一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置及监测方法与流程

本发明涉及一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置及监测方法，属于水面蒸发量监测技术领域。

背景技术：

水文要素是构成某一地点或区域在某一时间的水文情势的主要因素，是描述水文情势的主要物理量，是用来描述水运动的计量手段，也是反应河湖水文情势变化的主要尺度。水文要素可以通过水文测验、观测和计算等取得数据。其中水面蒸发量是表征一个地区蒸发能力的参数，水面蒸发是水循环过程中的一个重要环节，是水文研究中的一个重要课题。它是水库、湖泊等水体水量损失的主要部分，也是研究陆面蒸发的基本参证资料，在水资源评价、水文模型确定、水利水电工程和用水量较大的工矿企业规划设计和管理都需要水面蒸发资料。水面蒸发观测工作，就是为了探索水体的水面蒸发及蒸发能力在不同地区和时间上的变化规律。现有技术中的水面蒸发自动监测一般采用间接法，有的是称量水体质量，有的是采用非接触量取水位，有的是采用长连通器远距离自动观测，但是均存在观测数值精确度低的缺陷。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置，用以解决现有技术中的水面蒸发自动监测装置存在的检测数据精度低的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置，包括底部与蒸发器连通的水柱箱和用于检测水面下降高度的自动监测机构，所述水柱箱为透明材质且顶部开口，所述水柱箱内的液面顶部放置漂浮物；

所述自动监测机构包括轴线与水柱箱轴线平行的立柱和滑动安装在立柱上的箱体，所述箱体上安装摄像机、控制器和动力驱动元件，所述摄像机和动力驱动元件均与控制器电连接，所述摄像机用于对漂浮物进行录制视频，所述控制器包括图像提取模块、图像处理模块和数值比对模块，所述图像提取模块用于对摄像机录制的视频进行图像提取，所述图像处理模块用于对图像提取模块获得的图像进行处理得出图像中漂浮物的面积，所述数值比对模块用于将图像处理模块得到的面积值与预设面积值进行比对得出动作信号，所述动力驱动元件由控制器控制驱动箱体沿立柱做升降运动；

还包括用于读取箱体下降距离的读数机构，所述读数机构与控制器电连接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述水柱箱顶部安装封盖，所述封盖设置为截面为倒三角形状，所述封盖倾斜底面设置若干个透气孔。

进一步，所述箱体与立柱安装的一面设置两个燕尾导向块，所述立柱上设置与燕尾导向块滑动配合的燕尾槽，还包括导向杆和导向块，所述导向块安装在箱体上，所述导向杆竖直安装在地面上且轴线与立柱平行，所述导向杆穿过导向块滑动安装。

进一步，所述读数机构包括第一联动齿轮、第二联动齿轮、第三联动齿轮和被动齿轮，所述动力驱动元件采用直流电机，所述第一联动齿轮的大齿轮与电机齿轮啮合，第一联动齿轮的小齿轮与第二联动齿轮的大齿轮啮合，第二联动齿轮的小齿轮与第三联动齿轮的大齿轮啮合，所述第三联动齿轮的小齿轮与被动齿轮啮合，被动齿轮与立柱上的齿条啮合安装，所述第一联动齿轮、第二联动齿轮和第三联动齿轮的尺寸规格相同，且大齿轮和小齿轮的齿数比均为10:1，所述第一联动齿轮、第二联动齿轮、第三联动齿轮和被动齿轮均通过中心轴转动安装在箱体两侧壁上，所述箱体侧壁上安装用于检测第一联动齿轮转动圈数的齿轮圈数计数器，所述齿轮圈数计数器与控制器电信号连接。

进一步，所述第一联动齿轮转动一圈对应箱体下降的距离为0.1mm，所述第二联动齿轮转动一圈对应箱体下降的距离为1mm，所述第三联动齿轮转动一圈对应箱体下降的距离为10mm，所述被动齿轮转动一圈对应箱体下降的距离为100mm。

一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置的监测方法，该方法步骤为：s1:校准：调节摄像机的高度，使摄像头与漂浮物处于同一水平面上，控制器提取并处理得到漂浮物图像的预设面积值为smin；

s2：提取实时漂浮物面积值：摄像头拍摄漂浮物的实时录像并传输至控制器，控制器的图像提取模块对录像中的实时图像进行提取；

s3：漂浮物图像处理：控制器的图像处理模块对提取的实时图像进行处理得出漂浮物的实时面积s实；

s4：数值比对：控制器的数值比对模块将实时面积s实与预设面积值smin进行对比，如果s实＞smin，则控制器给出信号驱动电机动作，驱动读数机构沿立柱做下降运动，同时对第一联动齿轮的圈数进行记录并传输至控制器进行存储，直至s实＝smin，电机停止动作；如果s实＝smin，电机无动作。

进一步，所述图像提取模块的处理方法为：对获取的实时图像先进行边缘检测，对边缘检测完成的图像进行灰度转换，然后对灰度转换后的图像进行去噪处理，然后根据灰度值大小识别漂浮物。

进一步，所述图像处理模块获取实时面积的方法为：对图像提取模块得到的漂浮物图像利用像素个数进行计算，得出漂浮物的实时面积s实，计算出s实/镜头总面积的值＝c实,然后计算出摄像头与漂浮物处于同一水平面时漂浮物的图像面积smin/镜头总面积的值＝cmin，比较c实与cmin的大小，如果c实＞cmin，则控制器给出信号驱动电机动作，驱动读数机构沿立柱做下降运动，同时对第一联动齿轮的圈数进行记录并传输至控制器进行存储，直至c实＝cmin，电机停止动作；如果c实＝cmin，电机无动作。

进一步，所述控制器还包括显示屏，所述显示屏用于显示读数机构获取的数值。

进一步，所述控制器还包括wifi发射模块，所述wifi发射模块用于将读数机构获取的数据发射至远程手机终端。

本发明的有益效果是：通过采用与蒸发器连通的水柱箱，实现水柱箱与蒸发器内的液位处于同一水平面上，更加方便检测；通过将水柱箱顶部开口，并设置封盖，透气不透水，既能保持水柱箱内的液位与蒸发器保持同步蒸发，又能防止雨水等进入而影响检测数据的精确性；通过设置自动监测机构，在水柱箱内的液面放置漂浮物，借助摄像机获取漂浮物的图像，通过图像提取和处理以及数值比对，判断漂浮物与摄像机的摄像头是否处于同一水平面，如果漂浮物低于摄像头，则控制器发出信号给电机驱动读数机构沿立柱向下运动直至摄像头与漂浮物处于同一水平面，通过读数机构检测下降距离，通过设置读数机构，借助第一联动齿轮、第二联动齿轮、第三联动齿轮和被动齿轮之间的啮合关系以及尺寸大小关系，有利于将下降距离放大转化为第一联动齿轮的圈数，提高了检测精确度；通过设置箱体的燕尾导向块与立柱的燕尾槽的滑动配合，为箱体的升降运动进行导向，有利于提高箱体运行的稳定性；通过设置显示屏和wifi模块，便于观测数据结果和远程查询数据，方便快捷。

附图说明

图1为本发明使用状态主视图；

图2为自动监测机构的俯视图；

图3为自动监测机构的立体图一；

图4为自动监测机构的立体图二；

图5为封盖的剖面示意图；

图6为自动监测机构的检测方法流程图。

图中1.蒸发器，2.水柱箱，3.立柱，4.齿条，5.电机，6.控制器，7.摄像机，8.封盖，9.漂浮物，10.被动齿轮，11.第三联动齿轮，12.第二联动齿轮，13.第一联动齿轮，14.箱体，15.燕尾导向块，16.摄像头，17.齿轮圈数计数器，18.导向杆，19.导向块，81.透气孔，82.倾斜底面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置，包括底部与e-601型蒸发器1连通的水柱箱2和用于检测水面下降高度的自动监测机构，通过采用与蒸发器1连通的水柱箱2，实现水柱箱2与蒸发器1内的液位处于同一水平面上，更加方便检测，所述水柱箱2为透明材质且顶部开口，通过将水柱箱2顶部开口，并设置封盖8，透气不透水，既能保持水柱箱2内的液位与蒸发器1保持同步蒸发，又能防止雨水等进入而影响检测数据的精确性；所述水柱箱2内的液面顶部放置漂浮物9，所述水柱箱2顶部安装封盖8，所述封盖8设置为截面为倒三角形状，所述封盖8的倾斜底面82设置若干个透气孔81；

所述自动监测机构包括轴线与水柱箱2轴线平行的立柱3和滑动安装在立柱3上的箱体14，此处立柱3的高度不低于水柱箱2的高度，且立柱3的底部与水柱箱2的底部处于同一水平面上，所述箱体14上安装摄像机7、控制器6和动力驱动元件，所述摄像机7和动力驱动元件均与控制器6电连接，所述摄像机7用于对漂浮物9进行录制视频，所述控制器6包括图像提取模块、图像处理模块和数值比对模块，所述图像提取模块用于对摄像机7录制的视频进行图像提取，所述图像处理模块用于对图像提取模块获得的图像进行处理得出图像中漂浮物9的面积，所述数值比对模块用于将图像处理模块得到的面积值与预设面积值进行比对得出动作信号，所述动力驱动元件由控制器6控制驱动箱体14沿立柱3做升降运动，所述箱体14与立柱3安装的一面设置两个燕尾导向块15，所述立柱3上设置与燕尾导向块15滑动配合的燕尾槽，还包括导向杆18和导向块19，所述导向块19安装在箱体14上，所述导向杆18竖直安装在地面上且轴线与立柱3平行，所述导向杆18穿过导向块19滑动安装，通过设置箱体14的燕尾导向块15与立柱3的燕尾槽的滑动配合，为箱体14的升降运动进行导向，有利于提高箱体14运行的稳定性；

还包括用于读取箱体14下降距离的读数机构，所述读数机构与控制器6电连接，所述读数机构包括第一联动齿轮13、第二联动齿轮12、第三联动齿轮11和被动齿轮10，所述动力驱动元件采用直流电机5，所述第一联动齿轮13的大齿轮与电机齿轮啮合，第一联动齿轮13的小齿轮与第二联动齿轮12的大齿轮啮合，第二联动齿轮12的小齿轮与第三联动齿轮11的大齿轮啮合，所述第三联动齿轮11的小齿轮与被动齿轮10啮合，被动齿轮10与立柱3上的齿条4啮合安装，所述第一联动齿轮13、第二联动齿轮12和第三联动齿轮11的尺寸规格相同，且大齿轮和小齿轮的齿数比均为10:1，所述第一联动齿轮13、第二联动齿轮12、第三联动齿轮11和被动齿轮10均通过中心轴转动安装在箱体14两侧壁上，所述箱体14侧壁上安装用于检测第一联动齿轮13转动圈数的齿轮圈数计数器17，所述齿轮圈数计数器17与控制器6电信号连接；通过设置自动监测机构，在水柱箱2内的液面放置漂浮物9，借助摄像机7获取漂浮物9的图像，通过图像提取和处理以及数值比对，判断漂浮物9与摄像机7的摄像头16是否处于同一水平面，如果漂浮物9低于摄像头16，则控制器6发出信号给电机5驱动读数机构沿立柱3向下运动直至摄像头16与漂浮物9处于同一水平面，通过读数机构检测下降距离。

所述第一联动齿轮13转动一圈对应箱体14下降的距离为0.1mm，所述第二联动齿轮12转动一圈对应箱体14下降的距离为1mm，所述第三联动齿轮11转动一圈对应箱体14下降的距离为10mm，所述被动齿轮10转动一圈对应箱体14下降的距离为100mm，通过设置读数机构，借助第一联动齿轮13、第二联动齿轮12、第三联动齿轮11和被动齿轮10之间的啮合关系以及尺寸大小关系，有利于将下降距离放大转化为第一联动齿轮13的圈数，提高了检测精确度。

一种基于图像解析的水面蒸发自动监测装置的监测方法，该方法步骤为：s1:校准：调节摄像机7的高度，使摄像头16与漂浮物9处于同一水平面上，控制器6提取并处理得到漂浮物9图像的预设面积值为smin；

s2：提取实时漂浮物9面积值：摄像头拍摄漂浮物9的实时录像并传输至控制器6，控制器6的图像提取模块对录像中的实时图像进行提取，所述图像提取模块的处理方法为：对获取的实时图像先进行边缘检测，对边缘检测完成的图像进行灰度转换，然后对灰度转换后的图像进行去噪处理，然后根据灰度值大小识别漂浮物9；

s3：漂浮物9图像处理：控制器6的图像处理模块对提取的实时图像进行处理得出漂浮物9的实时面积s实；

s4：数值比对：控制器6的数值比对模块将实时面积s实与预设面积值smin进行对比，如果s实＞smin，则控制器6给出信号驱动电机5动作，驱动读数机构沿立柱3做下降运动，同时对第一联动齿轮13的圈数进行记录并传输至控制器6进行存储，直至s实＝smin，电机5停止动作；如果s实＝smin，电机5无动作；所述图像处理模块获取实时面积的另一种方法：对图像提取模块得到的漂浮物9图像利用像素个数进行计算，得出漂浮物9的实时面积s实，计算出s实/镜头总面积的值＝c实,然后计算出摄像头16与漂浮物9处于同一水平面时漂浮物9的图像面积smin/镜头总面积的值＝cmin，比较c实与cmin的大小，如果c实＞cmin，则控制器6给出信号驱动电机动作，驱动读数机构沿立柱3做下降运动，同时对第一联动齿轮13的圈数进行记录并传输至控制器6进行存储，直至c实＝cmin，电机5停止动作；如果c实＝cmin，电机5无动作。

所述控制器6还包括显示屏，所述显示屏用于显示读数机构获取的数值，所述控制器6还包括wifi发射模块，所述wifi发射模块用于将读数机构获取的数据发射至远程手机终端；通过设置显示屏和wifi模块，便于观测数据结果和远程查询数据，方便快捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。