專利名稱：水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水位、水質(zhì)測量的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水位是江、河、湖、海水勢變化的標(biāo)志，是重要的水情參數(shù)，水位測量的真實性和精度直接關(guān)系到防洪、發(fā)電及灌溉等方方面面。在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，水位采集系統(tǒng)甚至仍然采用傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表和人工讀數(shù)記錄的方式。即便采用了數(shù)字化儀表，水情數(shù)據(jù)的實時傳輸仍然存在一些問題，如傳統(tǒng)的撥號或?qū)＞€等有線接入方式不易安裝在大面積水域，同時具有安裝工程量大、維護(hù)不便等缺點(diǎn)；無線通信方式中，常見的超短波通信傳輸距離較近，且容易受干擾；如果采用衛(wèi)星通信，則需要投入巨大的成本。水質(zhì)參數(shù)描述了水體的質(zhì)量，由于工業(yè)化制造產(chǎn)生的大量廢液和農(nóng)業(yè)化學(xué)藥劑的使用，導(dǎo)致水污染的不斷加劇，采用及時、有效、準(zhǔn)確的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠快速的作出處理對策，對于減排、治污有著重要的意義。因而需要一套集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時傳輸和遠(yuǎn)程控制的方便、實用的解決方案。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、適于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和時傳輸國內(nèi)的水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)，包括垂直設(shè)于水中的管道、活動設(shè)于該管道中且密度小于水的球形浮子、設(shè)于管道頂端的用于拍攝所述球形浮子的水位攝像機(jī)、設(shè)于所述管道一側(cè)用于獲取水質(zhì)灰度識別用圖像的水質(zhì)攝像機(jī)；所述水位攝像機(jī)和水質(zhì)攝像機(jī)分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連，所述中央處理單元還連接有用于現(xiàn)場實時顯示水質(zhì)狀況的數(shù)碼管電路。所述中央處理單元通過一 RS232接口與一計算機(jī)相連，該計算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)與一遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。進(jìn)一步，所述水位攝像機(jī)的鏡頭與所述管道同中心軸設(shè)置，以減小測量誤差。進(jìn)一步，所述球形浮子為標(biāo)準(zhǔn)圓球體，以避免給測量造成額外的誤差。進(jìn)一步，所述水質(zhì)攝像機(jī)的一側(cè)設(shè)有光源，以利于提高亮度，確保測量準(zhǔn)確性。本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實用新型的水位測量基本原理根據(jù)物體在眼中的成像原理，東西越遠(yuǎn)，看著就越小，對于攝像機(jī)、照相機(jī)拍攝的視頻、圖片，同樣是如此。那么，將一個浮子放在水面上，將攝像機(jī)固定在水面上方某個位置垂直向下拍攝浮子。隨著水位的上下變化，浮子也會上下移動，繼而與攝像機(jī)的相對距離也發(fā)生了變化，這種變化在所拍的視頻圖像中體現(xiàn)為浮子所占畫面面積大小的變化。因此，通過計算圖像中浮子面積的大小，可以判斷出浮子與攝像機(jī)的相對距離，由于攝像機(jī)位置是固定的，因而可換算出水位。(2)本實用新型的水質(zhì)測量基本原理當(dāng)水體采樣圖像灰度值(亮度值)越小時，可認(rèn)為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測時，可以通過對水體總體灰度的計算得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論。測量原理為將拍攝器拍攝的水體圖像和原先保存的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行比較，從而精確地測定水質(zhì)。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為實施例中的水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例中的水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)的電路框圖。
具體實施方式
見圖1-2，本實施例的水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)，包括垂直設(shè)于水中的管道2、活動設(shè)于該管道2中且密度小于水的球形浮子1、設(shè)于管道2頂端的用于拍攝所述球形浮子1的水位攝像機(jī)3、設(shè)于所述管道2 —側(cè)用于獲取水質(zhì)灰度識別用圖像的水質(zhì)攝像機(jī)4 ；所述水位攝像機(jī)3和水質(zhì)攝像機(jī)4分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連，所述中央處理單元還連接有用于現(xiàn)場實時顯示水質(zhì)狀況的數(shù)碼管電路。所述中央處理單元通過一 RS232接口與一計算機(jī)相連， 該計算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)與一遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。所述水位攝像機(jī)3的鏡頭與所述管道2同中心軸設(shè)置。所述球形浮子1為標(biāo)準(zhǔn)圓球體。所述水質(zhì)攝像機(jī)4的一側(cè)設(shè)有光源。球形浮子1采用白色或類白色的輕質(zhì)圓球，球體360度全對稱的特點(diǎn)可以確保浮子任意翻轉(zhuǎn)運(yùn)動而不影響到其在視頻畫面上的形態(tài)和大小，同時輕質(zhì)的球體密度遠(yuǎn)小于水，其至少一半的體積在水面之上，可以讓攝像機(jī)拍攝到整個球的截面積。外套深色PVC 管，可以限制浮球的活動范圍，利于拍攝。攝像機(jī)四周布設(shè)紅外led光源照射浮球，由于浮球和套管的顏色區(qū)別較大，浮球及其輪廓可明顯被識別出來，為后期處理提供了方便。水位攝像機(jī)3和水面的距離與所攝浮球的面積并不呈線性關(guān)系，而是一個由陡變緩的曲線，即浮球距攝像機(jī)越近，相同的水位變化，浮球面積變化越大。因而該水位測量方法的精度也是不恒定的，在測量范圍較小時才能保證合適的精度，故適用于水位變化不大的水域(如流動性不大的湖泊，高度有限的蓄水池)。在實際使用中，加大管徑和浮球直徑，同時提高攝像機(jī)像素，并加上一些誤差修正手段，可以獲得更高的測量精度和更大的量程。當(dāng)然，使用這種方法事先需獲得攝像機(jī)的位置參數(shù)，同時需建立水位和對應(yīng)像素面積的數(shù)據(jù)庫，在各標(biāo)定數(shù)據(jù)間的水位可采用一定算法進(jìn)行計算以獲得。本實施例的水質(zhì)檢測方法，采用機(jī)器視覺的手段測量渾濁度、污染物、COD等指標(biāo)， 該方法的原理為將拍攝器拍攝的水體圖像和原先保存的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行比較，從而精確地測定水質(zhì)。與所述中央處理單元采用FPGA，采用標(biāo)準(zhǔn)PAL視頻的攝像頭采集圖像，光源為高功率紅外發(fā)光二極管陣列，視頻A/D模塊和視頻D/A模塊分別選擇NXP SAA7114和 SAA7121。在數(shù)據(jù)輸出方面，現(xiàn)場可通過四位數(shù)碼管顯示水位和水質(zhì)狀況，同時還設(shè)計了通信模塊，以供數(shù)據(jù)的對外發(fā)送。 水質(zhì)攝像頭采集到的動態(tài)模擬視頻，采用CVBS方式傳輸?shù)揭曨lA/D模塊，由其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的ITU. 656數(shù)字視頻流，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)從數(shù)字視頻流中抓取有效圖像并作處理，以得出水位參考值或水質(zhì)參考值，并將該值通過通信模塊經(jīng)由RS232接口輸出。視頻D/A模塊和監(jiān)視器用于安裝和調(diào)試時的畫面監(jiān)控，四位數(shù)碼管可現(xiàn)場顯示水位參考值或水質(zhì)參考值。
權(quán)利要求1.一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括垂直設(shè)于水中的管道(2)、活動設(shè)于該管道(2)中且密度小于水的球形浮子(1)、設(shè)于管道(2)頂端的用于拍攝所述球形浮子 (1)的水位攝像機(jī)(3)、設(shè)于所述管道(2) —側(cè)用于獲取水質(zhì)灰度識別用圖像的水質(zhì)攝像機(jī) (4)；所述水位攝像機(jī)(3)和水質(zhì)攝像機(jī)(4)分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連，所述中央處理單元還連接有用于現(xiàn)場實時顯示水質(zhì)狀況的數(shù)碼管電路；所述中央處理單元通過一 RS232接口與一計算機(jī)相連，該計算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)與一遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述水位攝像機(jī)(3)的鏡頭與所述管道(2)同中心軸設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述球形浮子(1) 為標(biāo)準(zhǔn)圓球體。
專利摘要本實用新型涉及一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)于管道中的浮子、用于拍攝所述球形浮子的水位攝像機(jī)和水質(zhì)攝像機(jī)；水位、水質(zhì)攝像機(jī)分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連。所述中央處理單元通過RS232接口與一工作站計算機(jī)相連，該計算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。水位測量基本原理根據(jù)物體在眼中的成像原理，東西越遠(yuǎn)，看著就越小，對于攝像機(jī)、照相機(jī)拍攝的視頻、圖片，同樣是如此。水質(zhì)測量基本原理當(dāng)水體采樣圖像灰度值(亮度值)越小時，可認(rèn)為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測時，可以通過對水體總體灰度的計算得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論。
文檔編號G01F23/64GK202284965SQ20112040413
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者莊華, 施文, 施海燕, 沈婷婷 申請人:常州工學(xué)院