一种嵌入式视频测流的终端系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种嵌入式视频测流终端系统及方法，硬件模块都设置在长方体结构的壳体内，壳体内由前到后依次为网络摄像机、处理器模块、姿态传感器模块以及路由器，网络摄像机、处理器模块、姿态传感器模块以及路由器通过固定海绵垫被固定在壳体内，壳体前端面板为透明视窗，网络摄像机透过透明视窗对待测流速水流进行拍摄；本发明专利技术所述终端测流系统是将视频或图像以及数据处理都放在边缘，使用专门的嵌入式平台进行处理省去了中间部分的数据传输，能够解决数据丢失的问题，即使在野外网络信号不好的情况下也能够可靠的运行，与云端系统普遍使用的通用PC相比，嵌入式平台具有极高的稳定性，能够适应野外复杂测速环境，保证测速流程的可持续进行。的可持续进行。的可持续进行。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式视频测流的终端系统及方法


[0001]本专利技术涉及水文测流
，特别是涉及一种嵌入式视频测流终端系统及方法。

技术介绍

[0002]河流流速作为水利水文研究中核心的基本要素之一，对洪涝灾害的预防有着十分重要的作用。流速监测也从传统费时费力的流速仪法等接触式技术发展到基于声学、雷达及图像的微侵入式或非接触式在线测流技术。然而大尺度粒子图像测速发(LSPIV)、光流跟踪测速法(OTV)以及粒子跟踪测速法(PTV)的环境适应性较差且对平台算力要求较高，因此当前的图像法测流系统多为云端系统，依赖大宽带高清视频传输。偏于山区受限于4G网络覆盖，往往在野外实际测流中受到系统实时性、安全性以及站点规模的限制。
[0003]尽管现在的LSPIV已经被广泛的发展并使用，但是由于云端系统需要肩负大带宽的数据传输与大规模的计算量，云端系统构成的一整套设备的功耗是相当惊人的。当前的各种测流系统基本上都是在视频的获取以及后端的图像法处理上进行研究与改进，而相当容易忽视的一个问题便是视频的获取与数据的处理之间的数据传输问题，尽管无线传输技术仅能够在信号条件较好的环境下进行稳定的数据传输，但对于偏远山区或信号覆盖不到的流域，网络传输无法提供可靠的数据传输保障。除此之外，目前的云端系统均是采用通用PC进行采样后处理，在系统的稳定性上具有不确定性。一旦系统出现问题，会直接导致整个测流过程的中断。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有云端测速系统存在的系统不稳定、数据传输不稳定的技术问题，提供一种嵌入式视频测流终端系统。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种嵌入式视频测流终端系统，所有硬件模块都设置在长方体结构的壳体内，壳体内由前到后依次为网络摄像机、处理器模块、姿态传感器模块以及路由器，网络摄像机、处理器模块、姿态传感器模块以及路由器通过固定海绵垫被固定在壳体内，壳体前端面板为透明视窗，网络摄像机透过透明视窗对待测流速水流进行拍摄；
[0007]网络摄像机外部接口有两个，一个是自适应以太网接口，一个是12V直流供电接口，网络接口类型为RJ
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45，通过以太网接口接到路由器实现网络通信以及视频数据传输；
[0008]处理器模块固定在网络摄像机的后面，外接5V直流电源，外接一根以太网线到路由器中，处理器模块与网络摄像机保持在同一网段，通过以太网接口连接路由器和网络摄像机，通过GPIO接口连接姿态传感器，姿态传感器模块平行固定在处理器模块表面。
[0009]路由器负责将图像传感器、处理器模块布置在同一网段，同时外留网口用以笔记本连接。图像传感器与路由器通过12V电压并联供电，处理器模块单独使用5V电源供电，电源接口通过相机防护罩的下端过孔留出。
[0010]图像传感器放置在最前端通过防护罩正面的透明玻璃进行拍摄；处理器模块固定在相机的后端作为主控；姿态传感器直接与核心板的UART串口相连接，电气特性相同；拓展版上有两组拓展的UART串口，通过连接线外接一个TTL转485模块，该模块可与水位计模块进行通信。
[0011]优选的，网络摄像机采用红外点阵筒型网络相机，型号为DS
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2CD3T86FWDV2
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I3S，镜头采用1/2”Progressive Scan CMOS感光元件，焦距为6mm，800万像素，分辨率具体为3840
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2160，帧速率为25fps，红外拍摄最远距离为30米，采用H.264/H.265/MJPEG视频压缩。
[0012]优选的，处理器模块采用型号为BCM2711的64位、1.5GHz、四核、ARM Cortex
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A72处理器，和500MHz的GPU。
[0013]用于满足高清视频图像处理和神经网络推理等高性能计算的需求。整版满载功耗不超过15W，实际功耗维持在10W以下。配备USB 3.0、千兆以太网、双频WiFi、蓝牙5.0和GPIO接口用于连接网络摄像机、姿态传感器、水尺水位计、防护罩雨刮器等，实现终端设备与辅助测量设备的集成一体化和全天候高效协同。
[0014]优选的，姿态传感器采用核心主控板的外接拓展版，输出数据包括X、Y、Z三轴加速度和X、Y两轴倾角，输出频率为0.1Hz～100Hz，输出接口为TTL串口。
[0015]优选的，处理器模块拓展板上有两组拓展的UART串口，通过连接线外接一个TTL转485模块，该模块上连接有水位计模块，水位计采用WFH
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2A型全量机械编码水位计，水位数据通过采用12位格雷码输出至RS485转换器，通过RS485接口将水位数据以MODBUS协议格式输出。
[0016]一种嵌入式视频测流终端系统的测流方法，包括以下步骤：
[0017]S1：设置网络摄像机的IP地址及端口号，建立嵌入式平台与网络摄像机的网络连接；
[0018]S2：通过姿态传感器获取嵌入式终端当前的姿态角度，用于测流算法中的流场标定；
[0019]S3：通过水位计获取当前水位数据，用于在断面地形数据中定位水边线及相关起点距并设置测速线；
[0020]S4：使用网络摄像机作为图像采集模块，获取测速视频图像序列；
[0021]S5：根据读入的网络摄像机内参和畸变系数对每帧图像的非线性畸变进行校正；
[0022]S6：运行置入在嵌入式平台中的时空图像算法得出相应的流速值；
[0023]S7：根据最后的输出数据格式，通过Socket网络传输技术将数据从终端发送到目标平台。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术所述终端测流系统是将视频或图像以及数据处理都放在边缘，使用专门的嵌入式平台进行处理省去了中间部分的数据传输，能够解决数据丢失的问题，即使在野外网络信号不好的情况下也能够可靠的运行，与云端系统普遍使用的通用PC相比，嵌入式平台具有极高的稳定性，能够适应野外复杂测速环境，保证测速流程的可持续进行。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的硬件功能模块示意图。
[0027]图2为本专利技术的硬件内部结构示意图。
[0028]图3为本专利技术的硬件立体结构示意图。
[0029]图4为本专利技术的TTL转485模块电路图。
[0030]图5显示了姿态传感器获取嵌入式终端当前的姿态角度；
[0031]图6显示了水位计获取的当前水位数据；
[0032]图7显示了网络摄像机获取测速视频图像序列。
[0033]其中，1、壳体；2、视窗；3、网络摄像机；4、TTL转485模块；5、姿态传感器；6、处理器模块；7、路由器；8、网络摄像机外部接口；9、固定海绵垫；10、锁扣；11、铰链；12、三脚架；13、以太网线；14、5V电源线；15、12V电源线。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：
[0035]本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式视频测流终端系统，其特征在于，所有硬件模块都设置在长方体结构的壳体内，壳体内由前到后依次为网络摄像机、处理器模块、姿态传感器模块以及路由器，网络摄像机、处理器模块、姿态传感器模块以及路由器通过固定海绵垫被固定在壳体内，壳体前端面板为透明视窗，网络摄像机透过透明视窗对待测流速水流进行拍摄；网络摄像机外部接口有两个，一个是自适应以太网接口，一个是12V直流供电接口，网络接口类型为RJ
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45，通过以太网接口接到路由器实现网络通信以及视频数据传输；处理器模块固定在网络摄像机的后面，外接5V直流电源，外接一根以太网线到路由器中，处理器模块与网络摄像机保持在同一网段，通过以太网接口连接路由器和网络摄像机，通过GPIO接口连接姿态传感器，姿态传感器模块平行固定在处理器模块表面。2.根据权利要求1所述的一种嵌入式视频测流终端系统，其特征在于，网络摄像机采用红外点阵筒型网络相机，型号为DS
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2CD3T86FWDV2
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I3S，镜头采用1/2”Progressive Scan CMOS感光元件，焦距为6mm，800万像素，分辨率具体为3840
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2160，帧速率为25fps，红外拍摄最远距离为30米，采用H.264/H.265/MJPEG视频压缩。3.根据权利要求2所述的一种嵌入式视频测流终端系统，其特征在于，处理器模块采用型号为BCM2711的64位、1.5G...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家伟，张振，袁章，姜天生，程泽，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：