[發(fā)明專利]一種全天候在線視頻測(cè)流系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910772617.8
• 申請(qǐng)日: 2019-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN110530441B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張振;梁崇正;周揚(yáng);劉海韻;李華寶;朱佳彬;鐘勇志;祝朋元;李金澤;林煜濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/708
• 分類號(hào): G01F1/708;G01F15/18;H04N5/232
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發(fā)明公開了一種全天候在線視頻測(cè)流系統(tǒng)，包括攝像測(cè)量裝置、網(wǎng)絡(luò)?電源設(shè)備、水尺、水尺補(bǔ)光燈、水面補(bǔ)光燈和視頻處理工控機(jī)，水尺布設(shè)于攝像測(cè)量裝置同側(cè)的測(cè)量斷面下游視場(chǎng)內(nèi)，水尺補(bǔ)光燈布設(shè)于監(jiān)控立桿上，調(diào)整水尺補(bǔ)光燈的照射角使得水尺補(bǔ)光燈的有效光照區(qū)域覆蓋完整的水尺量程，水面補(bǔ)光燈布設(shè)于攝像測(cè)量裝置的對(duì)岸，調(diào)整水面補(bǔ)光燈的照射角和發(fā)散角使得水面補(bǔ)光燈的有效光照區(qū)域覆蓋測(cè)量斷面，攝像測(cè)量裝置架設(shè)于監(jiān)控立桿上且攝像測(cè)量裝置位于測(cè)量斷面上方，監(jiān)控立桿設(shè)于一個(gè)河岸上，并且本發(fā)明還公開了確定攝像測(cè)量裝置的位置的步驟。本發(fā)明具有易于布設(shè)、操作安全、測(cè)量高效、多要素監(jiān)測(cè)、全天候適宜、低成本及易升級(jí)等有益效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文測(cè)流技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全天候在線視頻測(cè)流系統(tǒng)。

背景技術(shù)

天然河道與人工渠道中的水流監(jiān)測(cè)是山洪地質(zhì)災(zāi)害防治非工程措施的重要組成部分。然而高洪期的河道水流流速快、含沙量高、漂浮雜物多，極易造成儀器損毀并威脅人身安全，加之天然河流復(fù)雜的紊動(dòng)特性難以利用點(diǎn)流速測(cè)量技術(shù)快速獲取或代價(jià)很高，導(dǎo)致流速儀法等傳統(tǒng)接觸式測(cè)流方案無(wú)法開展布置或儀器不能正常施測(cè)。近年來(lái)，非接觸式測(cè)流技術(shù)在傳感器及嵌入式技術(shù)的推動(dòng)下取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。基于聲學(xué)、光學(xué)及雷達(dá)的測(cè)流儀器顯著提高了水文測(cè)驗(yàn)及水利量測(cè)的效率及安全性。但相對(duì)成熟的聲學(xué)法及雷達(dá)法在高洪期河道水流監(jiān)測(cè)中仍然存在測(cè)驗(yàn)適宜性弱、精度穩(wěn)定性低、施測(cè)安全性差以及測(cè)量結(jié)果不直觀等問(wèn)題。如聲學(xué)多普勒流速儀不適宜高含沙量水流，且高洪期采用動(dòng)船施測(cè)危險(xiǎn)性大。雷達(dá)流速儀需借助橋梁或懸臂支架安裝于水面上方，對(duì)安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求較高；僅能測(cè)量表面單點(diǎn)平均流速，流量估計(jì)在很大程度上依賴于測(cè)點(diǎn)的代表性和水力學(xué)模型的精確性，一般適用于斷面規(guī)整的人工渠道，而對(duì)于地形復(fù)雜的天然河流斷面則難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化測(cè)量。此外，由于聲波和電磁波無(wú)法均采用人眼直觀地觀測(cè)和檢驗(yàn)，難以評(píng)判現(xiàn)場(chǎng)工作狀況和測(cè)量結(jié)果的有效性。

近年來(lái)水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)正逐漸成為河流、水庫(kù)、灌區(qū)、閘壩等水文觀測(cè)站的標(biāo)準(zhǔn)配置，為基于視頻圖像的測(cè)流系統(tǒng)的構(gòu)建提供了有利條件。以大尺度粒子圖像測(cè)速(Large-Scale Particle Image Velocimetry，LSPIV)為代表的河流水面成像測(cè)速法能夠以自然光為光源，以植物碎片、泡沫、細(xì)小波紋等天然漂浮物及水面模式為水流示蹤物，通過(guò)圖像分析估計(jì)示蹤物在圖像序列中的運(yùn)動(dòng)矢量，進(jìn)而獲得表面水流的速度矢量場(chǎng)，是實(shí)驗(yàn)室中定量流動(dòng)顯示技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的延伸。由于具有非接觸式全場(chǎng)流速測(cè)量的特點(diǎn)，在高洪期等極端施測(cè)條件下河流流量監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

然而，現(xiàn)有系統(tǒng)仍未克服全天候在線測(cè)量的技術(shù)難題，表現(xiàn)為：(1)高洪期暴雨在攝像機(jī)鏡頭前形成水霧，導(dǎo)致成像模糊無(wú)法施測(cè)；(2)夜間環(huán)境光照不足，目前主要采用人工向水面投放夜光浮標(biāo)或增設(shè)和攝像機(jī)同側(cè)的光源進(jìn)行補(bǔ)光，由于浮標(biāo)成本和投放難度高、無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，而同側(cè)光在水面的后向散射微弱、補(bǔ)光效率極低；(3)需要外接水位計(jì)獲取水位參數(shù)，用于水面流場(chǎng)定標(biāo)和斷面流量計(jì)算，系統(tǒng)集成復(fù)雜；(4)河流水面的攝像測(cè)量依賴于兩岸布設(shè)的像控點(diǎn)，用于建立像平面和水平面間的坐標(biāo)映射關(guān)系，而其可見性、布設(shè)數(shù)量及勘測(cè)精度易受大尺度河流現(xiàn)場(chǎng)施測(cè)環(huán)境的影響，使得系統(tǒng)安裝及調(diào)試的安全性和復(fù)雜度大大提高而限制了技術(shù)的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種全天候在線視頻測(cè)流系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的“成像模糊無(wú)法施測(cè)”、“夜間補(bǔ)光效率低”、“需要外接水位計(jì)”、“攝像測(cè)量依賴于兩岸的像控點(diǎn)”等技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的全天候在線視頻測(cè)流系統(tǒng)，包括攝像測(cè)量裝置、網(wǎng)絡(luò)-電源設(shè)備、水尺、水尺補(bǔ)光燈、水面補(bǔ)光燈和視頻處理工控機(jī)，水尺布設(shè)于攝像測(cè)量裝置同側(cè)的測(cè)量斷面下游視場(chǎng)內(nèi)，水尺補(bǔ)光燈布設(shè)于監(jiān)控立桿上，調(diào)整水尺補(bǔ)光燈的照射角使得水尺補(bǔ)光燈的有效光照區(qū)域覆蓋完整的水尺量程，水面補(bǔ)光燈布設(shè)于攝像測(cè)量裝置的對(duì)岸，調(diào)整水面補(bǔ)光燈的照射角和發(fā)散角使得水面補(bǔ)光燈的有效光照區(qū)域覆蓋測(cè)量斷面，攝像測(cè)量裝置架設(shè)于監(jiān)控立桿上且攝像測(cè)量裝置位于測(cè)量斷面上方，監(jiān)控立桿設(shè)于一個(gè)河岸上，攝像測(cè)量裝置包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，攝像測(cè)量裝置的位置通過(guò)以下步驟確定：