一种基于图像的直读式水面蒸发器的制作方法

本实用新型涉及水面蒸发器技术领域，具体地说，是涉及一种基于图像的直读式水面蒸发器。

背景技术：

水面蒸发采集的准确性直接关乎水文测验与整编工作的质量，目前观测工作以人工与自动单独分立，以人工蒸发量观测最为准确，但较为繁琐。

我们常用水面蒸发器作为水面采集工具，水面蒸发采集器是蒸发站网上观测水面蒸发量的仪器，水文、气象部门均可使用。该产品具有防腐蚀、防冻裂、隔热性好、防止小水体和地面剧烈的热交换、测量精度高、使用方便、寿命长等优点，被国家技术监督局确定为全国水面蒸发观测的唯一标准仪器并列入国标“GB11829-89”，被水利部、电力部、中国气象局、中科院列为换代产品，在全国推广使用。

目前自动式蒸发采集基本处于实验发展期，其中最常见的方式为压力式、连杆式光栅尺及超声波等方式，观测中发现均有相应的误差；其中误差主要来源于采集传感器的精度和人工观测的蒸发测针本身就存在一定误差，因此难免造成观测误差不好控制；蒸发测量的精度为0.1mm，高精度的采集要求，决定了自动蒸发的难度。

为更好地解决这一精度误差，我们现以一种工业直读式摄像机与蒸发测针为基础，并配备相应的电机控制与电磁阀门控制补水；基本原理与人工采集相同，依然依据蒸发测针为基础，小直流电机超慢速旋转代替人工调整测针，摄像头代替肉眼采集测针数据照片，后期自动分析出相应蒸发水位，并配有图片为比测依据，可以做到零测量误差。

为此，我们提出一种用于测量蒸发量和降水量的机器人。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供了一种基于图像的直读式水面蒸发器，解决了现有蒸发器精度差、读数误差大且需要观测人员长期蹲守，严重浪费大量人力物力的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种基于图像的直读式水面蒸发器，包括蒸发器、水圈、溢流筒和蒸发测针，其特征在于：所述水圈固定安装于蒸发器外侧，所述蒸发测针安装于蒸发器内部，所述蒸发测针顶部设有调节蒸发测针位置的调节旋钮，所述调节旋钮上安装有传动装置，所述蒸发器内部设有微控制器，所述微控制器连接有蓄电池、图像采集装置和照明装置，所述蒸发器顶部安装有太阳能供电系统，所述蒸发器内部设有GPRS远程传输模块，所述蒸发器侧壁上设有溢流口，所述溢流口上套装有溢流管，所述溢流管末端伸入溢流筒内部。

作为一种优选的技术方案，所述传动装置包括电机和安装在电机上的减速机，所述蓄电池与电机电连接。

所述减速机的设置，用于减缓蒸发测针的移动速度，使读数更加精确。

作为一种优选的技术方案，所述图像采集装置包括工业相机，所述工业相机与蓄电池电连接。

作为一种优选的技术方案，所述照明装置包括探照灯，所述探照灯与蓄电池电连接。

作为一种优选的技术方案，所述太阳能供电系统包括太阳能板，所述太阳能板连接有太阳能控制器，所述太阳能控制器与蓄电池电连接。

作为一种优选的技术方案，所述GPRS远程传输模块与水情中心电脑主机相连。

所述GPRS远程传输模块与水情中心电脑主机相连，可将监测数据实施传输到水情中心。

作为一种优选的技术方案，所述溢流筒顶部设有直读式摄像头，所述直读式摄像头与微控制器电连接。

素数直读式摄像头的设置，用于观测溢流筒内部的情况，方便对降水进行全面的了解，所述直读式摄像头与微控制器电连接，可对溢流筒内的情况进行整体分析，对降雨量及蒸发量作出全面的分析。

作为一种优选的技术方案，所述蒸发测针为不锈钢蒸发测针。

所述不锈钢蒸发测针可防止测针生锈。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有以下优点：由于直接读取刻度数据，因此跟传统翻斗雨量计相比，它可将读数误差降低零；采用低功耗设计，只有读数时才需供电，节约了能耗；采用先进的数据编码及校验方式，通讯可靠性高；与上位机系统相结合，与现行水文管理系统能够无缝对接，真正实现人工雨量计采集自动化；自动存储每次数据变化时的刻度图片，作为最直接有效的图形化备份资料，方便用户查错、纠错；可选用WIFI模式，手机端直接读取下载设备内的相应图片及数据信息。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型一种基于图像的直读式水面蒸发器的结构示意图。

图2是本实用新型一种基于图像的直读式水面蒸发器的蒸发器剖视图。

图3使本实用新型一种基于图像的直读式水面蒸发器的溢流筒剖视图。

图中：1-蒸发器；2-水圈；3-溢流筒；4-蒸发测针；5-调节旋钮；6-蓄电池；7-电机；8-减速机；9-微控制器；10-工业相机；11-探照灯；12-太阳能板；13-太阳能控制器；14-GPRS远程传输模块；15-溢流管；16-直读式摄像头。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种基于图像的直读式水面蒸发器，包括蒸发器1、水圈2、溢流筒3和蒸发测针4，所述水圈2固定安装于蒸发器1外侧，所述蒸发测针4安装于蒸发器1内部，所述蒸发测针4顶部设有调节蒸发测针位置的调节旋钮5，所述调节旋钮5上安装有传动装置，所述蒸发器1内部设有微控制器9，所述微控制器9连接有蓄电池6、图像采集装置和照明装置，所述蒸发器1顶部安装有太阳能供电系统，所述蒸发器1内部设有GPRS远程传输模块14，所述蒸发器1侧壁上设有溢流口，所述溢流口上套装有溢流管15，所述溢流管15末端伸入溢流筒3内部。

所述传动装置包括电机7和安装在电机7上的减速机8，所述蓄电池6与电机7电连接；所述图像采集装置包括工业相机10，所述工业相机10与蓄电池6电连接。

所述照明装置包括探照灯11，所述探照灯11与蓄电池6电连接。

所述太阳能供电系统包括太阳能板12，所述太阳能板连接有太阳能控制器13，所述太阳能控制器13与蓄电池6电连接。

所述GPRS远程传输模块与水情中心电脑主机相连。

所述溢流筒3顶部设有直读式摄像头16，所述直读式摄像头16与微控制器9电连接。

所述蒸发测针4为不锈钢蒸发测针。

工作流程：首先，由电机7带动调节旋钮5快速转动，转动到水面时，水面会为断路的蒸发测针导通电源，此时停止转动，向相反方向转动旋钮，此时离开水面，电机再次开始向下转动，但此时以最慢速度转动，直到断路导通，接触水面时，停止转动电机。

其次，当确定到当前蒸发水位后，微控制器9控制工业相机启动，同时启动探照灯11，然后拍摄两张照片，存档，并启动微控制器上的分析程序。

最后，分析程序分析出当前的实际数值后，自动形成八位码报文，通过GPRS模块传送至水情中心。

微控制器9采用LATTEPANDA，该小板预装完整Windows 10，内置一系列包含Visual Studio、Java在内的工具，保证了它的运行效率和运行的质量，十分实用。从配置方面来讲，它搭载四核1.8GHz处理器，拥有2/4GB RAM与32/64GB EMMC存储，方便人们储存文件，而且它支持WiFi、蓝牙，功能比较多。

数据读取软件开发平台：Visual Basic 6.0，通过Picture控件，对图片按像素进行三级处理。

一级处理：对原图进行像素点优化，主要是对拍照图像进行像素点进行重新拼接，把原图背景色灰白色，转换成红色以便有效区背景部分；然后利用Picture控件的Point功能进行判别每一像素的值，把图片像素点相近的值可以调成一种，这样能降低图像鲜亮度，让图像像素种类降低，人眼看起来不如原图光亮，但对计算机来说恰恰降低了读取难度，比如最有功能就是消除高光部分，把原有图像相近的区域连成一片，我们测试经验值一般设为像素色差115，此功能处理后的图像色彩比加强，便于后期获取刻度线。该级处理后的图像同步通过Picture控件的PEN功能绘画到二级处理框中。

二级处理：首先对原图背景去掉，一般默认从第100，100点取色，如相同连续的色彩则去掉，差别在色差值以内的都认为是背景色，色差可以人工初次设置，改为纯白色，以表示空白；这样就能取消背影响了。然后对刻度线进行处理，深色的可以修正成黑色，这样修过的图就可以通过程序取色工具取某一点的颜色，如果为不是底色值时，继续向右读取，当该行连线出现非底色时，则认为该行是一条刻度线；继续下一行，依次获取各个点的色值，如果依然为非底色，则认为该行依旧为上行的刻度，直到为背景色一样时，则认为该度条结束，这样就能依次读出各刻度条的位置；而当前水位原理相同，只是线条为从左到右比较宽的线为水线；为了提高获取速度，可以隔10个像素取一个点，这样就不影响最后读取结果；此外为了适行各种色彩的刻度尺，软件中设置初始化时，可以设置背景色和刻度色，当鼠标获取某一点时，自动检测当前点的色彩值，以此点的色彩人工设定为初始背景色或刻度色。同样的刻度尺不需要重复设置。该级处理后的图像放到三级处理框中；由于该尺子类型为左右平分型，两侧均有刻度，因此我们只用左边一半图像即可。

三级处理：最后是刻度的处理，图中颜色对于人眼来说可能是比较细，但对于以像素点来区分的计算机来说，正好适合读取刻度线条数，如从X坐标进行读取，直到出现非底色时，认为该行开始，如果在3倍步长内均没有前景色数值，则认为该线结束；步长可设置。取3倍步长的目的是以防有部分像素点在前置处理是，线条并非全部是连续的，有杂色时处理成背景色。值得注意的是，无论线条长短对于我们计算来说无需关心，因为长线条短线条之间均为1mm，所以我们只需取线条出现的次数，出现几条线则为第几个毫米数，水位线比较容易判断，判断方式就是从左侧靠近最左侧的线条为水位位置。

为方便安装与户外长期使用，蒸发器1和溢流筒3为亚克力材质。

为提高当前水位位置清晰度，可以将黑色薄油纸，剪成圆形，放于亚克力蒸发器中，随水漂浮，提高水印的清晰度。

利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。