CN118149925A - 一种结合图像智能识别技术的液位监测预警*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液位监测技术领域，具体为一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***，用于监测容器设备，包括：液位测量子***，用于测量容器设备的液位信息，生成电信号，并采集刻度标识容器设备液位的图像信息；出入料监测子***，用于监测容器设备的物料输入输出信息；云计算平台，用于根据电信号、图像信息和物料输入输出信息，综合判断液位测量是否正常，并输出判断结果。本方案能进行多种类的液位测量，并进行综合分析判断，提高液位测量的准确性，以辅助生产管理人员进行分析决策，降低安全风险，并且能运用于现有ISA95架构，提高工厂的智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及液位监测技术领域，具体为一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***。
背景技术
液位测量技术繁多，有差压式液位测量、超声波测量、雷达测量、电导率测量、磁翻板磁浮子测量等；但是现有液位测量技术中，测量类型单一，都是不同的传感器进行测量，以实现液位高、液位低报警。无论采用哪一种液位测量技术，随着使用时间推移以及环境的变化，测量介质影响测量，均会出现测量误差及测量不准确，影响生产管理人员进行下一步的分析决策，甚至出现安全事故。
现有工业***中液位测量技术，还是采用简单的范围判断，以监测容器设备中液位变化，其中容器设备常用于存储液体的物料，会存在物料输入和输出，照成液位变化，且为了安全，液位不能超过预设安全阈值，需要对液位进行监控；对液位的监控主要是采取电信号检测与人工经验判断为主，需要人工实时检测，需要大量人工成本，及时采用远程监控报警***，也只是简单判断检测到的液位是否属于正常范围，准确性较低，未能实现对液位不正常的智能判断。并且若要在ISA95架构中实现智能计算，现有ISA95架构中的控制器运算能力有限，不足以承担多因素的计算量。
因此现在急需一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***，能进行多种类的液位测量，并进行综合分析判断，提高液位测量的准确性，以辅助生产管理人员进行分析决策，降低安全风险，并且能运用于现有ISA95架构，提高工厂的智能化水平。
发明内容
本发明意在提供一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***，能进行多种类的液位测量，并进行综合分析判断，提高液位测量的准确性，以辅助生产管理人员进行分析决策，降低安全风险，并且能运用于现有ISA95架构，提高工厂的智能化水平。
本发明提供如下基础方案：一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***，用于监测容器设备，包括：云计算中心、液位测量子***、出入料监测子***；
液位测量子***，用于测量容器设备的液位信息，生成电信号，并采集刻度标识容器设备液位的图像信息，将电信号和图像信息，上传到云计算中心；
出入料监测子***，用于监测容器设备的物料输入输出信息，并上传到云计算平台；
云计算平台，用于根据电信号、图像信息和物料输入输出信息，综合判断液位测量是否正常，并输出判断结果。
进一步，所述液位测量子***，包括：液位测量设备、视频识别模块和边缘端控制器；
其中液位测量设备，包括：刻度标识液位测量装置和传感器模块；
刻度标识液位测量装置与容器设备相连，用于对容器设备进行液位测量，并通过刻度标识液位；
传感器模块，用于测量容器设备中的液位，生成包含液位信息的电信号，发送给边缘端控制器；
视频识别模块，用于采集刻度标识液位测量装置的图像信息，并上传到云计算中心；
边缘端控制器，用于将电信号传输到云计算中心。
进一步，所述传感器模块，包括：若干液位计和液位开关；
液位计进行连续测量，并输出液位测量连续信号，发送给边缘端控制器；
液位开关进行离散测量，并输出液位开关信号，发送给边缘端控制器。
进一步，所述视频识别模块，包括：摄像头和NVR；
摄像头，用于采集刻度标识液位测量装置的图像信息，发送给NVR；
NVR，与云计算中心连接，用于将图像信息上传到云计算中心。
进一步，所述液位测量子***，还包括：液位测量设备自动吹扫设备；
液位测量设备自动吹扫设备，用于通过气体液体自动吹扫液位测量设备；
边缘端控制器，还用于控制液位测量设备自动吹扫设备的工作状态。
进一步，所述出入料监测子***，包括：容器设备输入物料测量设备和容器设备输出物料测量设备；
容器设备输入物料测量设备，用于监测物料输入信息；
容器设备输出物料测量设备，用于监测物料输出信息。
进一步，所述云计算平台，包括：实时数据管理中心、知识库中心、液位智能识别模块、容器进出物料计算模块、液位综合判断辅助模块；
实时数据管理中心，用于接收电信号、图像信息和物料输入输出信息；
知识库中心，用于存储容器设备参数；
液位智能识别模块，用于根据图像信息，获取刻度标识液位测量装置测量的液位信息；
容器进出物料计算模块，用于根据容器设备参数、物料输入量信息和物料输入量信息，获取液位变化量；
液位综合判断辅助模块，用于根据电信号、液位信息和液位变化量，判断液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位是否相符，若是，则判定液位测量正常；若否，则判定存在故障。
进一步，所述液位智能识别模块，用于根据图像信息，获取刻度标识液位测量装置测量的液位信息，包括：
S101、根据图像信息，采用目标检测模型检测出图像中的刻度标识液位测量装置；
S102、采用OpenCV的SURF算法接口，提取液位计的四个边角特征点，并根据四个边角特征点，进行倾斜校正，提取液位计的管状区域图像；
S103、根据管状区域图像，沿刻度方向，按颜色值积分投影转换为一维信号；
S104、对一维信号，采用梯度差分，获取差分信号，并采用峰值查找算法获取峰值，对应峰值的位置换算到刻度百分比，作为液位信息。
进一步，所述根据电信号、液位信息和液位变化量，判断液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位是否相符，若是，则判定液位测量正常；若否，则判定存在故障，包括：
液位智能识别模块与传感器模块测量的液位是否相符，判断两个模块获取的液位信息之差是否符合预设液位信息差值范围内，若是，则液位智能识别模块与传感器模块测量的液位相符，若否，则液位智能识别模块与传感器模块测量的液位不相符；
容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位是否相符，判断取相同时间段内液位智能识别模块或传感器模块获取的液位信息，计算液位变化量，与容器进出物料计算模块获取的液位变化量比较获取液位变化量差值，判断液位变化量差值是否属于预设液位变化量差值范围内，若是，则容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位相符，若否，则容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位不相符；
若任一模块测量的液位与其它两个模块测量的液位不相符，则判定存在故障；
若液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位均相符，则判定液位测量正常。
进一步，所述云计算中心，还包括历史数据存储中心，用于存储实时数据管理中心接收的所有数据。
本方案的有益效果：本方案对容器设备的液位测量，采用传统的传感器，获取包含液位信息的电信号，也采用传统的刻度标识测量，并采集刻度标识容器设备液位的图像信息，还采用出入料监测子***，用于监测容器设备的物料输入输出信息，以监控液位变化量；
通过设置的云计算平台根据电信号、图像信息和物料输入输出信息，综合判断液位测量是否正常，并输出判断结果，根据电信号、液位信息和液位变化量，判断液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位是否相符，若任一模块测量的液位与其它两个模块测量的液位不相符，则判定存在故障；若液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位均相符，则判定液位测量正常，从而对各模块之间相互验证，提高液位测量的准确性，替代人工判断决策，减少人工劳动强度，从管理上实现容器设备智能维护辅助与生产监控液位的准确判断，提升工厂的智能化水平；
并且本方案采用云计算中心进行信息存储和运算，可运用于现有ISA95架构改造，实现向无人工厂的快速升级；具体实施时，利用现有ISA95测量架构，改进现有液位测量***和液位监控***，提高远程监控的稳定性与可靠性；且新增摄像头，增加的硬件费用远低于ISA95架构中的传统测量方式的任何一种液位测量传感器费用；可以将原有无电信号的液位测量方式通过现有视频***或新增摄像头接入云平台，实现液位测量数据可视化，可低成本接入现有多台无电信号液位测量设备。
综上所述，本方案能进行多种类的液位测量，并进行综合分析判断，提高液位测量的准确性，以辅助生产管理人员进行分析决策，降低安全风险，并且能运用于现有ISA95架构，提高工厂的智能化水平。
附图说明
图1为本发明一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***实施例的逻辑框图；
图2为本发明一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***实施例中图像分析的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例基本如附图1所示：一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***，用于监测容器设备，包括：云计算中心、液位测量子***、出入料监测子***；
容器设备，包括但不限于：有压设备和常压设备；
液位测量子***，用于测量容器设备的液位信息，生成电信号，并监控刻度标识容器设备液位的图像信息，将电信号和图像信息，上传到云计算中心；
液位测量子***，包括：液位测量设备、视频识别模块、边缘端控制器、液位测量设备自动吹扫设备；
其中液位测量设备，包括：刻度标识液位测量装置和传感器模块；
刻度标识液位测量装置上设置有刻度，以标识液位，且连通器无电信号输出；
刻度标识液位测量装置与容器设备相连，用于对容器设备进行液位测量，并通过刻度标识液位；本实施例中刻度标识液位测量装置采用连通器；
传感器模块，用于测量容器设备中的液位，生成包含液位信息的电信号，发送给边缘端控制器；
传感器模块，包括：若干液位计和液位开关；
液位计进行连续测量，并输出液位测量连续信号，即包含测量结果的电信号，发送给边缘端控制器，包括但不限于：雷达、差压测量和磁翻板；液位开关进行离散测量，并输出液位开关信号，即包含测量结果的离散电信号，发送给边缘端控制器；
视频识别模块，用于采集刻度标识液位测量装置的图像信息，并上传到云计算中心；
视频识别模块，包括：摄像头和NVR；摄像头，用于采集刻度标识液位测量装置的图像信息，发送给NVR；NVR，与云计算中心连接，用于将图像信息上传到云计算中心；
边缘端控制器，用于控制液位测量设备自动吹扫设备的工作状态，并将液位测量连续信号和液位开关信号传输到云计算中心；边缘端控制器可以采用传统的PLC及其他带通讯控制功能的控制器，也可以采用控制器中的一功能模块，本实施例中为PLC；
液位测量设备自动吹扫设备，用于通过气体液体自动吹扫液位测量设备，清理液位测量设备结垢、脏污，防止影响测量稳定性。
出入料监测子***，用于监测容器设备的物料输入输出信息，并上传到云计算平台；其中物料即存储在容器设备中的液体；
出入料监测子***，包括：容器设备输入物料测量设备和容器设备输出物料测量设备；
容器设备输入物料测量设备，用于监测物料输入信息，通过边缘端控制器上传到实时数据管理中心；
容器设备输出物料测量设备，用于监测物料输出信息，通过边缘端控制器上传到实时数据管理中心；
本实施例中容器设备输入物料测量设备和容器设备输出物料测量设备，采用配置在容器设备前后进出端的流量监测设备和压力监测设备，监测容器设备内物料输入输出信息，并作为液位测量正常与否的判断条件之一。
云计算平台，用于根据电信号、图像信息和物料输入输出信息，综合判断液位测量是否正常，并输出判断结果。
云计算平台，包括：实时数据管理中心、知识库中心、液位智能识别模块、容器进出物料计算模块、液位综合判断辅助模块和历史数据存储中心；
实时数据管理中心，用于接收电信号、图像信息和物料输入输出信息；
还用于显示测量的液位和液位综合判断辅助模块的判断结果；
知识库中心，用于存储容器设备参数、介质信息和液位测量设备信息；其中容器设备参数，包括但不限于：容器设备的体积形状、壁厚、材质、压力曲线；介质信息，包括但不限容器设备存储的介质的温度、压力、介质的理化性质、组分；液位测量设备信息，包括但不限于：传统液位测量仪器的检测原理、检测设计曲线、初次调校数据；为各计算提供基础数据；
液位智能识别模块，用于根据图像信息，获取刻度标识液位测量装置测量的液位信息，如图2所示，具体地，
S101、根据图像信息，采用目标检测模型检测出图像中的刻度标识液位测量装置；
S102、采用OpenCV的SURF算法接口，提取液位计的四个边角特征点，并根据四个边角特征点，进行倾斜校正，提取液位计的管状区域图像，以进一步减少背景干扰区域；
S103、根据管状区域图像，沿刻度方向，按颜色值积分投影转换为一维信号；
S104、对一维信号，采用梯度差分，获取差分信号，并采用峰值查找算法获取峰值，对应峰值的位置换算到刻度百分比，作为液位信息。
容器进出物料计算模块，用于根据容器设备参数、物料输入量信息和物料输入量信息，获取液位变化量；
液位综合判断辅助模块，用于根据电信号、液位信息和液位变化量，判断液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位是否相符，若是，则判定液位测量正常；若否，则判定存在故障。
具体地，液位智能识别模块与传感器模块测量的液位是否相符，判断两个模块获取的液位信息之差是否符合预设液位信息差值范围内，若是，则液位智能识别模块与传感器模块测量的液位相符，若否，则液位智能识别模块与传感器模块测量的液位不相符；
容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位是否相符，判断取相同时间段内液位智能识别模块或传感器模块获取的液位信息，计算液位变化量，与容器进出物料计算模块获取的液位变化量比较获取液位变化量差值，判断液位变化量差值是否属于预设液位变化量差值范围内，若是，则容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位相符，若否，则容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位不相符；
若任一模块测量的液位与其它两个模块测量的液位不相符，则判定存在故障，并且对应生成该模块故障预警信息，推送到用户终端和实时数据管理中心；
若液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位均相符，则判定液位测量正常。
历史数据存储中心，用于存储实时数据管理中心接收的所有数据，以便于数据溯源
液位综合判断辅助模块，还用于通过对历史数据进行统计分析，生成容器设备管理的预维护辅助消息，并推送到用户终端和实时数据管理中心。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1. 一种结合图像智能识别技术的液位监测预警***，用于监测容器设备，其特征在于， 包括：云计算中心、液位测量子***、出入料监测子***；
液位测量子***，用于测量容器设备的液位信息，生成电信号，并采集刻度标识容器设备液位的图像信息，将电信号和图像信息，上传到云计算中心；
所述液位测量子***，包括：液位测量设备、视频识别模块和边缘端控制器；
其中液位测量设备，包括：刻度标识液位测量装置和传感器模块；
刻度标识液位测量装置与容器设备相连，用于对容器设备进行液位测量，并通过刻度标识液位；
传感器模块，用于测量容器设备中的液位，生成包含液位信息的电信号，发送给边缘端控制器；
视频识别模块，用于采集刻度标识液位测量装置的图像信息，并上传到云计算中心；
边缘端控制器，用于将电信号传输到云计算中心；
出入料监测子***，用于监测容器设备的物料输入输出信息，并上传到云计算平台；
云计算平台，用于根据电信号、图像信息和物料输入输出信息，综合判断液位测量是否正常；
所述云计算平台，包括：实时数据管理中心、知识库中心、液位智能识别模块、容器进出物料计算模块、液位综合判断辅助模块；
实时数据管理中心，用于接收电信号、图像信息和物料输入输出信息；
知识库中心，用于存储容器设备参数；
液位智能识别模块，用于根据图像信息，获取刻度标识液位测量装置测量的液位信息；
容器进出物料计算模块，用于根据容器设备参数、物料输入量信息和物料输入量信息，获取液位变化量；
液位综合判断辅助模块，用于根据电信号、液位信息和液位变化量，判断液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位是否相符，若是，则判定液位测量正常；若否，则判定存在故障。
2.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述传感器模块，包括：若干液位计和液位开关；
液位计进行连续测量，并输出液位测量连续信号，发送给边缘端控制器；
液位开关进行离散测量，并输出液位开关信号，发送给边缘端控制器。
3.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述视频识别模块，包括：摄像头和NVR；
摄像头，用于采集刻度标识液位测量装置的图像信息，发送给NVR；
NVR，与云计算中心连接，用于将图像信息上传到云计算中心。
4.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述液位测量子***，还包括：液位测量设备自动吹扫设备；
液位测量设备自动吹扫设备，用于通过气体液体自动吹扫液位测量设备；
边缘端控制器，还用于控制液位测量设备自动吹扫设备的工作状态。
5.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述出入料监测子***，包括：容器设备输入物料测量设备和容器设备输出物料测量设备；
容器设备输入物料测量设备，用于监测物料输入信息，并上传到云计算中心；
容器设备输出物料测量设备，用于监测物料输出信息，并上传到云计算中心。
6.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述液位智能识别模块，用于根据图像信息，获取刻度标识液位测量装置测量的液位信息，包括：
S101、根据图像信息，采用目标检测模型检测出图像中的刻度标识液位测量装置；
S102、采用OpenCV的SURF算法接口，提取液位计的四个边角特征点，并根据四个边角特征点，进行倾斜校正，提取液位计的管状区域图像；
S103、根据管状区域图像，沿刻度方向，按颜色值积分投影转换为一维信号；
S104、对一维信号，采用梯度差分，获取差分信号，并采用峰值查找算法获取峰值，对应峰值的位置换算到刻度百分比，作为液位信息。
7.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述根据电信号、液位信息和液位变化量，判断液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位是否相符，若是，则判定液位测量正常；若否，则判定存在故障，包括：
液位智能识别模块与传感器模块测量的液位是否相符，判断两个模块获取的液位信息之差是否符合预设液位信息差值范围内，若是，则液位智能识别模块与传感器模块测量的液位相符，若否，则液位智能识别模块与传感器模块测量的液位不相符；
容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位是否相符，判断取相同时间段内液位智能识别模块或传感器模块获取的液位信息，计算液位变化量，与容器进出物料计算模块获取的液位变化量比较获取液位变化量差值，判断液位变化量差值是否属于预设液位变化量差值范围内，若是，则容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位相符，若否，则容器进出物料计算模块与液位智能识别模块或传感器模块测量的液位不相符；
若任一模块测量的液位与其它两个模块测量的液位不相符，则判定存在故障；
若液位智能识别模块、容器进出物料计算模块和传感器模块测量的液位均相符，则判定液位测量正常。
8.根据权利要求1所述的结合图像智能识别技术的液位监测预警***，其特征在于，所述云计算中心，还包括历史数据存储中心，用于存储实时数据管理中心接收的所有数据。
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| Publication number | Publication date |
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