CN100521779C - 环境监测装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境监测装置，包括：图像识别单元用来将成像单元的图像信息与存储单元保存的以往图像信息进行相减，将不同之处分离出来成为目标，并计算分离出来的目标的大小，并根据目标中心所在的位置，计算出图像危害值传输至监控单元；监控单元在满足设定上报条件时通过发送单元向管理站发送告警信息；发送单元用来向管理站传输信息；存储单元用来进行数据存储，所述数据包括以往图像信息和设定上报条件；传感单元用来对至少一项环境参数进行测量；数据采集单元用来采集传感单元的测量结果；监控单元在告警等级超过设定告警阈值时启动告警信号单元告警。本发明还公开了一种环境监测***。本发明实现了监测地点的无人值守和实时监控。

Description

环境监测装置及***

技术领域

本发明涉及环境监控及灾害预警领域，尤其涉及一种环境监测控装置及***。

背景技术

在交通运输***中，公路和铁路都需要穿过许多地形复杂的区域，其中一些地区在一定条件下可能成为高危路段。例如，可能有山石坠落的路段、发生塌陷的路基等。同时，在一定的气候条件下需要密切关注一些路段的环境变化，例如附近可能有山体滑坡或泥石流的路段、可能发生洪水的路段等。

目前的技术中，解决高危路段线路障碍的常规做法是利用人工巡视，以及在一些路段布设防护网。人工巡视无法做到对高危路段的实时监控，并且对危险程度的判别只能根据巡视者的个人经验和判断，不具有客观性；而防护网技术成本高，布防困难，尤其在山区，需要大面积覆盖危险山体，施工难度巨大，而且无法避免山体滑坡、落石造成的灾害，同时防护网的坠落还会影响行车安全。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中环境监控依赖于人工主观判断和布设防护网成本太高效果差的问题。

本发明所述的环境监测装置包括成像单元、图像识别单元、监控单元、发送单元和存储单元，以及传感单元、数据采集单元和告警信号单元，其中：

成像单元用来生成被监控环境的图像信息；

图像识别单元用来将成像单元的图像信息与存储单元保存的以往图像信息进行相减，将不同之处分离出来成为目标，并计算分离出来的目标的大小，并根据目标中心所在的位置，计算出图像危害值传输至监控单元；

监控单元根据包括图像危害值的监测参数计算告警等级，将各项环境参数测量结果按照对应的权值加权平均，再与图像危害值加权平均，在满足设定上报条件时通过发送单元向管理站发送告警信息；

发送单元用来向管理站传输信息；

存储单元用来进行数据存储，所述数据包括以往图像信息和设定上报条件，以及图像危害值的权值和环境参数测量结果的权值；

传感单元用来对至少一项环境参数进行测量；

数据采集单元用来采集传感单元的测量结果，并传输至监控单元；

所述监控单元计算告警等级的监测参数还包括数据采集单元采集的环境参数测量结果；

告警信号单元，根据监控单元的控制信号在所述环境监测装置所在地发布告警信号；

监控单元在告警等级超过设定告警阈值时启动告警信号单元告警。

优选地，还包括图像编码单元，用来根据监控单元的指令将成像单元的图像信息进行编码后传输至监控单元；

所述监控单元向管理站发送的告警信息中包括监控单元在满足设定上报条件时指令图像编码单元生成的图像数据。

优选地，还包括接收单元，用来接收管理站的指令，包括数据上报指令和参数更改指令；

监控单元根据数据上报指令将图像编码单元生成的图像数据、图像识别单元生成的图像危害值以及数据采集单元采集的环境参数测量结果通过发送单元上报至管理站；

监控单元根据参数更改指令修改存储单元中存储的所述权值和设定上报条件。

优选地，所述环境参数包括温度、湿度、风力、风向、降雨量、降雪量或地震信息。

本发明还提供了一种环境监测***，包括管理站和至少一台环境监测装置，其中：

环境监测装置包括成像单元、图像识别单元、监控单元、发送单元和存储单元，以及传感单元、数据采集单元和告警信号单元，成像单元生成被监控环境的图像信息；图像识别单元根据成像单元的图像信息和存储的以往图像信息相减，将不同之处分离出来成为目标，并计算分离出来的目标的大小，并根据目标中心所在的位置，计算图像危害值；发送单元用来向管理站发送信息；存储单元用来进行数据存储，所述数据包括以往图像信息和设定上报条件，以及图像危害值的权值和环境参数测量结果的权值；监控单元根据包括图像危害值的监测参数计算告警等级，将各项环境参数测量结果按照对应的权值加权平均，再与图像危害值加权平均，在满足设定上报条件时通过发送单元向管理站发送告警信息；传感单元用来对至少一项环境参数进行测量；

数据采集单元用来采集传感单元的测量结果，并传输至监控单元；

所述监控单元计算告警等级的监测参数还包括数据采集单元采集的环境参数测量结果；

告警信号单元，当告警等级超过设定告警阈值时，根据监控单元的控制信号在所述环境监测装置所在地发布告警信号；

监控单元在告警等级超过设定告警阈值时启动告警信号单元告警；

管理站包括后台处理单元、后台接收单元、后台存储单元和后台告警单元，后台接收单元用来接收环境监测装置发送的信息；后台存储单元用来进行包括环境监测装置发送信息的数据存储；后台告警单元用来在管理站发布告警信号；后台处理单元将后台接收单元接收的信息存储在后台存储单元中，根据增强处理后的图像和各项环境参数测量结果判定符合设定的管理站告警条件时指令后台告警单元发布告警信号。

优选地，环境监测装置还包括图像编码单元，用来根据监控单元的指令将成像单元的图像信息进行编码后传输至监控单元；所述监控单元向管理站发送的告警信息中包括监控单元在满足设定上报条件时指令图像编码单元生成的图像数据；

管理站还包括后台图像处理单元和后台显示单元，后台图像处理单元用来对从环境监测装置接收的图像数据进行增强处理；后台显示单元用来进行增强处理后的图像和接收信息的显示。

优选地，环境监测装置还包括接收单元，用来接收管理站发出的指令；

管理站的指令包括数据上报指令、状态上报指令和参数更改指令，环境监测装置的监控单元根据数据上报指令将图像编码单元生成的图像数据和数据采集单元采集的环境参数测量结果通过发送单元上报至管理站，根据参数更改指令修改存储单元中存储的所述权值和设定上报条件，根据状态上报指令将环境监测装置的运行状态上报至管理站；

管理站还包括接口单元和后台发送单元，接口单元用来接收查询请求或参数更改设置，并将其传输至后台处理单元；后台发送单元用来向环境监测装置发送后台处理单元根据查询请求或参数更改设置生成的指令。

优选地，环境监测装置和管理站之间的信息传输方式包括码分多址接入CDMA、通用分组无线业务GPRS、全球移动通信***GSM、微波或互联网。

本发明通过在需要进行监测的地点放置环境监测装置，根据被监测环境的图像信息自动确定告警等级并自动上报告警信息，实现了监测地点的无人值守和实时监控，告警等级根据客观的实时数据确定，不再依赖人工主观判断，也不再需要布设防护网；

同时，环境监测装置可以对各项环境参数进行实时采集，使得对告警等级的确定可以综合多种因素进行，为准确进行预警提供了更好的条件。

附图说明

图1为本发明所述环境监测***的结构图；

图2为本发明所述环境监测装置的结构图；

图3为本发明所述管理站的结构图；

图4为本发明所述管理站的硬件结构示意图。

具体实施方式

本发明的思路是在具有危险环境的地点放置能够自动对环境进行监控，并能在达到一定危险程度时自动报警的环境监测装置，取代人工巡视，来确保运输线路的安全。

图1所示为本发明中环境监测***的结构图。环境监测装置100由用户根据地理特点和实际需求安装在需要进行环境监测的现场，对现场环境进行实时监控，管理站200通过Internet(互联网)与各个环境监测装置100进行通信，根据各个环境检测装置100所在的现场情况为其设置不同的工作参数，还可以向各个环境检测装置100取得现场环境的实时参数。

本发明中对管理站200与环境监测装置100之间的信息传输方式没有限制，可以根据实际情况选择有线传输方式如Internet、E1、以太网、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字环路)等，也可以选择无线传输方式CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址接入)、GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务)、GSM(Global SystemforMobile communications，全球移动通信***)、微波等。

图2所示为本发明中环境监测装置100的内部结构图。监控单元103是环境监测装置100的核心单元，分别与告警信号单元101、存储单元102、图像识别单元104、图像编码单元105、数据采集单元109、发送单元107和接收单元108连接。成像单元106分别与图像识别单元104和图像编码单元105连接，传感单元110连接至数据采集单元109。

环境监测装置100对环境的监测主要通过对环境图像的监测进行。成像单元106用来生成被监控环境的视频图像，成像单元106优选摄像头实现。

如果成像单元106生成的视频图像不是数字格式，图像识别单元104首先对该视频图像进行数字化处理，转换为数字图像；如果成像单元106采用数码设备，则图像识别单元104可以直接得到数字图像。存储单元102中存储着以往的视频图像信息，以往的视频图像信息可以是最近的一幅无告警视频图像，也可以是由之前许多帧视频图像进行平均处理后所得的背景视频图像信息。

图像识别单元104将上述数字图像与存储单元中保存的以往图像信息进行相减，将不同之处分离出来成为目标；并计算分离出来目标的大小，根据目标中心所在的位置，评估目标的危害程度，在本发明中称为图像危害值。图像识别单元104将计算出的图像危害值发送至监控单元103。图像识别单元104需要具有自动运算能力，无需人工干预，本发明中推荐采用高速DSP(DataSignal Processing，数字信号处理)实现。

由于在环境监测装置100中自动对图像进行程度判断，为了防止可能的误报，可以在环境监测装置100中提供实时上传未经处理的图像的功能，图像编码单元105即用来实现这一功能。图像编码单元105在接收到监控单元103的指令后，对成像单元106生成的视频图像信息进行编码，转换为与后台管理站200约定的格式，由监控单元103通过发送单元107传输至管理站200。与图像识别单元104相同，当成像单元106生成的图像信息不是数字格式时，图像编码单元105要先将其转换为数字格式。

在一些较为稳定的环境中，仅凭图像就可以确定是否有危险情况发生。而在另外一些可能有突发性灾害发生的环境中，同时还需要对其他因素进行实时监测，如气象参数。本发明中可以通过传感单元110和数据采集单元109来实现功能。传感单元110可以包括多个传感器，例如温度传感器、湿度传感器、风力传感器、风向传感器、降雨量传感器、降雪量传感器或地震传感器等中的一个或多个，对至少一项环境参数进行测量。数据采集单元109根据传感单元110中各种传感器的特性，提供合理的接口，采集各种传感器的测量结果，传输至监控单元103。

监控单元103根据图像识别单元104输出的图像危害值，和数据采集单元109输出的测量结果这些监测参数计算告警等级，当告警等级满足存储单元102中存储的设定上报条件时，向管理站200发送告警信息。告警信息中可以包括告警等级、数据采集单元109的环境参数测量结果，还可以包括图像编码单元105输出的未经加工的图像数据。

监控单元103计算告警等级的方法可以由用户根据实际情况设定。本发明推荐的方法是为各项环境参数测量结果设定对应的权值，为图像危害值也设置相应的权值，这些权值与对应的参数构成了告警预案的组成部分。告警预案中还可以包括设定的上报条件和用于现场告警指示的设定告警阈值。每个环境监测装置100都在存储单元102中保存告警预案，监控单元103先将环境参数测量结果与对应的权值加权平均后，再与图像危害值根据其权值加权平均后得出其告警等级，将计算出的告警等级与设定上报条件、设定告警阈值进行比较，在满足设定上报条件时向管理站发送告警信息，在满足设定告警阈值时启动现场告警指示。监控单元103也可以仅根据图像危害值给出告警等级，此时只要忽略环境参数测量结果，不进行加权平均即可。与环境参数测量结果相结合得出告警等级，可以提高判断的准确性。

发送单元107和接收单元108用来实现与管理站200之间的信息传输。环境监测装置100可能向管理站200发送的信息包括告警信息、回复管理站200的本装置状态信息、回复管理站200的图像数据以及环境参数测量结果信息等。环境监测装置100从接收单元108能接收到管理站200的信息包括数据上报指令、状态上报指令和参数更改指令；数据上报指令由管理站200随时发出，要求环境监测装置100向管理站返回图像数据以及环境参数测量结果，环境监测装置100中的监控单元103指令图像编码单元105输出图像数据，指令数据采集单元109输出采集的环境参数测量结果，将其通过发送单元107发送至管理站；状态上报指令参数由管理站200随时发出，要求环境监测装置100向管理站返回当前工作状态，监控单元103将当前环境监测装置100的工作状态、自检结果等发送至管理站200；更改指令由管理站200发送，对告警预案中的各个权值、设定上报条件、设定告警阈值等参数进行更改，监控单元103根据接收的参数更改指令修改存储单元102中存储的上述参数值。

在存储单元102中可以存储告警预案的缺省值，环境监测装置100开机后如果没有后台管理站的参数更改指令，也可以凭借缺省告警预案正常工作。

告警信号单元101用来在环境监测装置100的安装现场进行告警指示，发布告警信号。告警信号单元101根据实际应用可以是告警指示灯、告警声音播放器等，由监控单元103在告警等级超过设定告警阈值时控制告警信号单元101进行发布。

可见，环境监测装置100能够在无人值守的情况下自动根据图像以及其他环境信息对告警等级进行判断，并能将图像和环境参数传输回管理站200，还能实现现场自动告警。

图3所示为本发明中后台管理站200的内部结构图。管理站200以后台处理单元203为核心，分别与后台告警单元201、后台存储单元202、后台图像处理单元204、后台显示单元205、接口单元208、后台发送单元206、后台接收单元207连接。

后台告警单元201用来在管理站200发布告警信号。当管理站200接收到环境监测装置100的告警信息、上报的数据时，由后台处理单元203将其中包括的图像数据、环境参数测量结果等数据存储到后台存储单元202，并根据这些数据进行告警等级的二次判断，如果判断结果符合设定的管理站告警条件，则后台处理单元203指令后台告警单元201发布告警信号。判断的具体方法由用户设定，可以与环境监测装置100相同，也可以不同。设定的管理站告警条件可以与环境监测装置100上的设定上报条件相同，也可以不同。

由于环境监测装置100中的图像识别单元104要对视频图像进行实时识别，因而较难实现极高的精确度。在管理站200上，为了减少可能的误报情况，可以通过后台图像处理单元204对上报数据或告警信息中的图像数据进行非实时地处理，由于管理站通常具有更强的运算能力，可以采用直方图均衡、滤波等图像处理技术对视频图像进行增强处理，达到更加清晰的效果。增强处理后的图像由后台显示单元205进行显示，同时后台显示单元205还可以用来显示环境参数测量结果等其他数据。

在管理站200上根据增强处理后的图像信息和其他上传的环境参数测量结果对告警等级进行二次判断时，可以通过设定的算法进行，也可以由人工综合各种条件进行判断。在采用人工判断的情况下，管理站200需要有人值守。

后台发送单元206和后台接收单元207用来进行与环境监测装置100之间的通信，向环境监测装置100发送各种指令，从环境监测装置100接收告警信息、状态上报信息、数据上报信息等。

接口单元208是后台管理站200与管理员的接口，管理员可以通过接口单元208对环境监测***进行管理，例如输入查询请求，对当前环境监测装置100的工作状态或其图像和环境参数进行查询；或输入参数更改设置，对环境监测装置100的告警预案进行修改。在后台处理单元203接到接口单元208传输的输入信息后，根据管理员的输入生成状态上报指令、数据上报指令或参数更改指令，并发送给对应的环境监测装置100。

后台存储单元202用来存储环境监测装置100上报的告警信息、数据、其告警预案、以及其他信息。后台存储单元202中还可以存储环境监测装置100的历史数据，从而为管理站200提供数据分析和统计的基础。通过对历史数据的归纳总结，可以为环境监测装置100设置更为科学和合理的告警预案，还可以更加准确地对危机情况进行预判，确定重点监视的地域范围和环境条件，进一步提高整个***的精确度。

管理站200可以采用下述这些具体的硬件实现：高性能服务器、数据库、DVR(数字硬盘录像机)、路由器、交换机、声光告警设备、大屏幕LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示)显示器和操作终端等。为了环境监测***的安全性，可以令管理站200与各个环境监测装置100组成VPN(Virtual PrivateNetwork，虚拟专用网)网络，管理站200的服务器可以采用双机HA(HighAvailability，高可用性)***，其存储***可以采用RAID(Redundant Array ofInexpensive Disks，廉价磁盘冗余阵列)1或RAID5磁盘阵列以保证数据的安全性。

图4所示为本发明中环境监测***的工作流程图。在管理站200上，由管理员确定环境监测装置100的设定上报条件以及计算告警等级的各项权值；管理站200将上述工作参数以指令形式发送至环境监测装置100；环境监测装置100根据指令修改存储的告警预案，并令图像识别单元104和数据采集单元109进行图像监控和环境参数采集；当环境监测装置100判断发生告警时，向管理站200发送告警信息；管理站200根据告警信息中包括的图像数据和环境参数测量结果判断现场发生的情况，在符合管理站告警条件时发布告警信号。

可见，本发明通过图像识别技术的运用，有效过滤了与灾害无关的信息，提高了高危路段安全监测人员的工作效率；通过与多种传感技术的整合，给出了险情多发条件下的气候条件、灾害状况信息，便于后期预防工作；通过***联网，实现了***的集中调度、集中监控的目的，实现了防灾***信息化。本发明还可以通过采用风力、太阳能等灵活的供电方式，实现环境监测***的快速布防。

本发明中的环境监测***不会受到气候、地形、供电、通信组网方面的限制，只要在适当的监测位置开辟出直径1米左右的水泥基础，上面立杆，即可设置本***，通电或者采用太阳能、风力供电后即可实现***连续工作，避免了人为巡视空档出现险情或无法及时通知造成的灾害。

本发明不仅可以用于公路、铁路运输的高危路段，而且可以用于气象、林业、水利、山体等各种环境的综合监测。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环境监测装置，其特征在于，包括成像单元、图像识别单元、监控单元、发送单元和存储单元，以及传感单元、数据采集单元和告警信号单元，其中：

成像单元用来生成被监控环境的图像信息；

图像识别单元用来将成像单元的图像信息与存储单元保存的以往图像信息进行相减，将不同之处分离出来成为目标，并计算分离出来的目标的大小，并根据目标中心所在的位置，计算出图像危害值传输至监控单元；

监控单元根据包括图像危害值的监测参数计算告警等级，将各项环境参数测量结果按照对应的权值加权平均，再与图像危害值加权平均，在满足设定上报条件时通过发送单元向管理站发送告警信息；

发送单元用来向管理站传输信息；

存储单元用来进行数据存储，所述数据包括以往图像信息和设定上报条件，以及图像危害值的权值和环境参数测量结果的权值；

传感单元用来对至少一项环境参数进行测量；

数据采集单元用来采集传感单元的测量结果，并传输至监控单元；

告警信号单元，根据监控单元的控制信号在所述环境监测装置所在地发布告警信号；

监控单元在告警等级超过设定告警阈值时启动告警信号单元告警。

2.按照权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于：还包括图像编码单元，用来根据监控单元的指令将成像单元的图像信息进行编码后传输至监控单元；

所述监控单元向管理站发送的告警信息中包括监控单元在满足设定上报条件时指令图像编码单元生成的图像数据。

3.按照权利要求2所述的环境监测装置，其特征在于：还包括接收单元，用来接收管理站的指令，包括数据上报指令和参数更改指令；

监控单元根据数据上报指令将图像编码单元生成的图像数据、图像识别单元生成的图像危害值以及数据采集单元采集的环境参数测量结果通过发送单元上报至管理站；

监控单元根据参数更改指令修改存储单元中存储的所述权值和设定上报条件。

4.按照权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于：所述环境参数包括温度、湿度、风力、风向、降雨量、降雪量或地震信息。

5.一种环境监测***，其特征在于，包括管理站和至少一台环境监测装置，其中：

环境监测装置包括成像单元、图像识别单元、监控单元、发送单元和存储单元，以及传感单元、数据采集单元和告警信号单元，成像单元生成被监控环境的图像信息；图像识别单元根据成像单元的图像信息和存储的以往图像信息相减，将不同之处分离出来成为目标，并计算分离出来的目标的大小，并根据目标中心所在的位置，计算图像危害值；发送单元用来向管理站发送信息；存储单元用来进行数据存储，所述数据包括以往图像信息和设定上报条件，以及图像危害值的权值和环境参数测量结果的权值；监控单元根据包括图像危害值的监测参数计算告警等级，将各项环境参数测量结果按照对应的权值加权平均，再与图像危害值加权平均，在满足设定上报条件时通过发送单元向管理站发送告警信息；传感单元用来对至少一项环境参数进行测量；

数据采集单元用来采集传感单元的测量结果，并传输至监控单元；

告警信号单元，当告警等级超过设定告警阈值时，根据监控单元的控制信号在所述环境监测装置所在地发布告警信号；

监控单元在告警等级超过设定告警阈值时启动告警信号单元告警；

管理站包括后台处理单元、后台接收单元、后台存储单元和后台告警单元，后台接收单元用来接收环境监测装置发送的信息；后台存储单元用来进行包括环境监测装置发送信息的数据存储；后台告警单元用来在管理站发布告警信号；后台处理单元将后台接收单元接收的信息存储在后台存储单元中，根据增强处理后的图像和各项环境参数测量结果判定符合设定的管理站告警条件时指令后台告警单元发布告警信号。

6.按照权利要求5所述的环境监测***，其特征在于：环境监测装置还包括图像编码单元，用来根据监控单元的指令将成像单元的图像信息进行编码后传输至监控单元；所述监控单元向管理站发送的告警信息中包括监控单元在满足设定上报条件时指令图像编码单元生成的图像数据；

管理站还包括后台图像处理单元和后台显示单元，后台图像处理单元用来对从环境监测装置接收的图像数据进行增强处理；后台显示单元用来进行增强处理后的图像和接收信息的显示。

7.按照权利要求6所述的环境监测***，其特征在于：环境监测装置还包括接收单元，用来接收管理站发出的指令；

管理站的指令包括数据上报指令、状态上报指令和参数更改指令，环境监测装置的监控单元根据数据上报指令将图像编码单元生成的图像数据和数据采集单元采集的环境参数测量结果通过发送单元上报至管理站，根据参数更改指令修改存储单元中存储的所述权值和设定上报条件，根据状态上报指令将环境监测装置的运行状态上报至管理站；

管理站还包括接口单元和后台发送单元，接口单元用来接收查询请求或参数更改设置，并将其传输至后台处理单元；后台发送单元用来向环境监测装置发送后台处理单元根据查询请求或参数更改设置生成的指令。

8.按照权利要求5所述的环境监测***，其特征在于：环境监测装置和管理站之间的信息传输方式包括码分多址接入CDMA、通用分组无线业务GPRS、全球移动通信***GSM、微波或互联网。

9、按照权利要求5所述的环境监测***，其特征在于：所述环境参数包括温度、湿度、风力、风向、降雨量、降雪量或地震信息。

Images