CN202282828U - 水位、水质的监测终端 - Google Patents

水位、水质的监测终端 Download PDF

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庄华
朱婷婷
钱琴
黄丹
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Abstract

本实用新型涉及一种水位、水质的监测终端，包括：活动设于管道中的浮子、用于拍摄所述球形浮子的水位摄像机和水质摄像机；水位、水质摄像机分别通过第一、第二视频A/D模块与一中央处理单元该相连，该中央处理单元通过一视频D/A模块与一监视器相连。水位测量基本原理：根据物体在眼中的成像原理，东西越远，看着就越小，对于摄像机、照相机拍摄的视频、图片，同样是如此。水质测量基本原理：当水体采样图像灰度值（亮度值）越小时，可认为其水质越差，反之亦然。因而在水质检测时，可以通过对水体总体灰度的计算得出相应的水质结论。测量原理为：将拍摄器拍摄的水体图像和原先保存的标准样本进行比较，从而精确地测定水质。

Description

水位、水质的监测终端
技术领域
本实用新型涉及水位、水质测量的技术领域，具体是一种水位、水质的监测终端。
背景技术
水位是江、河、湖、海水势变化的标志，是重要的水情参数，水位测量的真实性和精度直接关系到防洪、发电及灌溉等方方面面。在部分偏远地区，水位采集终端甚至仍然采用传统的机械式仪表和人工读数记录的方式。即便采用了数字化仪表，水情数据的实时传输仍然存在一些问题，如传统的拨号或专线等有线接入方式不易安装在大面积水域，同时具有安装工程量大、维护不便等缺点；无线通信方式中，常见的超短波通信传输距离较近，且容易受干扰；如果采用卫星通信，则需要投入巨大的成本。
水质参数描述了水体的质量，由于工业化制造产生的大量废液和农业化学药剂的使用，导致水污染的不断加剧，采用及时、有效、准确的水质监测***，能够快速的作出处理对策，对于减排、治污有着重要的意义。
因而需要一套集现场数据采集、实时传输和远程控制的方便、实用的解决方案。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本较低、适于完成现场数据采集和时传输国内的水位、水质的监测终端。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水位、水质的监测终端，包括：垂直设于水中的管道、活动设于该管道中且密度小于水的球形浮子、设于管道顶端的用于拍摄所述球形浮子的水位摄像机、设于所述管道一侧用于获取水质灰度识别用图像的水质摄像机；所述水位摄像机和水质摄像机分别通过第一、第二视频A/D模块与一中央处理单元该相连，该中央处理单元通过一视频D/A模块与一监视器相连，所述中央处理单元还连接有用于现场实时显示水质状况的数码管电路。
进一步，所述水位摄像机的镜头与所述管道同中心轴设置，以减小测量误差。
进一步，所述球形浮子为标准圆球体，以避免给测量造成额外的误差。
进一步，所述水质摄像机的一侧设有光源，以利于提高亮度，确保测量准确性。
进一步，所述中央处理单元与一用于实现远程监控的RS232接口相连。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本实用新型的水位测量基本原理：根据物体在眼中的成像原理，东西越远，看着就越小，对于摄像机、照相机拍摄的视频、图片，同样是如此。那么，将一个浮子放在水面上，将摄像机固定在水面上方某个位置垂直向下拍摄浮子。随着水位的上下变化，浮子也会上下移动，继而与摄像机的相对距离也发生了变化，这种变化在所拍的视频图像中体现为浮子所占画面面积大小的变化。因此，通过计算图像中浮子面积的大小，可以判断出浮子与摄像机的相对距离，由于摄像机位置是固定的，因而可换算出水位。（2）本实用新型的水质测量基本原理：当水体采样图像灰度值（亮度值）越小时，可认为其水质越差，反之亦然。因而在水质检测时，可以通过对水体总体灰度的计算得出相应的水质结论。测量原理为：将拍摄器拍摄的水体图像和原先保存的标准样本进行比较，从而精确地测定水质。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为实施例中的水位、水质的监测终端的结构示意图；
图2为实施例中的水位、水质的监测终端的电路框图。
具体实施方式
见图1-2，本实施例的水位、水质的监测终端，包括：垂直设于水中的管道2、活动设于该管道2中且密度小于水的球形浮子1、设于管道2顶端的用于拍摄所述球形浮子1的水位摄像机3、设于所述管道2一侧用于获取水质灰度识别用图像的水质摄像机4；所述水位摄像机3和水质摄像机4分别通过第一、第二视频A/D模块与一中央处理单元该相连，该中央处理单元通过一视频D/A模块与一监视器相连，所述中央处理单元还连接有用于现场实时显示水质状况的数码管电路。
所述水位摄像机3的镜头与所述管道2同中心轴设置。
所述球形浮子1为标准圆球体。
所述水质摄像机4的一侧设有光源。
所述中央处理单元与一用于实现远程监控的RS232接口相连。
球形浮子1采用白色或类白色的轻质圆球，球体360度全对称的特点可以确保浮子任意翻转运动而不影响到其在视频画面上的形态和大小，同时轻质的球体密度远小于水，其至少一半的体积在水面之上，可以让摄像机拍摄到整个球的截面积。外套深色PVC管，可以限制浮球的活动范围，利于拍摄。摄像机四周布设红外led光源照射浮球，由于浮球和套管的颜色区别较大，浮球及其轮廓可明显被识别出来，为后期处理提供了方便。
水位摄像机3和水面的距离与所摄浮球的面积并不呈线性关系，而是一个由陡变缓的曲线，即浮球距摄像机越近，相同的水位变化，浮球面积变化越大。因而该水位测量方法的精度也是不恒定的，在测量范围较小时才能保证合适的精度，故适用于水位变化不大的水域（如流动性不大的湖泊，高度有限的蓄水池）。
在实际使用中，加大管径和浮球直径，同时提高摄像机像素，并加上一些误差修正手段，可以获得更高的测量精度和更大的量程。当然，使用这种方法事先需获得摄像机的位置参数，同时需建立水位和对应像素面积的数据库，在各标定数据间的水位可采用一定算法进行计算以获得。
本实施例的水质检测方法，采用机器视觉的手段测量浑浊度、污染物、COD等指标，该方法的原理为：将拍摄器拍摄的水体图像和原先保存的标准样本进行比较，从而精确地测定水质。
与所述中央处理单元采用FPGA，采用标准PAL视频的摄像头采集图像，光源为高功率红外发光二极管阵列，视频A/D模块和视频D/A模块分别选择NXP SAA7114 和SAA7121。在数据输出方面，现场可通过四位数码管显示水位和水质状况，同时还设计了通信模块，以供数据的对外发送。
水质摄像头采集到的动态模拟视频，采用CVBS方式传输到视频A/D模块，由其转换为标准的ITU.656数字视频流，FPGA负责从数字视频流中抓取有效图像并作处理，以得出水位参考值或水质参考值，并将该值通过通信模块经由RS232接口输出。视频D/A模块和监视器用于安装和调试时的画面监控，四位数码管可现场显示水位参考值或水质参考值。

Claims (5)

1.一种水位、水质的监测终端，其特征在于包括：垂直设于水中的管道（2）、活动设于该管道（2）中且密度小于水的球形浮子（1）、设于管道（2）顶端的用于拍摄所述球形浮子（1）的水位摄像机（3）、设于所述管道（2）一侧用于获取水质灰度识别用图像的水质摄像机（4）；
所述水位摄像机（3）和水质摄像机（4）分别通过第一、第二视频A/D模块与一中央处理单元该相连，该中央处理单元通过一视频D/A模块与一监视器相连，所述中央处理单元还连接有用于现场实时显示水质状况的数码管电路。
2.根据权利要求1所述的水位、水质的监测终端，其特征在于：所述水位摄像机（3）的镜头与所述管道（2）同中心轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的水位、水质的监测终端，其特征在于：所述球形浮子（1）为标准圆球体。
4.根据权利要求1或2所述的水位、水质的监测终端，其特征在于：所述水质摄像机（4）的一侧设有光源。
5.根据权利要求1或2所述的水位、水质的监测终端，其特征在于：所述中央处理单元与一用于实现远程监控的RS232接口相连。
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