与控制器(7)安装在监测与控制器安装支架(14)上，并处于浮箱中轴线上，监测与控制器安装支架(14)固定在浮箱的底面(12)上；在浮箱顶面安装气象参数测量仪(8)、太阳能风能电源(9)、GPS测量仪(10)、无线天线(11);在浮箱矩形侧面每条边的外侧竖向等距安装k个温度传感器(17-1-1?k、17-2-1?k、17-3-1?k、17-4-1 ?k、17-5-1 ?k、17-6-1 ?k)，共计安装 mk 个； 在固定线(4)上等距安装η个温度流速测量仪(5-1?5-η)，η大于等于I。2.如权利要求1所述的水域冰情监测研宄系统，其特征在于:所述监测与控制器(7)的控制芯片是微处理器(18)，微处理器(18)连接视频数据采集模块(21-1?21-m)和无线通信系统(23)，并设置温度流速测量仪接口(19-1?19-n)、温度传感器接口(20_1?20-mk)、GPS测量仪接口(24)、气象参数测量仪接口(25)，微处理器通过无线通信系统接收监控服务器命令，采集与其连接的温度流速测量仪、温度传感器、视频数据采集模块、GPS测量仪、气象参数测量仪的数据，并通过无线通信系统向监控服务器发送所采集的数据。3.如权利要求2所述的水域冰情监测研宄系统，其特征在于:所述视频数据采集模块是在可编程门阵列以及外围电路上连接图像传感器以及外围电路(26)、视频压缩处理芯片以及外围电路(27)、闪光控制电路(37)并通过通信接口(29)与微处理器连接，通信接口传输微处理器命令给现场可编程门阵列，向微处理器发送视频压缩信号； 视频压缩处理芯片及其外围电路接收可编程门阵列的视频输出信号，将视频输出信号进行视频压缩，将压缩后的视频压缩信号送给可编程门阵列； 可编程门阵列及其外围电路通过场同步信号，行同步信号，时钟信号，驱动时序信号，曝光控制信号控制图像传感器的图像采集时间，进行曝光控制，控制闪光控制电路的闪光时刻，并接收图像传感器传来的亮度像素信号，将像素亮度信号按行同步和场同步组合成视频输出信号；将视频输出信号传输给视频压缩处理芯片，并接收视频压缩处理芯片的视频压缩信号，将视频压缩信号通过通信接口传输给微处理器。4.如权利要求1所述的水域冰情监测研宄系统，其特征在于:监测研宄系统的控制包括: 监控服务器控制、微处理器控制、视频数据采集模块的现场可编程门阵列控制； 监控服务器控制: I)、向各监测站发送监控命令，监控命令内容包括:是否启动或停止工作、数据采集间隔时间、数据采集类型， 2)、接收各监测站发来的数据， 3)、存储接收到的各监测站数据并进行数据运算和处理； 微处理器控制: 1)、接收监控服务器命令， 2)、解析监控服务器命令，并根据监控服务器命令向视频数据采集模块发送视频数据采集命令，接收采集各视频数据采集模块的视频数据， 3)、解析监控服务器命令，并根据监控服务器命令采集各温度流速测量仪的流速与水温数据，采集各温度传感器的温度数据，采集GPS测量仪的位置数据和时间数据，采集气象参数测量仪的气温、气压、散射辐射、直接辐射、风速、风向、湿度、雨量等各种数据， 4)、将采集的数据传输给监控服务器； 视频数据采集模块的现场可编程门阵列控制: 1)、接收微处理器命令， 2)、根据微处理器命令构造场同步信号、行同步信号、时钟信号、驱动时序信号、曝光控制信号，将上述信号送给图像传感器，产生闪光同步信号控制闪光控制电路闪光， 3)、接收图像传感器的像素亮度信号，并根据场同步信号和行同步信号构造视频输出信号送给视频压缩处理芯片， 4)、接收视频压缩处理芯片传来的视频压缩信号， 5)、将视频压缩信号送给微处理器。5.如权利要求1所述的水域冰情监测研宄系统，其特征在于:太阳能风能电源(9)包括风力发电机(30)、太阳能光伏板(32-1、32-2)、风光控制器(34)、蓄电池(35)，风力发电机(30)通过风力发电机支架(31)固定在立杆(33)上，太阳能光伏板(32-1、32-2)固定在立杆上，立杆(33)将风力发电机(30)和天阳能光伏版(32-1、32-2)固定在基座上，立杆通过基座(36)将太阳能风能电源(9)固定在浮箱(6)上，立杆为空心圆柱，中间安装风光控制器(34)和蓄电池(35)，风光控制器控制风力发电机(30)和太阳能光伏板(32-1、32-2)对蓄电池充电，蓄电池对系统供电。6.如权利要求3所述的水域冰情监测研宄系统，其特征在于:视频数据采集模块共安装m个，浮箱的每个侧面对应安装一个，视频数据采集模块图像传感器与对应侧面平行，各视频数据采集模块图像传感器与对应侧面的距离相等，且采用相同的镜头，镜头焦距的选择要保证所拍浮箱侧面图像的上下两边在拍摄图像中，摄像机水平安装使得浮箱侧面图像的上下两边在拍摄图像中呈水平位置。7.如权利要求1所述的水域冰情监测研宄系统，其特征在于:监测研宄系统对冰厚进行监测，冰厚监测数据处理由监控服务器实现，或者由监测与控制器的微处理器或视频数据采集模块的现场可编程门阵列实现； 冰厚监测和数据处理的过程如下: I)根据所拍浮箱侧面图像在拍摄图像的位置，选择图像计算区域，计算区域的最上边的行稍微低于浮箱侧面的上边并高于水面，设其为It，计算区域的最下边行稍微高于浮箱侧面的下边并低于可能的最深冰底面，设其为Ib ;如果拍摄图像不能包含浮箱侧面的左右两边，则计算区域最左可以为拍摄图像的左边一列，最右可以为拍摄图像的右边一列；如果拍摄图像包含浮箱侧面的左右两边，则计算区域最左可以为浮箱侧面的左边，最右可以为浮箱侧面的右边；设计算区域最左的列为J1，最右边的列为Jr ; 2)设视频数据采集模块所拍图像为A，在图像A中，取出It到Ib行与Jl到Jr列之间的图像，设其为图像B.设Ic = Ib-1t, Jc = Jr-Jl ;则图像B的像素有Ic行Jc列； 3)计算图像B的灰度，设图像B的灰度为图像G，图像G的第i行第j列的灰度用gu表示，i大于等于1，小于等于Ic ;j大于等于1，小于等于Jc ; 4)计算第I列图像的相邻行间灰度差的绝对值，第i行与第i_l行之间的灰度差的绝对值用ABSil表示，ABS n= |g n-ga-D!，i大于等于2，小于等于Ic ； 5)设冰顶面判断阈值为Xt，Xt的值根据实验确定:从ABS21开始，按i从小到大递增的顺序查找ABSil大于Xt的第一个i值，设其为F it； 6)设冰底面判断阈值为Xb，Xb的值根据实验确定。从ABSlel开始，按i从大到小递减的顺序查找ABSil大于Xb的第一个i值，设其为F ib； 7)计算第一列冰厚像素HICE1,HICE1= F ib_Fit; 8)参考第4步到第7步的方法，计算第2-Jc列的冰厚像素，用HICEj表示，j大于等于2小于等于Jc ; 9)对所计算的HICEjIjHICE」。取平均值，平均值用HICE表示； 10)计算冰厚，冰厚等于HICE乘以视频数据采集模块镜头到浮箱侧面的距离乘以视频数据采集模块图像传感器每个感光单元的高度除以视频数据采集模块镜头的焦距。
【专利摘要】一种水域冰情监测研究系统。系统由监测服务器与若干监测站组成，监测站数量和分布根据需要选择，监测服务器为带有无线通信能力的计算机，两者间采用无线通信方式通信。监测站的固定锚和浮箱通过固定线连接，固定锚沉入水底将浮箱固定在监测位置上。浮箱内设置监测与控制器，顶面安装气象参数测量仪、太阳能风能电源、GPS测量仪、无线天线，外周竖向安装温度传感器，固定线上安装温度流速测量仪。监测与控制器中的微处理器上设置视频数据采集模块和各种接口，微处理器通过无线通信系统向监控服务器发送所采集的数据。本发明在监测冰情的同时监测气温、水温、风速、流速，为研究水域冰情与环境因素的关系提供科学数据。
【IPC分类】G08C17/02, H04N7/18
【公开号】CN104916111
【申请号】CN201510350636
【发明人】莫思特, 邓云, 脱友才, 李碧雄
【申请人】四川大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月23日