一种水位自动检测方法
【专利说明】一种水位自动检测方法
[0001]本发明是申请号为201510101412.9、申请日为2015年3月8日、发明名称为“一种水位自动检测方法”的专利的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种水位自动检测方法。
【背景技术】
[0003]水位(water level)是江河、湖泊、水库和海洋等的自由水面以及地下水的表面相对于某一基准面的高程。通常在上述水域设置各式水位测量标尺，人工定时观测，或设置自记水位计绘制连续的水位变化曲线，以获得不同时间、不同地点的水位资料。水位是重要的水文特征值之一，水位资料对于水文预报、防汛抢险和水利工程设施都有重要意义。
[0004]现有技术中的电子式水位检测设备替代了以前的人工定时观测的模式，或采用浮子和压组式为代表的接触式传感器进行水位测量，或采用超声波、雷达、激光为代表的非接触式传感器进行水位测量，但是这些测量方式都存在一定的弊端，前者机械故障率高、非线性误差大、杂质影响测量精度，后者成本高、易受周围环境干扰、通用性不强。
[0005]因此，需要一种水位自动检测方法，在降低检测设备成本的同时，不以损失测量精度为代价，具有故障率低、可靠性强的优点，为水文预报、防汛抢险和水利工程设施提供重要的参考数据。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提供了一种水位自动检测方法，根据水位测量标尺的形状特点，有针对性地搭建专门的图像采集和识别子设备集合高效、准确地检测出当前水位，并以时间为轴统计短时平均水位，使用短时平均水位进行水位预警或报警，整个系统安装简便，测量数据准确、可靠。
[0007]根据本发明的一方面，提供了一种水位自动检测方法，该方法包括下列步骤:1)提供一种水位自动检测设备，所述检测设备包括水位测量标尺、高清摄像头、图像处理器和主控制器，所述水位测量标尺竖直立于水中，所述高清摄像头用于对所述水位测量标尺在水位上的部分进行拍摄，以获得水上标尺图像，所述图像处理器与所述高清摄像头连接，用于对水上标尺图像进行图像处理，以获得当前水位，所述主控制器与所述图像处理器连接，用于基于所述当前水位确定是否进行水位报警；2)使用所述设备进行检测。
[0008]更具体地，在所述水位自动检测设备中，还包括:RS232串行通信接口，用于通过RS232串行通信方式连接外部设备，以读取外部设备中存储的水位测量标尺总长度、水位测量标尺单位刻度值、预设检测时间间隔、预设接收次数、水位上限、单位刻度线上限灰度阈值和单位刻度线下限灰度阈值，所述单位刻度线上限灰度阈值和所述单位刻度线下限灰度阈值用于将图像中的单位刻度线与背景分开，所述预设检测时间间隔小于0.5秒；静态存储器，与所述RS232串行通信接口连接，用于读取并存储所述水位测量标尺总长度、所述水位测量标尺单位刻度值、所述预设检测时间间隔、所述预设接收次数、所述水位上限、所述单位刻度线上限灰度阈值和所述单位刻度线下限灰度阈值；定时器，用于为所述检测设备的水位自动检测提供计时数据；无线通信接口，与远端的水务管理平台建立双向的无线通信链路，用于接收所述水务管理平台发送的控制指令，还用于与所述主控制器连接，以将水位正常信号、水位超限预警信号或水位超限报警信号发送给所述水务管理平台，还将平均水位发送给所述水务管理平台；报警设备，与所述主控制器连接，包括扬声器和液晶显示屏，所述扬声器用于播放与水位正常信号、水位超限预警信号或水位超限报警信号对应的语音提示文件，所述液晶显示屏用于显示与水位正常信号、水位超限预警信号或水位超限报警信号对应的提示文字，所述液晶显示屏还用于与平均水位对应的提示文字；所述高清摄像头包括滤光片、镜头和CMOS图像传感器，所述镜头位于所述滤光片和所述CMOS图像传感器之间，所述CMOS图像传感器采集的水上标尺图像的分辨率为1920 X 1080，所述CMOS图像传感器与所述定时器连接，每隔所述预设检测时间间隔拍摄一次水上标尺图像以发送给所述图像处理器进行图像处理；所述图像处理器与所述静态存储器和所述高清摄像头分别连接，包括径向畸变校正单元、小波滤波单元、灰度化处理单元、单位刻度识别单元和水位计算单元，所述径向畸变校正单元、所述小波滤波单元、所述灰度化处理单元、所述单位刻度识别单元和所述水位计算单元分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述径向畸变校正单元与所述CMOS图像传感器连接，采用基于图像平面的畸变校正对水上标尺图像实现径向畸变校正，获得接近理想成像条件下的图像作为已校正水上标尺图像，所述小波滤波单元与所述径向畸变校正单元连接，通过Harr小波滤波器对已校正水上标尺图像执行小波滤波，以获得滤波图像，所述灰度化处理单元与所述小波滤波单元连接，对滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度图像，所述单位刻度识别单元与所述灰度化处理单元和所述静态存储器连接，将所述灰度图像中灰度值在所述单位刻度线上限灰度阈值和所述单位刻度线下限灰度阈值之间的像素识别并组成单位刻度线图像，计算单位刻度线图像中的单位刻度线间隔的数量以作为水上标尺单位刻度数量输出，所述水位计算单元与所述单位刻度识别单元和所述静态存储器分别连接，基于所述水位测量标尺总长度、所述水位测量标尺单位刻度值和所述水上标尺单位刻度数量计算出当前水位；所述主控制器与所述静态存储器和所述水位计算单元分别连接，每当已接收到的当前水位的次数达到所述预设接收次数时，计算一次平均水位，所述平均水位为已接收到的多个当前水位的平均值，并当计算的平均水位小于所述水位上限时，发出水位正常信号，当计算的平均水位大于等于所述水位上限时，发出水位超限预警信号，当计算的平均水位超过所述水位上限的20%时，发出水位超限报警信号；其中，所述水位计算单元基于所述水位测量标尺总长度、所述水位测量标尺单位刻度值和所述水上标尺单位刻度数量计算出当前水位具体为:所述当前水位等于所述水位测量标尺总长度减去所述水位测量标尺单位刻度值和所述水上标尺单位刻度数量的乘积。
[0009]更具体地，在所述水位自动检测设备中:所述CMOS图像传感器通过CSI接口将水上标尺图像发送给所述图像处理器。
[0010]更具体地，在所述水位自动检测设备中:所述无线通信链路为GPRS移动通信链路、3G移动通信链路或4G移动通信链路中的一种。
[0011]更具体地，在所述水位自动检测设备中:所述静态存储器为同步动态随机存储器SDRAM，所述静态存储器的存储容量为1GB。
[0012]更具体地，在所述水位自动检测设备中:所述高清摄像头位于所述水位测量标尺正对面的横杆上。
【附图说明】
[0013]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0014]图1为根据本发明实施方案示出的水位自动检测设备的结构方框图。
[0015]图2为根据本发明实施方案示出的水位自动检测设备的高清摄像头的结构方框图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图对本发明的水位自动检测设备的实施方案进行详细说明。
[0017]水位检测广泛应用于水文预报、防汛抢险和水利工程设施中。对于水文预报来说，历史水位和当前水位的结合参考，能够基本确定未来预定时间内的水位和其他水文数据，对于防汛抢险来说，当前水位超过预警水位的幅度决定了防汛抢险的紧急程度，是调配救灾人员数量和防汛物质数量的重要参考数据，而对于水利工程设施建设来说，是否有效利用水位数据能