智能视频识别污水池曝气的方法及系统与流程

本发明涉及污水曝气处理技术领域，特别涉及一种智能视频识别污水池曝气的方法及系统。

背景技术：

随着我国污水处理厂的数量和规模剧增，监管部门需要对污水处理过程进行严格监控，其中对污水处理过程中污水池的曝气状态监控是最重要的一环，因为污水池曝气的时间和次数可以真实反映该污水处理厂的实际运营情况。

目前，监管部门对污水池曝气状态监控的手段主要有电机工作状态的数据监控和实时的视频监控两种。数据监控主要是利用不同的传感器，通过检测污水处理厂各种电机的工作状态来确定污水处理情况，并将数据上传到服务器处理；实时视频监控，是借助高清摄像机将监控目标的实时情况进行录制，并将视频上传到服务器处理。其中实时视频监控具有可视性，事件描述清晰度高，是目前通用的一种监控手段。但是，大多数污水处理厂采用的是实时视频监控，将污水池的曝气状态24小时实时录制，并将视频通过网络上传到云端处理，监管部门需要人为的在大量的视频中查找污水处理厂的非法操作，并且需要支付金额庞大的流量运营费用。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种智能视频识别污水池曝气的方法，其能够智能识别污水池曝气的开始阶段和结束阶段，并且识别的同时同步将污水池曝气的开始阶段和结束阶段的视频片段上传至服务器，供监管部门下载查看，由于视频片段短小，耗费的流量少，极大减少了监管部门的流量运营费用，并且，监管部分还能够根据污水池曝气的开始阶段和结束阶段的上传时间判断污水池的任何一个曝气时间段是否达标；

本发明还有一个目的是提供一种智能视频识别污水池曝气的系统，其用于辅助完成对污水池曝气的智能视频识别，并将识别的污水池曝气的开始阶段和结束阶段的视频片段上传至服务器，供监管部门下载查看，实现方便直观的监管，极大节省人力和物力资源。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种智能视频识别污水池曝气的方法，包括以下步骤：

应用视频采集模块实时采集污水池的视频；

应用视频分析模块同步读取视频并采用循环方式缓存一定时间段内的视频片段；

应用视频分析模块中的视频识别算法同步分析缓存的当前时刻的视频片段，并根据视频识别算法的计算结果判断当前污水池的爆气状态；

若当前污水池的爆气状态被判断为曝气开始阶段或者曝气结束阶段，则将缓存的视频片段保存并上传至服务器；

若当前污水池的曝气状态被判断为未曝气阶段或者持续曝气阶段，则继续分析下一时刻的视频片段。

优选的是，应用视频分析模块同步读取视频并采用循环方式缓存10-60s的视频片段。

优选的是，还包括以下步骤：应用视频分析模块读取视频的同时还将视频存储在视频存储模块上。

优选的是，视频识别算法同步分析缓存的当前时刻的视频片段时，从每1s视频中提取3-10帧画面进行视频分析；

视频识别算法根据其提取的当前时刻的视频片段的画面中污水池水面的波纹特性和波纹变化率进行计算并获得计算结果，其中，

曝气开始阶段的波纹特性为以多个固定点为圆心呈圆形外扩波，并且伴随气泡产生；

曝气结束阶段的波纹特性为以多个固定点为圆心呈圆形外扩波，并且伴随气泡逐渐减少；

波纹变化率为当前时刻视频片段的画面中污水池水面的波纹产生量平均值与前一时刻的视频片段的画面中污水池水面的波纹产生量平均值的差值。

优选的是，曝气开始阶段的波纹变化率为≥38％；曝气结束阶段的波纹变化率为≥40％。

优选的是，若判断当前污水池的爆气状态为曝气开始阶段或者曝气结束阶段，则将缓存的当前时刻视频片段存储至指定目录下，并再次存储下一时刻的视频片段至指定目录下，视频存储模块通过间隔1-60秒轮询的方式查询指定目录，若指定目录下有视频文件，则视频存储模块控制打开网络连接模块并将视频上传至服务器；

若判断当前污水池的曝气状态被判断为未曝气阶段或者曝气持续阶段，则继续分析下一时刻的视频片段。

优选的是，视频存储模块通过间隔5-10秒轮询的方式查询指定目录。

优选的是，检测用户应用移动终端自服务器下载视频后进行污水池曝气监测。

一种智能视频识别污水池曝气系统，其特征在于，包括：

视频采集模块，用于实时采集污水池的视频；

视频分析模块，用于同步读取视频并采用循环方式缓存一定时间段内的视频片段，并对采集的视频片段进行同步的视频分析；

视频存储模块，用于同步读取和存储视频；

网络连接模块，用于连通或者关闭网络连接；以及

服务器，用于接收和存储网络模块上传的视频片段。

优选的是，还包括：

移动终端，用于自服务器下载视频后进行污水池的曝气监测。

本发明至少包括以下有益效果：

采用本发明方法进行智能视频识别污水池曝气状态时，首先在本地应用视频采集模块对污水池进行实时的视频采集，之后，应用视频分析模块对采集的视频进行读取和分析，为了方便对视频的读取和分析，采用循环方式缓存一定时间段内的视频片段，在缓存的同时进行视频片段的分析，分析过程中视频片段还在循环更新，比如：缓存一个60s的视频片段，当视频识别算法在计算当前时刻这个60s的视频片段中第1s、第5s和第10s视频时已经判断出该视频片段处于曝气开始阶段或者曝气结束阶段，则将缓存的60s的视频片段录制、保存并上传至服务器；同时，第61s时的视频将取代第1s时缓存的视频，第62s时的视频将取代第2s时缓存的视频，以此类推，直至完成第二个视频片段61-120s视频缓存和分析，并根据分析和判断结果对视频进行存储和选择性上传；其中，视频采集模块配置为监控摄像头，视频分析模块配置为英特尔的BAY TRAY平台处理器Z3735F；

综上所述，本发明方法能够智能识别污水池曝气的开始阶段和结束阶段，并且识别的同时同步将污水池曝气的开始阶段和结束阶段的视频片段上传至服务器，供监管部门下载查看，由于视频片段短小，耗费的流量少，极大减少了监管部门的流量运营费用，并且，监管部分还能够根据污水池曝气的开始阶段和结束阶段的上传时间判断污水池的任何一个曝气时间段是否达标；对监管部门来说，增加视频识别可以直观、快速的提供监控资料；同时，结合视频内容可以计算污水处理厂每天完成的工作量，为污水处理费用提供一个有价值的参考。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的智能视频识别污水池曝气的方法的流程图；

图2为本发明一个实施例中所述的智能视频识别污水池曝气系统的内部结构示意图；

图3为本发明一个实施例中所述的智能视频识别污水池曝气系统的外部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种智能视频识别污水池曝气的方法，包括以下步骤：

应用视频采集模块实时采集污水池的视频；

应用视频分析模块同步读取视频并采用循环方式缓存一定时间段内的视频片段；

应用视频分析模块中的视频识别算法同步分析缓存的当前时刻的视频片段，并根据视频识别算法的计算结果判断当前污水池的爆气状态；

若当前污水池的爆气状态被判断为曝气开始阶段或者曝气结束阶段，则将缓存的视频片段保存并上传至服务器；

若当前污水池的曝气状态被判断为未曝气阶段或者持续曝气阶段，则继续分析下一时刻的视频片段。

在上述方案中，首先在本地应用视频采集模块对污水池进行实时的视频采集，之后，应用视频分析模块对采集的视频进行读取和分析，为了方便对视频的读取和分析，采用循环方式缓存一定时间段内的视频片段，在缓存的同时进行视频片段的分析，分析过程中视频片段还在循环更新，比如：缓存一个60s的视频片段，当视频识别算法在计算当前时刻这个60s的视频片段中第1s、第5s和第10s视频时已经判断出该视频片段处于曝气开始阶段或者曝气结束阶段，则将缓存的60s的视频片段录制、保存并上传至服务器；同时，第61s时的视频将取代第1s时缓存的视频，第62s时的视频将取代第2s时缓存的视频，以此类推，直至完成第二个视频片段61-120s视频缓存和分析，并根据分析和判断结果对视频进行存储和选择性上传；其中，视频采集模块配置为监控摄像头，视频分析模块配置为英特尔的BAY TRAY平台处理器Z3735F。

采用上述方案能够智能识别污水池曝气的开始阶段和结束阶段，并且识别的同时同步将污水池曝气的开始阶段和结束阶段的视频片段上传至服务器，供监管部门下载查看，由于视频片段短小，耗费的流量少，极大减少了监管部门的流量运营费用，并且，监管部分还能够根据污水池曝气的开始阶段和结束阶段的上传时间判断污水池的任何一个曝气时间段是否达标。

在一个优选方案中，应用视频分析模块同步读取视频并采用循环方式缓存10-60s的视频片段。在该优选方案中，视频片段被设定为在10-60s之间，因为曝气开始阶段或者曝气结束阶段会快速完成，此时水面波纹的波动变化也会很剧烈，经过分析比对之后，易于在短时间内对污水池的曝气状态做出判断，因此，视频片段可以短小到60s以内即可，为了节省流量费用，本申请人还建议视频片段范围为10-20s。

在一个优选方案中，还包括以下步骤：应用视频分析模块读取视频的同时还将视频存储在视频存储模块上。

在上述方案中，在视频读取过程中，在本地可以进行全部的视频存储，便于日后的查找和比对，并且，由于不用上传全部视频，也不用占用流量资源。

在一个优选方案中，视频识别算法同步分析缓存的当前时刻的视频片段时，从每1s视频中提取3-10帧画面进行视频分析；

视频识别算法根据其提取的当前时刻的视频片段的画面中污水池水面的波纹特性和波纹变化率进行计算并获得计算结果，其中，

曝气开始阶段的波纹特性为以多个固定点为圆心呈圆形外扩波，并且伴随气泡产生；

曝气结束阶段的波纹特性为以多个固定点为圆心呈圆形外扩波，并且伴随气泡逐渐减少；

波纹变化率为当前时刻视频片段的画面中污水池水面的波纹产生量平均值与前一时刻的视频片段的画面中污水池水面的波纹产生量平均值的差值。

在上述方案中，视频识别算法通过提取视频片段中的相互间隔开的独立画面，比如，每1s视频中提取3帧画面、5帧画面或者10帧画面进行分析，并对这些独立画面中污水池水面的波纹状态和波纹变化率进行识别和计算，获得分析判断结果，具备充分的科学依据，如果单纯根据水面的波纹变化率进行识别和判断，则有可能会出现误判，因为暴露在户外的曝气池有可能在外界风的影响下也产生较大的水面波动，但是，外界风在水面上产生的波纹特性为多是朝向同一个方向的波动，且波动形状类似于直线并非圆形波纹，本方案中，采用曝气开始阶段和曝气结束阶段特有的波纹特性与外界风产生的波纹特性进行区别，避免出现误判，实现了对污水池的曝气状态进行准确无误的智能视频识别和判断；

另外，视频识别算法采用从每1s视频中提取3-10帧画面进行视频分析，既可以满足视频识别需求，又大大降低了CPU数据处理量，可提高系统的稳定性。

在一个优选方案中，曝气开始阶段的波纹变化率为≥38％；曝气结束阶段的波纹变化率为≥40％。

在上述方案中，曝气开始之前，污水池水面较为平静，波纹变化率一般在15％以内，当有微风吹在水面产生波纹时，通过视频分析鉴定出此时并没有进行曝气，因此，不对视频片段做上传处理；

当曝气开始后，曝气产生的波纹变为以多个固定点为圆心的圆形外扩波，并且伴随气泡产生；此时，视频分析获得前一视频片段与当前时刻的视频片段的波纹变化率超过38％，且波形为多个圆形产生，并伴有相应泡沫可以判断为曝气开始，此时对视频进去保存；

当曝气结束时：污水池曝气的过程水波纹是以多个固定点为圆心，同时产生外扩波，此时污水池波纹变化率在10％-24％，当曝气机停止工作后，曝气机由于惯性还要工作30s左右，但是产生的气体急剧减弱，曝气池中水面的波纹产生的幅度、频率和泡沫也相应减弱，当整个水面的波纹变化率(相对60秒之前)超过40％，即可认为曝气结束识别，此时对视频片段进行保存和上传。

在一个优选方案中，若判断当前污水池的爆气状态为曝气开始阶段或者曝气结束阶段，则将缓存的当前时刻视频片段存储至指定目录下，并再次存储下一时刻的视频片段至指定目录下，视频存储模块通过间隔1-60秒轮询的方式查询指定目录，若指定目录下有视频文件，则视频存储模块控制打开网络连接模块并将视频上传至服务器；

若判断当前污水池的曝气状态被判断为未曝气阶段或者曝气持续阶段，则继续分析下一时刻的视频片段。

在上述方案中，若设置的一个视频片段的时长较短，比如为10s或者20s时，则为了更清楚的反应曝气开始或者结束阶段，因此，将连续的两端视频片段合并处理后，再通过视频存储模块的轮询方式进行视频的采集和上传，并且设置较短的轮询时间，保证能够及时发现需要上传的视频文件，也同时避免了由于长时间不进行轮询查询而造成目录文件下视频文件的堆积，导致影响上传时间和上传速度。

在一个优选方案中，视频存储模块通过间隔5-10秒轮询的方式查询指定目录。由于视频片段最小播放长度为10s，因此，为了避免了由于长时间不进行轮询查询而造成目录文件下视频文件的堆积，导致影响上传时间和上传速度，因此，轮询的间隔时长较佳设置为5-10s。

在一个优选方案中，检测用户应用移动终端自服务器下载视频后进行污水池曝气监测。

监管部门在手机平板等终端设备，通过APP软件下载所有污水处理厂上传至服务器的监控视频，可以清晰看到每个站点每个污水池的曝气状态以及曝气时间。

一种智能视频识别污水池曝气的系统，其特征在于，包括：

视频采集模块，用于实时采集污水池的视频；

视频分析模块，用于同步读取视频并采用循环方式缓存一定时间段内的视频片段，并对采集的视频片段进行同步的视频分析；

视频存储模块，用于同步读取和存储视频；

网络连接模块，用于连通或者关闭网络连接；以及

服务器，用于接收和存储网络模块上传的视频片段。

在上述方案中，智能视频识别污水池曝气的系统主要功能是对视频进行采集和识别分析，视频采集模块可以选用1080P的大华高清变焦网络摄像机DH-IPC-HFW5221D-Z，视频分析模块可以选用性能较高的英特尔的BAY TRAY平台处理器Z3735F，在该平台处理器中进行快速的视频分析，系统运行之后，将识别到的视频片段通过网络连接模块上传到服务器，其中网络连接模块可以设置3G网络和3G天线进行无线视频传输，或者采用架设光纤进行有线视频传输；系统采用220V市电供电。本实施方案的系统框架如图2所示。

如图3所示，大华高清变焦网络摄像机DH-IPC-HFW5221D-Z安装在污水池边设置的一个杆体上，摄像头2透过壳体1的前端朝向污水池水面进行视频采集，英特尔的BAY TRAY平台处理器Z3735F和3G网络设置在壳体内，在壳体的一侧还设置有3G天线3。

在一个优选方案中，还包括：

移动终端，用于自服务器下载视频后进行污水池的曝气监测。

监管部门在手机平板等终端设备，通过APP软件下载所有污水处理厂上传至服务器的监控视频，可以清晰看到每个站点每个污水池的曝气状态以及曝气时间，方便快捷，且由于上传至服务器的视频短小，使用流量少，极大降低了污水处理厂监控的运营成本；对监管部门来说，增加视频识别可以直观、快速的提供监控资料；结合视频内容可以计算污水处理厂每天完成的工作量，为污水处理费用提供一个有价值的参考。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。