具有普适性的视频测流系统的制作方法

1.本实用新型涉及非接触测流技术领域，尤其涉及一种具有普适性的视频测流系统。


背景技术：

2.现实生活中，河流及明渠存在洪水预警预报、生态基流监测、灌区用水监管、水资源监控等需求，有必要建设在线流量监测系统实现定时或实时测流。比较常见的河流(明渠) 测流方式包括h-adcp测流、时差法测流、雷达波测流、视频测流等。
3.其中h-adcp测流、时差法测流为接触式测流，在水深过浅、泥沙含量过高、流速超大、水体漂浮物过多、水质过差时均无法使用；而且设备长期浸泡在水中，维护不方便、维护工作量大。另外，雷达波测流、视频测流为非接触式测流，可在h-adcp测流、时差法测流无法使用的场景下正常使用，但雷达波测流不适用于小流速测量场景，尤其是雷达波探头距离水面较远的情况。视频测流通过识别水面漂浮物进行轨迹跟踪和流速测定，对监测断面的水深、泥沙含量、水质、流速均没有要求，只要水面有随水流移动的水草、杂物、气泡等，均可实现表面流速测定，且可利用视频对流速数据进行人工审核校对，是一种适用范围广、直观有效的在线测流方式。
4.现有的视频测流方式只能在具有交流供电和有线网络条件的地方建站，站点选择难度大、系统建设成本高，且目前的视频测流系统设备功耗大，智能化不高，且不能满足长期连续阴雨天仍能正常工作的需求。因此，如何提供一种系统功耗低、维护成本低、智能化程度高，且在各种应用环境下均能保证所测流速准确性的视频测流系统是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种具有普适性的视频测流系统，以解决现有的视频测流方式存在的一个或多个问题。
6.根据本实用新型的一方面，公开了一种具有普适性的视频测流系统，所述系统包括供电模块、采集控制模块、视频采集模块、无线通信模块、视频处理模块及远程控制模块；
7.所述视频采集模块通过所述采集控制模块与所述供电模块电连接，所述视频采集模块用于采集流体流动的视频，所述采集控制模块用于控制所述供电模块及视频采集模块之间的电路通断；
8.所述视频处理模块通过所述无线通信模块与所述视频采集模块通信连接，所述无线通信模块用于将所述视频采集模块采集的视频发送至视频处理模块；
9.所述远程控制模块与所述采集控制模块连接，所述远程控制模块用于向所述采集控制模块发送采集控制信号。
10.在本实用新型的一些实施例中，所述系统还包括浮标投放装置，所述浮标投放装置与所述远程控制模块连接，用于接收所述远程控制模块发送的控制信号，并基于所述控
制信号投放浮标。
11.在本实用新型的一些实施例中，所述浮标的材料为发光材料，所述浮标投放装置包括补光光源，所述补光光源用于向所述浮标提供光能。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述浮标为电子浮标。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述系统还包括水位计，所述水位计通过所述采集控制模块与所述供电模块电连接，所述采集控制模块用于控制所述水位计与所述供电模块之间的电路通断以及所述水位计采集结果的传输。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述无线通信模块为4g无线通信模块。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述供电模块包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板和所述蓄电池电连接。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述浮标的形状为多面体结构，材料为可降解材料。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述系统还包括显示模块，所述显示模块与所述视频处理模块连接，所述显示模块用于显示所述视频处理模块的数据处理结果。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述系统还包括视频存储单元，所述视频存储单元与所述视频采集单元连接。
19.通过利用本实用新型实施例中的具有普适性的视频测流系统，可以获得的有益效果至少在与：
20.该视频测流系统采用太阳能直流供电设计，有效提高了系统可靠性。此外，系统通过采集控制模块控制供电模块与视频采集模块之间的电路通断，使得视频采集模块在未接收到采集信号时处于断电状态，从而减小了系统的功耗，以使该系统可很好地适应连续阴雨天测流。视频采集模块与视频处理模块通过无线方式实现传输，提高了传输效率，降低了站点搭建成本，且可依托桥梁或河边立杆进行架设，站点选择简单易行，因而在各种应用环境下均能保证测得的流速的准确性。
21.除上述之外，该系统为非接触式测流，可适用于各种水深、各种流速、各种水质的河流(明渠)在线测流。该系统还具有浮标投放装置，且浮标投放装置所投放的浮标的材料为发光材料，可在夜间、雾天等各种不利条件下正常测流。另外，该系统采用太阳能供电，并采用普通摄像头配套其他控制设备即可实现视频测流，则系统建设成本低、设备可选余地大。
22.本实用新型的附加优点、目的以及特征将在下面的描述中部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
23.本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，
并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
25.图1为本实用新型一实施例的具有普适性的视频测流系统的结构示意图。
26.图2为本实用新型另一实施例的具有普适性的视频测流系统的系统架构图。
27.图3为本实用新型一实施例的浮标的结构示意图。
28.图4为一实施例的信息采集层的电源控制流程图。
29.图5为本实用新型一实施例的浮标投放装置的控制流程图。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
31.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
32.应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
33.在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。
34.针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的在于提供一种具有普适性的视频测流系统，该系统基于视频流处理技术，通过建立摄像机投影模型，将图像中的坐标信息转换为水面坐标信息，利用图像处理技术对水面漂浮物进行识别，并实时动态跟踪，获得漂浮物在一段时间内的轨迹，再通过ai算法剔除无效轨迹及各种干扰因素，计算得到河流平均表面流速，进而利用水文模型求得河流监测断面的瞬时流量。其不依赖于交流电和有线网络，采用纯太阳能供电和4g无线传输，可在连续30天阴雨天情况下正常工作，可在夜间及无漂浮物的条件下稳定测流，可自动识别飞鸟蚊虫并剔除干扰，可自动计算断面流量，较好地满足各行各业的测流业务需求。
35.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
36.图1为本实用新型一实施例的具有普适性的视频测流系统的结构示意图，如图1所示，该视频测流系统包括供电模块110、采集控制模块130、视频采集模块120、无线通信模块150、视频处理模块及远程控制模块210。其中，视频采集模块120通过采集控制模块 130与供电模块110电连接，视频采集模块120用于采集流体流动的视频，采集控制模块 130用于控制供电模块110及视频采集模块120之间的电路通断；视频处理模块310通过无线通信模块150与视频采集模块120通信连接，无线通信模块150用于将视频采集模块 120采集的视频发送至视频处理模块310以进行视频处理；远程控制模块210与采集控制模块130连接，远
程控制模块210用于向采集控制模块130发送采集控制信号，远程控制模块210也可远程设置工作参数、远程召测、远程提取历史数据等。
37.进一步的，该视频测流系统还包括浮标投放装置160，该浮标投放装置160可与远程控制模块210连接，用于接收远程控制模块210发送的控制信号，并基于控制信号投放浮标。另外，该浮标投放装置160也可与采集控制模块130连接，以使采集控制模块130 根据其接收到的远程控制模块210发送的远程控制信号控制浮标投放装置160的开启。具体的，该浮标投放装置160可以在视频处理模块310未从接收到的视频采集模块120采集的视频里识别出水面漂浮物时启动。
38.示例性的，如图5所示，采集控制模块130根据设定的流速采集间隔定时控制供电模块110与视频采集模块120之间的电路连通，换句话说即采集控制模块130根据设定的流速采集间隔定时控制视频采集模块120的摄像头上电；具体的，摄像头约3分钟内可完成自检并将采集到的视频发送至视频处理模块310，视频处理模块310再经过2分钟的视频识别，输出本次流速识别结果，流速识别结果包括流速数据及漂浮物识别结果等状态信息。进一步的，若视频处理模块310能正常识别出水面漂浮物并能计算出流速，则无需启动浮标投放装置160，本次流速识别过程成功结束，则采集控制模块130控制供电模块110与视频采集模块120之间的电路断开，也即采集控制模块130控制摄像头自动下电。具体的，当识别出水面漂浮物后，跟踪其在一段时间内的轨迹，从而计算得到漂浮物运动速度，经转换得到河流表面流速。另外，视频处理模块310还可自动分析出浮标运动特征，识别飞鸟蚊虫目标，剔除干扰数据，从而保证流速监测的准确性。
39.相反，若视频处理模块310未能在2分钟内识别出可用作计算流速的水面漂浮物，则启动浮标投放装置160，并同时再次开启摄像头并保持开启状态1min，进而视频处理模块 310接收到视频采集模块120采集到的视频，并基于浮标的流速计算出水流流速。另外，为保证流速采集的成功率，浮标投放装置160可设定单次投放浮标的个数。在其他实施例中，浮标投放装置160也支持设定固定时间段自动投放浮标，也支持中心站人工设定或取消是否自动投放浮标，还支持根据近几次漂浮物识别状态进行智能投放浮标。另，为最大程度地延长浮标投放系统中的浮标使用时长，系统还可根据中心站流速识别成果中的浮标识别状态决定是否投放浮标，并可在低水位低流速时，在满足业务要求的前提下，自动减少流速采集次数，减少浮标抛投量。应当理解的是，该实施例中的视频采集模块120所采集的视频时长以及视频处理模块310所处理的视频时长仅是一个示例，在其他应用场景中，可以根据实际需求进行相应改变。
40.进一步的，浮标的材料为发光材料，且浮标投放装置包括补光光源，补光光源用于向浮标提供光能。浮标的形状可为多面体结构，材料为可降解材料，参考图3，浮标选用内含无毒光致储能发光材料的七面体(顶面和底面均为正五边形)可降解塑料，以确保浮标在水中有足够的侵入深度和良好的水流跟随性，从而使浮标运动速度最接近水的表面流速。另外，浮标在入水前可预先开启补光光源，使浮标内的发光材料自动吸收补光光源的光能；此设置使得浮标因储存的光能而散发微光，便于视频测流平台捕捉识别，因而也可用于夜间测流。示例性的，补光光源可为led灯。另外，该系统也可不具有补光光源，此时浮标可为可发光的电子浮标，即当浮标投放装置160将浮标投放至水中后，电子浮标即会散发出微光，从而也可用于夜间测流。
41.在另一实施例中，系统还包括水位计140，水位计140通过采集控制模块130与供电模块110电连接，与视频采集模块120类似的，采集控制模块130用于控制水位计140 与供电模块110之间的电路通断以实现水位计140对水位的采集，且采集控制模块130 还用于控制水位计140的采集结果的传输。具体的，水位计140用于实现对水流的水位监测，即当需要采集水位时采集控制模块130控制水位计140得电，水位采集完毕，进一步控制水位计140失电。另外，在该实施例中，该视频测流系统还可包括视频接收单元或视频存储单元，视频接收单元用于接收视频采集模块120采集到的水流视频，而视频存储单元用于接收视频采集模块120采集到的水流视频并存储；进一步的，视频处理模块310 可从视频接收单元或视频存储单元获取到视频采集模块120所采集到的水流视频。
42.具体的，参考图2，供电模块110、采集控制模块130、视频采集模块120、水位计 140以及无线通信模块150均属于信息采集层100，而视频处理模块属于数据处理层300，远程控制模块210以及视频接收模块属于信息交换层200。其中，信息采集层100中的各模块通过供电模块110进行供电，且通过无线通信模块150实现与数据处理层300或信息交换层200内的各模块通信连接，该设置有利于站点实施与站点复制。信息交换层200 至少实现对现场设备的远程控制；如通过远程控制模块210控制视频和水位的采集间隔、采集时长，也可控制水位数据上报的时间间隔，同时根据流速识别结果控制是否进行浮标投放；数据处理层300用于获取视频流、识别水面浮标、实时跟踪浮标轨迹、计算水面平均流速、计算断面瞬时流量，其中瞬时流量计算可采用流速面积法进行计算。
43.示例性的，图4为一实施例的信息采集层100的电源控制流程图，在该示例中，采用基于太阳能供电的采集控制模块130，可实现对摄像头、水位计140、无线通信模块150 的电源控制。采集控制模块130自身平时处于低功耗值守状态，并控制摄像头、水位计 140、无线通信模块150平时处于完全掉电状态，系统值守功耗小于50mw。另，采集控制模块130可具有万年历时钟，即可根据系统设定采集间隔及上报间隔定时退出低功耗值守状态，从而判断当前时间是否需要采集或上报。参考图4，在采集控制模块130接收到视频采集的控制信号时，控制摄像头得电，进而进行长达5min的视频采集，摄像头还可自带4g传输功能，采集过程中自动实现视频的上传；进一步的，当视频采集达到5min 后，则采集控制模块130控制摄像头失电。类似的，当采集控制模块130接收到水位采集的信号后，采集控制单元控制水位计140得电以进行水位采集，当水位采集完成后，则采集控制单元控制水位计140失电；与此同时，若需要上报水位时可控制传输单元(dtu) 上电，进行数据上报。完成采集或上报任务后，若采集控制单元判断没有其他任务，则自动控制相关外围设备断电，同时自身重新进入低功耗值守状态，以确保系统在满足测流业务需要的基础上处于最低功耗状态。
44.在上述实施例中，无线通信模块150为4g无线通信模块150，即视频采集模块120 与视频处理模块310、远程控制模块210与采集控制模块130之间均可通过4g无线通信模块150实现无线传输。该采用4g无线通信模块150通信连接的视频测流系统信息采集层100与信息处理层、信息交换层200之间不需要有线传输，因而降低了各测流站点的架设成本。且该系统采用独立的4g通信方式实现视频以及水位的传输，可有效保证传输效率和传输可靠性。另外，选用合适的视频分辨率，既能满足流速识别要求，又能降低数据传输量，降低系统通信资费，减小通信时长，降低系统通信功耗，提高系统可靠性。
45.在上述实施例中，视频测流系统采用普通摄像头、现场设备无需交流供电、无需有
线网络，有效解决了常规视频测流系统严重依赖交流供电和有线网络而导致的系统建设成本高、运行成本高、受交流供电影响、运行稳定性差的问题，具有良好的普适性。与雷达波、 h-adcp、时差法等常规测流方式相比，系统采用高精度视频分析技术，适用于各种流速测量场合，可解决低流速雷达波测量不准，特大流速h-adcp、时差法测流失效的问题；系统采用视频非接触测流方式，不受水深、含沙量高低及水质影响，可解决浅水、含沙量过高或水质太差时h-adcp测流和时差法测流无法使用的问题；系统具有有效的夜间补光措施，提高水面漂浮物识别度，必要时自动抛投漂浮物，满足夜间测流要求，可实现全天候稳定测流；系统具有高效的电源管理功能，在满足测流业务需求的基础上最大限度地降低功耗，可保证长时间连续阴雨天情况下系统仍能正常工作。
46.在另一实施例中，该视频测流系统还包括显示模块，显示模块与视频处理模块连接，显示模块用于显示所述视频处理模块的数据处理结果。其中显示模块属于应用服务层 400，该应用服务层400用于展示流量、流速、水位及工况信息，并还可远程管理现场设备及系统参数设置。
47.通过上述实施例可以发现，该视频测流系统具有良好的测流普适性，可适用于各种水深、各种流速、各种水质的河流(明渠)在线测流，可在连续阴雨天、夜间、雾天等各种不利条件下正常测流；测流设备采用纯太阳能供电和4g无线通信，并可依托桥梁或河边立杆进行架设，且该系统同时支持正射与斜射视频采集及处理机制，可适用于跨河大桥安装、岸基杆式安装等各种应用方式，即站点选择简单易行；采用普通摄像头配套其他控制设备即可实现视频测流，系统建设成本低、设备可选余地大；系统同时输出流速、水位、流量和视频，使用直观方便，便于人工校核，同时实现在线测流与视频监控；此外，系统自动化与智能化程度高，运维成本低，大大降低了测流的劳动强度，结合其良好的普适性，系统应用前景广阔。
48.本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
49.上述所列实施例，显示和描述了本实用新型的基本原理与主要特征，但本实用新型不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本实用新型做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。