一种水利工程数据采集系统及方法与流程

1.本发明涉及数据采集的技术领域，尤其是涉及一种水利工程数据采集系统及方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，我国建设了大量的水利工程，其在防洪、除涝、灌溉、发电等方面起着重要的作用。
3.但这些水利工程相应的影像信息记录极其缺乏，工程全貌状态、四季环境特点、已建的诸多工程均没有进行信息记录。随着流域环境、管理方式的变化，水利工程的运行特点与状态均发生了变化，缺乏对工程建筑物、流域环境等总体性的掌握，使得在水利工程运行管理时可能陷入被动的局面，因此有待改进。


技术实现要素：

4.为了对水利工程的数据进行较为全面采集，以便于工程运行管理，本技术提供一种水利工程数据采集系统及方法。
5.本技术的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种水利工程数据采集系统，包括：多个采集装置，多个采集装置安装于水利工程河道各处，所述采集装置包括信息采集模块和定位模块，所述采集模块用于获取河流在采集装置附近的水位信息和流速信息；所述定位模块用于与自身预设范围内的无人机通讯，在所述无人机进入定位模块的预设范围内时，所述定位模块持续发送定位信息给无人机；无人机，所述无人机具有摄像模组，所述无人机用于接收巡航路线，并根据巡航路线巡航；无人机在接收到定位信息时，根据定位信息生成定位标签，控制所述摄像模组开始对周围环境拍摄以获取图像信息，并将所述图像信息发送给处理器，所述图像信息附随有所述定位标签；无人机在未接收到定位信息时，控制所述摄像模组停止对周围环境拍摄；处理器，包括：起始位置获取模块，用于获取无人机当前位置；待定路线生成模块，用于根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线；偏好获取模块，用于获取当前所在的节气，根据节气和过往历史数据生成巡航偏好；发送模块，用于根据巡航偏好在多条待定巡航路线中筛选出巡航路线发送给无人机；无人智能船，航行于河道，用于根据巡航路线中的多个采集位置信息采集水质要素信息、泥沙信息以及河床断面信息。
6.采用上述技术方案，通过在水利工程河道各处布置多个采集装置，能够采集各处
的河流水位和河流流速，处理器根据当前的节气和过往历史数据得到巡航偏好，根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线，然后在多条待定巡航路线中筛选出合适的巡航路线，发送给无人机，无人机根据该巡航路线进行巡航，途经各个采集装置的上方，进入采集装置的定位模块的预设范围时，接收到定位信息并开始拍摄得到采集装置附近的图像信息，实现水利工程各处的图像信息的采集，结合前述河流水位和河流流速的采集，同时无人船能够根据巡航路线中的多个采集位置信息采集水质要素信息、泥沙信息以及河床断面信息，与无人机组成天空-河面一体覆盖，实现全面的数据收集，能够对水利工程的数据进行较为全面采集，以便于工程运行管理。
7.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：待定路线生成模块包括：起始位置获取单元，用于将多个采集装置中距离所述无人机当前位置最近的采集装置的位置信息作为起始位置信息；起始点生成单元，用于根据起始位置信息生成起始巡航点坐标；巡航点生成单元，用于根据多个采集装置的位置信息生成多个待巡航点坐标；排序单元，用于获取多个待巡航点坐标与起始巡航点坐标之间的距离，并按距离由远至近生成待巡航点坐标序列表；路线构建单元，用于以起始巡航点坐标为起点，以待巡航点坐标序列表中排名第二的待巡航点坐标作为终点，构建多条待定巡航路线，所述多条待定巡航路线中每条待定巡航路线均将多个待巡航点坐标串联。
8.采用上述技术方案，每次巡航由于无人机所停的位置不同，因此每次巡航的起点不同，相应的终点也不同，进而，每次巡航的待定巡航路线也不同；并且，待定巡航路线中的待巡航点坐标也包含了起点，因此，提升了待定巡航路线的生成数量，并且，能够对起点附近的区域以及起点附近的待巡航点坐标所对应的区域进行重点巡查。
9.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述处理器还包括分析模块，分析模块用于对无人机发来的图像信息进行分析，以判断是否存在安全隐患；当判断得到存在安全隐患时，将图像信息、图像信息所附随的定位标签对应的采集装置的位置信息以及时间戳信息作为过往历史数据存储至历史数据库中。
10.采用上述技术方案，处理器能够对图像信息进行分析，并将存在安全隐患的图像信息及相关信息存储，以便后续查看和汇总处理。
11.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：偏好获取模块包括：第一查询单元，用于查询过往历史数据中以往相同的节气期间无人机的过往巡航次数；第二查询单元，用于查询过往历史数据中以往相同的节气期间的过往安全隐患数量；计算单元，用于根据过往安全隐患数量和过往巡航次数计算得到历史安全隐患频率；匹配单元，用于根据历史安全隐患频率匹配得到巡航偏好。
12.采用上述技术方案，根据历史安全隐患频率来计算得到巡航偏好，能够有针对性地在不同节气采取不同的巡逻路线。
13.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述对无人机发来的图像信息进行分
析，包括：将图像信息输入预先训练好的安全隐患分析模型进行推理，以得到是否存在安全隐患。
14.采用上述技术方案，通过模型对图像信息进行分析的方式，随着样本数据的增加，模型更为精确，推理的结果也更为精确快速。
15.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：当判断得到存在安全隐患时，发送警报信息给执行终端。
16.采用上述技术方案，能够及时提醒对应的配备有执行终端的后勤执行人员，以提醒其进行查看和检修排查。
17.本技术的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种水利工程数据采集方法，包括：获取无人机当前位置；根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线；获取当前所在的节气，根据节气和过往历史数据生成巡航偏好；根据巡航偏好在多条待定巡航路线中筛选出巡航路线发送给无人机，无人机在接收巡航路线后，根据巡航路线巡航。
18.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线，包括：将多个采集装置中距离所述无人机当前位置最近的采集装置的位置信息作为起始位置信息；根据起始位置信息生成起始巡航点坐标；根据多个采集装置的位置信息生成多个待巡航点坐标；获取多个待巡航点坐标与起始巡航点坐标之间的距离，并按距离由远至近生成待巡航点坐标序列表；以起始巡航点坐标为起点，以待巡航点坐标序列表中排名第二的待巡航点坐标作为终点，构建多条待定巡航路线，所述多条待定巡航路线中每条待定巡航路线均将多个待巡航点坐标串联。
19.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1、通过在水利工程河道各处布置多个采集装置，能够采集各处的河流水位和河流流速，处理器根据当前的节气和过往历史数据得到巡航偏好，根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线，然后在多条待定巡航路线中筛选出合适的巡航路线，发送给无人机，无人机根据该巡航路线进行巡航，途经各个采集装置的上方，进入采集装置的定位模块的预设范围时，接收到定位信息并开始拍摄得到采集装置附近的图像信息，实现水利工程各处的图像信息的采集，结合前述河流水位和河流流速的采集，同时无人船能够根据巡航路线中的多个采集位置信息采集水质要素信息、泥沙信息以及河床断面信息，与无人机组成天空-河面一体覆盖，实现全面的数据收集，能够对水利工程的数据进行较为全面采集，以便于工程运行管理；2、每次巡航由于无人机所停的位置不同，因此每次巡航的起点不同，相应的终点也不同，进而，每次巡航的待定巡航路线也不同；并且，待定巡航路线中的待巡航点坐标也
包含了起点，因此，提升了待定巡航路线的生成数量，并且，能够对起点附近的区域以及起点附近的待巡航点坐标所对应的区域进行重点巡查；3、根据历史安全隐患频率来计算得到巡航偏好，能够有针对性地在不同节气采取不同的巡逻路线。
附图说明
20.图1是本技术一实施例中水利工程数据采集系统各模块、单元的连接示意图；图2是本技术另一实施例中水利工程数据采集系统各模块、单元的连接示意图；图3是本技术一实施例中水利工程数据采集方法的实现流程图；图4是本技术一实施例中水利工程数据采集方法的实现流程图。
具体实施方式
21.以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
22.需要说明的是，本发明中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。
23.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
24.图1是本技术一实施例中水利工程数据采集系统各模块、单元的连接示意图，如图1所示，该水利工程数据采集系统包括：无人机、处理器、多个采集装置，以及无人智能船，无人机用于根据巡航路线对水利工程进行巡查，巡航路线由处理器生成，处理器和无人机通讯连接，处理器可以是安装于无人机上，多个采集装置安装于水利工程河道各处，例如固定安装在河道旁，采集装置包括用于获取河流在采集装置附近的水位信息和流速信息，具体地，采集模块包括河流水位传感器和流速传感器，河流水位传感器测量采集装置所在位置的河流水位，流速传感器测量采集装置所在位置的河流流速，在一实施例中，采用型号为pt500-601的河流水位传感器，mgg/kl型流速计；也可以直接采用6527水位流速传感器，实现河流水位和河流流速的测量。
25.采集装置包括定位模块，定位模块采用gps单元实时获取自身所属采集装置的定位信息，并且，定位模块被配置为与自身预设范围内的无人机通讯，例如配置为定位模块在20m范围通信，采用ieee 802 通信标准等。在无人机进入定位模块的预设范围内时，定位模块持续发送定位信息给无人机；无人机具有摄像模组，无人机在接收到定位信息时，根据定位信息生成定位标签，控制摄像模组开始对周围环境拍摄以获取图像信息，并将图像信息发送给处理器，周围环境主要是指无人机下方的环境，河道以及河道旁的环境等；其中，图像信息附随有定位标
签；无人机在未接收到定位信息时，控制摄像模组停止对周围环境拍摄；例如，无人机在飞入某一采集装置的定位模块20m的预设范围内后，该定位模块持续像无人机发送定位信息，无人机在接收到定位信息后即开始对下方环境进行拍摄得到图像信息，无人机持续接收到定位信息则持续进行拍摄；当无人机驶出定位模块20m的预设范围后，则接收不到定位信息，此时无人机则控制摄像模组停止对周围环境拍摄。
26.安装在无人机上的处理器中的分析模块对无人机发来的图像信息进行分析，以判断是否存在安全隐患；具体地，将图像信息输入预先训练好的安全隐患分析模型进行推理，以得到是否存在安全隐患；模型通过以下方式训练得到：对图像信息样本训练集中的每个图像信息样本进行标注处理，以标注出每个图像信息样本的是否存在安全隐患，是否存在安全隐患与图像信息样本中的全部或部分信息相关联；以及通过经过标注处理的图像信息样本训练集，对神经网络进行训练，以得到模型。图像信息样本是由采集人员在水利工程现场采集得到的图像，标记是人为标记的，即图像信息样本分为两类，一类被标记为存在安全隐患，另一类被标记为不存在安全隐患；当判断得到存在安全隐患时，将图像信息、图像信息所附随的定位标签对应的采集装置的位置信息以及时间戳信息作为过往历史数据存储至历史数据库中。
27.具体地，图像信息所附随的定位标签对应的定位信息反映出图像信息的拍摄位置，即是哪个采集装置的附近区域；时间戳信息反应出图像信息采集到的时间位于哪个节气；便于后续调取和汇总分析处理。并且，当判断得到存在安全隐患时，发送警报信息给执行终端，执行终端配备于后勤执行人员，后勤执行人员可以在接收到警报信息后，查询历史数据库中的过往历史数据，以参照进行后续实地维护。
28.处理器包括：起始位置获取模块、待定路线生成模块、偏好获取模块、分析模块和筛选发送模块，其中，起始位置获取模块用于获取无人机当前位置；接上例，处理器安装于无人机上，处理器内的起始位置获取模块通过内置gps单元获取自身的定位信息作为无人机当前位置；待定路线生成模块用于根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线；结合图2，具体地，待定路线生成模块包括起始位置获取单元、起始点生成单元、巡航点生成单元、排序单元和路线构建单元；在系统中预存储有各采集装置的位置信息，上述定位模块获取的自身所属采集装置的定位信息也即为采集装置的位置信息，起始位置获取单元用于将多个采集装置中距离无人机当前位置最近的采集装置的位置信息作为起始位置信息；具体地，起始位置获取单元通过内置gps单元获取自身的定位信息作为无人机当前位置后，将无人机当前位置与系统中预存储的各采集装置的位置信息进行比较，得出与无人机当前位置相距距离最小的采集装置的位置信息作为起始位置信息。
29.起始点生成单元用于根据起始位置信息生成起始巡航点坐标；具体地，起始位置信息为采集装置的位置信息，因此基于采集装置的位置信息，在高度方向坐标上加上预设值作为起始巡航点坐标，预设值可以为10m，即无人机飞行于在采集装置上方10m高度区域。
30.巡航点生成单元用于根据多个采集装置的位置信息生成多个待巡航点坐标；同样地，将每个采集装置的位置信息中的高度方向坐标分量加上加上预设值，形成新的坐标作为待巡航点坐标，预设值同样设定为10m，因此每个待巡航点坐标均位于各自对应的采集装置上方10m位置处。
31.排序单元，用于获取多个待巡航点坐标与起始巡航点坐标之间的距离，并按距离由远至近生成待巡航点坐标序列表；路线构建单元用于以起始巡航点坐标为起点，以待巡航点坐标序列表中排名第二的待巡航点坐标作为终点，构建多条待定巡航路线，多条待定巡航路线中每条待定巡航路线均将多个待巡航点坐标串联。
32.具体地，计算每个待巡航点坐标和起始巡航点坐标的距离，然后将多个待巡航点坐标按距离由远至近生成待巡航点坐标序列表，然后路线构建单元摘取其中排名第二的待巡航点坐标作为终点，以起始巡航点坐标为起点生成多条待定巡航路线，每条待定巡航路线所经过的待巡航点坐标存在至少一个先后顺序不同，且多条待定巡航路线中每条待定巡航路线均将多个待巡航点坐标串联，即每个待巡航点坐标在待定巡航路线中仅经过一次，由此，可以得到多条长度不一的待定巡航路线；且，每次巡航由于无人机所停的位置不同，因此每次巡航的起点不同，相应的终点也不同，进而，每次巡航的待定巡航路线也不同；并且，待定巡航路线中的待巡航点坐标也包含了起点，因此，提升了待定巡航路线的生成数量，并且，能够对起点附近的区域以及起点附近的待巡航点坐标所对应的区域进行重点巡查；偏好获取模块，用于获取当前所在的节气，根据节气和过往历史数据生成巡航偏好；筛选发送模块，用于根据巡航偏好在多条待定巡航路线中筛选出巡航路线发送给无人机。
33.得到多条长度不一的待定巡航路线后，偏好获取模块通过时间进程获取当前时间信息，进而得到当前所在的节气，然后根据当前所在的节气和过往历史数据生成巡航偏好。
34.具体地，巡航偏好包括日常巡航、过渡巡航和风险巡航，偏好获取模块包括：第一查询单元、第二查询单元、计算单元和匹配单元，其中，第一查询单元用于查询过往历史数据中以往相同的节气期间无人机的过往巡航次数；第二查询单元，用于查询过往历史数据中以往相同的节气期间的过往安全隐患数量；过往历史数据在历史数据库中查询得到，例如，当前的节气为清明，则在历史数据库中查询以往的清明节气期间，无人机的巡航次数n，安全隐患数量y；在一次巡航过程中，无人机采集到的具有相同定位标签的图像信息存在安全隐患时，记为存在一个安全隐患；即使，相同定位标签的多个图像信息均被分析存在安全隐患，也仅记为一个；计算单元用于根据过往安全隐患数量和过往巡航次数计算得到历史安全隐患频率；具体地，将安全隐患数量y与巡航次数n的比值作为历史安全隐患频率a，匹配单元用于根据历史安全隐患频率匹配得到巡航偏好，举例而言，在一实施例中，预先设定有第一预设值和第二预设值，第一预设值小于第二预设值，当查询得到某一节气的历史安全隐患频率a低于第一预设值，则该节气的巡航偏好为日常巡航；当某一节气的历史安全隐患频率a位于第一预设值和第二预设值之间，则该节气的巡航偏好为过渡巡航；当某一节气的历史安全
隐患频率a高于第二预设值，则该节气的巡航偏好为风险巡航；从而实现巡航偏好的生成。
35.当巡航偏好为风险巡航，则匹配多条待定巡航路线中最长的路线作为巡航路线；当巡航偏好为过渡巡航，则计算各条待定巡航路线的长度，取其中最接近所有待定巡航路线长度的平均值的路线作为巡航路线；当巡航偏好为日常巡航，则匹配多条待定巡航路线中最短的路线作为巡航路线；进而，通过不同的巡航路线，可以从不同的角度进入各个定位模块的预设范围，进而拍摄到不同区域的图像信息。
36.上述的无人智能船航行于河道，其用于根据巡航路线中的多个采集位置信息采集水质要素信息、泥沙信息以及河床断面信息，具体地，可以采用水文测量船多任务水质监测无人船，其集成自动舵技术、远距离无线通讯技术、多传感器集成与数据融合技术等多种先进技术，根据不同的测量要求在其上自由搭载gnss接收机、三轴陀螺、测深仪等多种高精度传感设备，系统根据巡航路线中各待巡航点坐标匹配到河道坐标，然后将各河道坐标按所对应的各待巡航点坐标在巡逻路线中的顺序发送给无人智能船，无人智能船按照该顺序依次到达各待巡航点坐标所对应的到河道坐标，进行水质要素信息、泥沙信息以及河床断面信息的数据采集。在系统中，预先建立有各待巡航点坐标河道坐标之间的映射表，便于实时调用。
37.本技术还提供一种水利工程数据采集方法，参照图3，包括：s1、获取无人机当前位置；s2、根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线；s3、获取当前所在的节气，根据节气和过往历史数据生成巡航偏好；s4、根据巡航偏好在多条待定巡航路线中筛选出巡航路线发送给无人机，无人机在接收巡航路线后，根据巡航路线巡航。
38.参照图4，根据无人机当前位置和多个采集装置的位置信息生成多条待定巡航路线，包括：s21、将多个采集装置中距离无人机当前位置最近的采集装置的位置信息作为起始位置信息；s22、根据起始位置信息生成起始巡航点坐标；s23、根据多个采集装置的位置信息生成多个待巡航点坐标；获取多个待巡航点坐标与起始巡航点坐标之间的距离，并按距离由远至近生成待巡航点坐标序列表；s24、以起始巡航点坐标为起点，以待巡航点坐标序列表中排名第二的待巡航点坐标作为终点，构建多条待定巡航路线，多条待定巡航路线中每条待定巡航路线均将多个待巡航点坐标串联。
39.关于水利工程数据采集系统的具体限定可以参见上文中对于水利工程数据采集方法的限定，在此不再赘述。上述水利工程数据采集方法的各个步骤可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。
40.此处描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专用asic（专用集成电路）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用
或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
41.这些计算程序（也称作程序、软件、软件应用、或者代码）包括可编程处理器的机器指令，并且可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。如本文使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置（例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置（pld）），包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
42.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，crt（阴极射线管）或者lcd（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。
43.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（lan）、广域网（wan）和互联网。
44.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
45.上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。