本发明属于水利信息技术领域。具体涉及一种水利信息集约采集设备。通过摄像头设备配合特征水尺,采集水尺图像信息,同时通过DSP芯片对转化的数字信号,并采取字符识别技术对信息进行智能识别,读取和存储水位信息,继而通过写入DSP芯片的多种引用场景下的水位流量关系,计算相应的流量值,并输出相应的水位流量信息，同时设备中将预留外部接口,以输入摄像头应用场景及相关计算涉及的参数。该发明所涉及的技术领域包括图像信息处理、图像识别、水位流量计算模型等技术,该设备具有高适应性和高扩展性特点,可方便实现不同环境下的水位流量实时监测,监测数值精度和格式符合相关水文信息监测站点建设数据输出标准要求,可与应用系统进行无缝对接,解决数据兼容性问题。
背景技术：
传统水文信息采集均采取单独的监测探测技术进行单一信息采集,而水文信息的多样化特点决定了要想对同一区域水文要素信息采集完整,需要多套相应的信息采集设备,这一情况不仅加大了数据整合的难度,也降低了数据的准确度,因而,集约采集水文信息,对于解决这一问题是非常重要的。
集约采集设备是水文信息采集领域的趋势。水位流量监控摄像头涉及到图像传感器技术、图像识别技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术,将这些新技术合理应用,开发适应性强、易实现、效果明显的水位流量监控摄像头设备成为我们解决水文信息集约采集的主要手段。
技术实现要素：
本发明的目的在于一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，设备通过图像识别特征水位结合水位流量关系模型，求解特定环境下的水位和流量。
本发明采用以下技术方案：一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，包括通过图像采集设备即摄像头采集固定于环境下的红白图案特征水尺的图像信息,所采集图像信息通过摄像头内的coms芯片将图像模拟信号转化为数字信号,通过对摄像头内的DSP芯片写入相应的数字信息识别程序和水位流量关系模型，数字信息识别程序主要是针对水尺的数字信息进行特征信息识别,将水尺图像信息读取出水尺的读数,而水位流量关系模型则通过建立环境下的水位流量计算模型，应用读取的水位信息值以及相应环境参数信息,计算相应的流量；DSP芯片预留外部输入接口，以供外部输入水位流量关系模型的计算参数；
所述摄像头包括：水尺、光学单元、COMS芯片、DSP芯片以及数据输出模块，水尺采用红白标准刻度作为图像识别标的特征，以此增加凸显识别的准确度,光学单元主要作为图像采集工具,COMS芯片主要负责将采集到的图像转换为数字数据,以便对其进行分析与识别；DSP芯片则作为设备大脑,通过写入的智能识别程序对数字信号进行智能识别,读取读数,结合芯片中的水位流量模型计算水位流量值，同时在DSP芯片中将预留外部输入接口，以供录入参数，而输出模块则负责将观测与计算结果对外输出。
本发明设备各个组成部分的设计方式均可进行程序的自定义开发,以适应不同的监测条件下的水位与流量,大大提高了设备的可适应性,降低设备推广难度。
进一步，一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，所述DSP芯片写入程序的实现工作方式,即智能识别水尺读数和水位流量模型；智能识别主要步骤分为图像二值化、字符分割、字符识别；水尺本身只有二色,故而经过自动COMS芯片解析其灰度后,自动可生成一副二值图;字符分割包括从图像中分割出字符区域和把字符区域划分成单个字符两个部分；根据图像特点,采用分割方法是等距分割；字符识别就是把处理后的图片还原回字符文本的过程；由于水尺图像具有明显的图像特征,故采用模板匹配法识别。
进一步，一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，识别过程是先获取字符的特征码,即在每个字符的边界内,按行（或列）扫描该图片，检测其中的每个像素点,如果像素为白色则为0,如果像素为黑色则为1，将这些0和1连起来组成的字符串就构成了该字符图片的特征码；然后使用分类算法对特征码进行分类,打上相应的类标签；得到了待识别字符的特征码后,使用相似性度量和字符库中的字符的特征码进行比较；将该字符识别为与其特征码相似性最高的字符；水位流量模型即在DSP芯片中嵌入渠道流量计算公式，通过识别的水位数据,以及渠道的参数信息，结合计算公式计算渠道流量值。
进一步，一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，水位流量关系模型流量计算公式
本发明公式实现简单高效,操作直观易懂,相比传统检测设备一参数一设备的模式,该设备做到单一数据采集设备多参数集约采输出,大大降低站点建设的成本,具有现实的推广价值。
附图说明
图1为灌溉系统硬件设计图；
图中标号：（1）是特征水尺、（2）是摄像头、（3）是COMS芯片、（4）是DSP芯片、（4a）是智能识别系统、（4b）是水位流量模型、（5）是外部输入模块、（6）是通信模块。
图2为水位流量关系模型流量计算公式，图中标号：Q:渠道设计流量(单位m3/s);V:渠道平均流速(单位m/s);A:渠道过水断面积(单位m2),;C:谢才系数(单位m0.5/s);R:水利半径(单位m);i:渠底比降(由外部输入);n:渠道糙率系数(渠道参数根据实际情况由外部输入);b:底宽(渠道参数根据实际测量结果由外部输入,单位m);m:边坡系数(渠道参数根据实际情况由外部输入);h:水深(单位m);P:湿周(单位m)。
具体实施方式
本发明采用以下技术方案：一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，包括通过图像采集设备即摄像头（2）采集固定于环境下的红白图案特征水尺（1）的图像信息,所采集图像信息通过摄像头内的coms芯片（3）将图像模拟信号转化为数字信号,通过对摄像头内的DSP芯片（4）写入相应的数字信息识别程序（4a）和水位流量关系模型（4b）,数字信息识别程序主要是针对水尺的数字信息进行特征信息识别,将水尺图像信息读取出水尺的读数,而水位流量关系模型则通过建立环境下的水位流量计算模型,应用读取的水位信息值以及相应环境参数信息,计算相应的流量;DSP芯片预留外部输入接口（5），以供外部输入水位流量关系模型的计算参数；
所述摄像头包括：水尺、光学单元、COMS芯片、DSP芯片以及数据输出模块，水尺采用红白标准刻度作为图像识别标的特征，以此增加凸显识别的准确度,光学单元主要作为图像采集工具,COMS芯片主要负责将采集到的图像转换为数字数据,以便对其进行分析与识别；DSP芯片则作为设备大脑,通过写入的智能识别程序对数字信号进行智能识别,读取读数,结合芯片中的水位流量模型计算水位流量值，同时在DSP芯片中将预留外部输入接口，以供录入参数，而输出模块则负责将观测与计算结果对外输出。
设备各个组成部分的设计方式均可进行程序的自定义开发,以适应不同的监测条件下的水位与流量,大大提高了设备的可适应性,降低设备推广难度。
具体的，一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，所述DSP芯片写入程序的实现工作方式,即智能识别水尺读数和水位流量模型；智能识别主要步骤分为图像二值化、字符分割、字符识别；水尺本身只有二色,故而经过自动COMS芯片解析其灰度后,自动可生成一副二值图;字符分割包括从图像中分割出字符区域和把字符区域划分成单个字符两个部分；根据图像特点,采用分割方法是等距分割；字符识别就是把处理后的图片还原回字符文本的过程；由于水尺图像具有明显的图像特征,故采用模板匹配法识别。
具体的，一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，识别过程是先获取字符的特征码,即在每个字符的边界内,按行（或列）扫描该图片,检测其中的每个像素点,如果像素为白色则为0,如果像素为黑色则为1,将这些0和1连起来组成的字符串就构成了该字符图片的特征码；然后使用分类算法对特征码进行分类,打上相应的类标签；得到了待识别字符的特征码后,使用相似性度量和字符库中的字符的特征码进行比较；将该字符识别为与其特征码相似性最高的字符；水位流量模型即在DSP芯片中嵌入渠道流量计算公式，通过识别的水位数据,以及渠道的参数信息，结合计算公式计算渠道流量值。
具体的，一种嵌入水位流量计算模型的智能监控摄像机，水位流量关系模型流量计算公式
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。