应用于山溪性河流流速测量的柔索悬吊机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种针对传统浮标监控系统提出的应用于山溪性河流流速测量的柔索悬吊机器人，主要是利用柔索悬吊机器人的摄像机标定方法来改善传统浮标法缺点，采用视频监控技术对河流中的天然漂浮物或人工浮标进行监视，并用立体几何和摄影测量学原理，建立图像与实际水面坐标的转换模型对漂浮物进行精确跟踪，确定浮标的位置，进而计算出流速。
【背景技术】
[0002]我国江河众多，地形复杂，降雨时空分布不均，频繁发生的洪涝灾害一直是经济社会发展的一个重要制约因素。但从近年来我国洪涝灾害的特点看，灾害损失的内涵和影响发生了较大变化，山洪灾害占了较大的比重。随着山丘区域经济的发展和社会的进步，山洪灾害造成的危害愈来愈严重，损失也愈来愈大。山洪灾害已经成为当前全国防洪减灾工作中的突出问题。在山溪性河流中，由于洪水突发性强、含沙量高，汇流时间短，暴涨暴落，无法直接照搬已往针对一般河流的水文自动测报系统。目前，在山溪性河流中，水文测报系统还处于手工测量、手工分析、人工报送的相对较落后状况。本发明以实际工程需求为背景，利用柔索悬吊机器人的摄像机标定方法，通过实时分析、研究河流表面漂浮物的运动，得出河流表面的运动速度。无论是对于自动化测量技术的提高，还是对山溪性河流的防洪减灾，都很有现实意义，并且对各个学科的进步有着较大的促进作用，极大的促进了各个学科的融合。
【发明内容】
[0003]针对以上的这些问题，本发明主要致力于提供一种利用柔索悬吊机器人做一个基于图像处理的山溪性河流流速测量系统
本机器人主要利用柔索悬吊机器人的摄像机标定方法采用视频监控技术改善传统浮标监控系统的固有缺点，做到山溪性河流流速测量准确、实时、人工干预少。针对现行山溪性河流测量中存在的问题，引出基于图像处理的山溪性河流流速测量的必要性和预期到达的目标。利用摄像机的标定方法及针孔摄像机模型，进行参数的标定。针对山溪性河流的特点及实时性的要求，采用连续帧间差分法对水面上的运动漂浮物进行分析。最后运用卡尔曼预测跟踪法原理，针对实验室搭建的山溪性河流的模拟平台及基于位置和面积信息的目标跟踪方法，对多个水面漂浮物体的运动轨迹进行分析，结合浮标系数和空间分辨率，得出平均流速。
【附图说明】
[0004]图1为三平移自由度柔索悬吊机器人；
图2为柔索并联机器人的几何模型；
图3为山溪性河流流速测量柔索悬吊机器人的示意图。
[0005]
【具体实施方式】
[0006]下面结合附图对本发明进一步说明
图1为该发明系统所用柔索悬吊机器人的结构模型，在该机器人系统中，主要包括柔索控制盒、柔索、立柱及末端传感器。其中传感器根据用户所要监测的量进行选择，柔索由柔索控制盒发出，通过立柱上的滑轮导入工作空间，并与末端传感器相连，通过柔索控制盒收放柔索来控制末端传感器的位置。机器人有四根立柱，每根立柱上装有两个滑轮，通过滑轮将两根柔索导入工作空间。并且这两根柔索、及其与滑轮的两个连接点之间的连线、与末端传感器的两个连接点之间的连线共同构成了一个平行四边形。
[0007]图2为机器人系统的几何模型。首先是设计其线路框架即一种能够进行3平移自由度运动的柔索悬吊机器人结构；其次，建立系统的几何模型(图中pi，p2，p3，p4为四根立柱)，并在末端执行器上以建立一个空间坐标x-y-z，进而基于平移及几何分析得到机器人运动学的解析解;接着将两根相互平行的柔索的张力和作为一个变量对柔索内张力分布进行优化;通过上下两根平行柔索的内张力之间的关系对柔索进行控制。
[0008]图3为山溪性河流流速测量柔索悬吊机器人的示意图，机器人四个支架固定在山溪性河流的岸边，机器人的末端执行器搭载着一个全景摄像头。在水面上24小时不间断的实时监测多个浮标物体的运动，获取其运动的图像信息，把图像信息实时传回PC，在基于位置和面积信息的目标跟踪方法处理并经过对图像实时处理，计算出河流平均流速。
【主权项】
1.应用于山溪性河流流速测量的柔索悬吊机器人的构成包括以下几个部分:(1)柔索控制盒；(2)柔索；(3)立柱；(4)末端执行器(搭载着摄像头)其特征在于，通过对末端执行器(搭载的摄像头)在水面上24小时不间断运动，不断获取河流中浮标运动物的图像信息;然后把图像信息实时传回PC;经过对图像实时处理，最后通过计算得出河流流速。2.根据权利要求1所述，四根立柱需固定在山溪性河流的河岸两边;末端执行器必须24小时实时的在水域上方监测获取浮标运动物体的图像信息。3.根据权利要求1所述，同一立柱上的两根柔索需是平行的；每一根立柱上的两柔索之间的间距需相同。
【专利摘要】本发明是一种应用于山溪性河流流速测量的柔索悬吊机器人，该机器人的四个支柱可根据实时情况需要进行调整。机器人的末端搭载摄像机必须能实现全景拍摄，在河流的水面上方不间断的巡逻，24小时不间断实时监测水面上浮标运动物体，由此准确地测量出水位、流速、流量等数据，实时对山溪性河流的防洪减灾做出预警。由于以手工测量为主的方式往往并不能及时、准确地测量出水位、流速、流量等数据，因此装置比起人工监测，增强了应对自然灾害的能力。
【IPC分类】H04N7/18, G01C13/00
【公开号】CN105450988
【申请号】CN201510773809
【发明人】梁艳阳, 刘宏伟, 胡长友
【申请人】西南科技大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月13日