[發明專利]一種全天候在線視頻測流系統

有效

• 申請號: 201910772617.8
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110530441B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 張振;梁崇正;周揚;劉海韻;李華寶;朱佳彬;鐘勇志;祝朋元;李金澤;林煜濤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01F1/708
• 分類號: G01F1/708;G01F15/18;H04N5/232
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

1.一種全天候在線視頻測流系統，其特征在于：包括攝像測量裝置、網絡-電源設備、水尺、水尺補光燈、水面補光燈和視頻處理工控機，水尺布設于攝像測量裝置同側的測量斷面下游視場內，水尺補光燈布設于監控立桿上，調整水尺補光燈的照射角使得水尺補光燈的有效光照區域覆蓋完整的水尺量程，水面補光燈布設于攝像測量裝置的對岸，調整水面補光燈的照射角和發散角使得水面補光燈的有效光照區域覆蓋測量斷面，攝像測量裝置架設于監控立桿上且攝像測量裝置位于測量斷面上方，監控立桿設于一個河岸上，攝像測量裝置包括網絡攝像機，攝像測量裝置的位置通過以下步驟確定：

1)：根據網絡攝像機中圖像傳感器的尺寸和鏡頭的焦距得到垂直視場角θ；

2)：根據測量斷面的地形和最高水位確定最大河寬D；

3)：設定網絡攝像機的垂直視場覆蓋最大河寬時的俯仰角α的初值；

4)：根據式(1)計算攝像測量裝置到監控立桿所在河岸的水平距離d以及攝像測量裝置距離最高水位線的高程H：

5)：判斷d和H是否滿足現場布設條件：如果滿足，則結束；否則，修改α的值，然后返回步驟4)；

所述攝像測量裝置包括VPN路由器、網絡繼電器、雨刮器、無線同步開關發射機、網絡攝像機、姿態測量模塊、恒溫裝置和AC-DC轉換器；

所述姿態測量模塊包括姿態傳感器、串口服務器和DC-DC轉換器，所述姿態傳感器和網絡攝像機的安裝平面平行，通過集成檢校獲得兩者在俯仰和橫滾方向的偏心角；所述恒溫裝置的AC 24V電源正極、AC-DC轉換器的AC 24V電源正極、雨刮器的AC 24V電源正極均連接網絡-電源設備中的防雷保護器，VPN路由器具有四個局域網端口和一個廣域網端口，VPN路由器的第一局域網端口連接網絡攝像機，VPN路由器的第二局域網端口連接網絡繼電器，VPN路由器的第三局域網端口連接串口服務器，VPN路由器的第四局域網端口連接網絡-電源設備中的防雷保護器，網絡繼電器包括三個單刀單擲繼電器，其中第一單刀單擲繼電器的公共端連接AC-DC轉換器的DC 12V電源負極，第一單刀單擲繼電器的常開端連接水尺補光燈的DC 12V電源負極，水尺補光燈的DC 12V電源正極、無線同步開關發射機的DC 12V電源正極、網絡攝像機的DC 12V電源正極、VPN路由器的DC 12V電源正極均連接AC-DC轉換器的DC 12V電源正極，第二單刀單擲繼電器的公共端和常開端分別連接雨刮器的兩根控制線，第三單刀單擲繼電器的公共端和常開端分別連接無線同步開關發射機的兩根控制線，姿態傳感器通過串口連接串口服務器，DC-DC轉換器將AC-DC轉換器輸出的直流12V電源轉換為直流3.3V電源給姿態傳感器和串口服務器供電；

所述視頻處理工控機包括視頻測流軟件和VPN客戶端軟件，視頻測流軟件的測流過程為：

S1：設置網絡攝像機、網絡繼電器和串口服務器的IP地址及端口號，建立視頻處理工控機與攝像測量裝置的網絡連接；

S2：從視頻測流軟件的輸入控件讀入測量的起始時間和結束時間、測量間隔、測量時長，從攝像測量裝置的配置文件中讀入攝像測量裝置的參數，包括網絡攝像機的內參、畸變系數、橫滾偏心角、俯仰偏心角、斷面起點距和相對水位零點高程；

S3：設置一個軟件定時器，在測量時段的前10秒開啟水尺補光燈和水面補光燈，測量時段的后10秒關閉水尺補光燈和水面補光燈；

S4：從姿態測量模塊讀取姿態傳感器實測的俯仰角和橫滾角，根據橫滾偏心角和俯仰偏心角將讀取的姿態測量模塊的俯仰角和橫滾角轉換成網絡攝像機的實際姿態；

S5：按測量時間檢索存儲在網絡攝像機內部的視頻文件并下載；

S6：對視頻文件進行解碼并依次捕獲圖像序列；

S7：根據讀入的網絡攝像機內參和畸變系數對每幀圖像的非線性畸變進行校正；

S8：處理畸變校正圖像序列，檢測水尺水位線讀數并換算成水位值；

S9：處理畸變校正圖像序列，根據預設的測速網格分析各測點的運動矢量，并通過網絡攝像機的姿態、位置和水位對水面流場進行定標，得到斷面方向的表面時均流速場；

S10：根據斷面地形、水位和表面時均流速場計算斷面流量；

S11：將測量時間、水位、流速、流量的測量數據寫入到日期對應的文本文件中，并在視頻測流軟件的顯示界面進行顯示。