像头、补光灯、存储器、25M有源晶振、STM8L151单片机和稳压电路连接，所述充电控制电路分别与太阳能电池板和锂电池电连接，所述锂电池分别与STM8L151单片机和开关控制电路连接，所述开关控制电路的控制端与STM8L151单片机连接，所述稳压电路分别与STM32F407单片机和摄像头连接，所述GPRS模块与STM8L151单片机连接；在壳体朝向水位尺的侧面上设置有通孔，所述摄像头正对通孔设置，在壳体通孔处的内侧壁上设置有通孔开关机构，用以遮挡通孔。3.根据权利要求2所述的基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，其特征是，所述水位检测装置还包括雨量传感器，所述雨量传感器设置在壳体上方且雨量传感器的数据输出端与TM32F407单片机连接。4.根据权利要求2所述的基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，其特征是，所述摄像头采用OV2640摄像头，所述摄像头连接有24M有源晶振，所述存储器采用AT24C02存储芯片。5.根据权利要求2所述的基于一维视觉的水库水位自动远程测量装置，其特征是，所述GPRS模块包括SIM800C模块、SIM卡和MIC29302芯片，所述SIM800C模块分别与STM8L151单片机和电源模块连接，所述SIM卡设置在SIM800C模块的卡槽内，所述MIC29...
【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，孙湛博，李春梅，朱言起，邵振华，代华章，吴哲，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。