CN106094872A - 一种基于无人机的污水暗排口检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无人机的污水暗排口检测方法及系统，所述方法包括：控制无人机在观测区域进行巡回监测，实时拍摄区域红外图像并记录拍摄图像时所对应的无人机的拍摄位置；提取所述区域红外图像的图像特征并结合异质水体的红外图像特征以识别污水暗排口可疑点；对污水暗排口可疑点进行定点红外拍摄并对所拍摄的红外图像进行处理，对污水暗排口可疑点进行确认。本发明提供的基于无人机的污水暗排口检测方法检测精度高，可实现小尺度上污水暗排口的快速、准确检测。
Description
技术领域
本发明涉及环境检测领域，特别涉及一种基于无人机的污水暗排口检测方法及系统。
背景技术
近年来，环保问题日益严重，其中水污染现象尤为突出。污水处理和排放问题也越发尖锐，对于污水处理厂的污水处理和排放过程控制也越来越引起更多人的重视。目前，污水偷排现象十分严重，存在很多隐蔽的污水暗排口。
现有的环境监测技术中，其往往通过工作人员定期监测排放源，以识别其是否存在污染现象。但工作人员检测过程中，其往往难以获得原始数据，从而不能实现对水体污染源的正确判断；同时，由于污染的扩散性，违法排放进入河流的污水很容易被稀释，传统的监测点很难测出偷排的污水，也很难准确判断具体的污水暗排口；现有的环境监测方法也需要大量的人力、物力来进行大规模采样，成本高。
目前亟需一种简单精确的污水暗排口检测手段。
发明内容
针对以上问题，本发明专利目的在于设计了一种基于无人机的污水暗排口检测方法及系统，检测精度高，可实现小尺度上污水暗排口的快速、准确检测。
水温是评估水体污染的常用指标之一，热红外遥感技术对于污水暗排口检测是一种可行的并且灵敏度较高的方法。发明基于红外检测技术进行污水暗排口的检测。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种基于无人机的污水暗排口检测方法，包括如下步骤：
步骤S1、控制无人机在观测区域进行巡回监测，实时拍摄区域红外图像并记录拍摄图像时所对应的无人机的拍摄位置。
步骤S2、提取所述区域红外图像的图像特征并结合异质水体的红外图像特征以识别污水暗排口可疑点；异质水体区域的热红外图像会呈现类似圆形的中心辐射状特征，当某观测区域所述区域红外图像呈现类似圆形的中心辐射状特征时，则判断该区域为污水暗排口可疑点。
步骤S3、对污水暗排口可疑点进行定点红外拍摄并对所拍摄的红外图像进行处理，对污水暗排口可疑点进行确认；对所拍摄的红外图像进行处理，作出温度频数直方图，并根据所述温度频数直方图的形状确认污水暗排口可疑点是否存在污水暗排口；若存在污水暗排口，所述温度频数直方图的形状呈现出从低温到高温逐渐下降的左偏分布趋势；若不存在污水暗排口，所述温度频数直方图的形状是正态分布。
进一步，本发明所述对污水暗排口可疑点进行定点红外拍摄时，无人机至少悬停5秒，以拍摄完整的红外图像。
本发明还提供一种基于无人机的污水暗排口检测系统，包括：
无人机，用于在观测区域进行巡回监测；
飞行控制单元，用于控制无人机飞行操作；
图像采集单元，用于实时采集观测区域的区域红外图像以及定点拍摄污水暗排口可疑点的红外图像；
图像处理单元，用于对污水暗排口可疑点的红外图像信息进行处理并作出温度频数直方图；
判断单元，用于根据所述区域红外图像的图像特征判断是否存在污水暗排口可疑点以及根据所述温度频数直方图对污水暗排口可疑点进行确认。
进一步，本发明所述图像采集单元采用高精度红外测温成像镜头。
本发明提供的一种基于无人机的污水暗排口检测方法及系统与现有技术相比具有以下优点：
(1)检测精度高，可实现小尺度上污水暗排口的快速、准确检测；
(2)不受时间与空间的限制，可避免企业事先对暗排放口进行隐蔽处理，从而获得真实监测结果。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是本发明一种基于无人机的污水暗排口检测方法的流程图；
图2是本发明一种基于无人机的污水暗排口检测系统的模块图；
图3是本发明实施例一排污前后水面热红外图像；
图4是本发明实施例一排污前后水面热红外图像温度频数分布直方图；
图5是本发明实施例一模拟污水暗排口排污时热红外图像动态变化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出了本发明提供一种基于无人机的污水暗排口检测方法，请参阅图1，包括如下步骤：
步骤S1、控制无人机在观测区域进行巡回监测，实时拍摄区域红外图像并记录拍摄图像时所对应的无人机的拍摄位置。
步骤S2、提取所述区域红外图像的图像特征并结合异质水体的红外图像特征以识别污水暗排口可疑点。具体的，异质水体区域的热红外图像会呈现类似圆形的中心辐射状特征，当某观测区域所述区域红外图像呈现类似圆形的中心辐射状特征时，则判断该区域为污水暗排口可疑点。
步骤S3、对污水暗排口可疑点进行定点红外拍摄并对所拍摄的红外图像进行处理，对污水暗排口可疑点进行确认。具体的，对所拍摄的红外图像进行处理，作出温度频数直方图，并根据所述温度频数直方图的形状确认污水暗排口可疑点是否存在污水暗排口；若存在污水暗排口，所述温度频数直方图的形状呈现出从低温到高温逐渐下降的左偏分布趋势；若不存在污水暗排口，所述温度频数直方图的形状是正态分布。具体方式为飞机悬停在可疑暗排口上空5到10米，每隔10秒拍摄一次红外图像，至热红外图像高温区域边界逐渐模糊直至无异常高温区域，飞机停止拍摄并返航，取出红外图像，利用图像处理软件进行分析，并进一步确认是否存在污水暗排口。
本发明还提供一种基于无人机的污水暗排口检测系统，请参阅图2，包括：
无人机，用于在观测区域进行巡回监测；
飞行控制单元，用于控制无人机飞行操作；
图像采集单元，用于实时采集观测区域的区域红外图像以及定点拍摄污水暗排口可疑点的红外图像；所述图像采集单元采用高精度红外测温成像镜头；
图像处理单元，用于对污水暗排口可疑点的红外图像信息进行处理并作出温度频数直方图；
判断单元，用于根据所述区域红外图像的图像特征判断是否存在污水暗排口可疑点并以及根据所述温度频数直方图对污水暗排口可疑点进行确认。
实际拍摄时，通过遥控器控制飞机飞至预定作业区域，根据地面图像显示装置的实时取景情况，控制云台转动，调整拍摄角度。在最佳角度，控制红外成像仪调焦、拍摄。
具体实施例一：
本实施例采用模拟实验，模拟地点为某人工湖，无污染，当日补水口正在补水，水流方向为从东南到西北向，比较符合本专利对实施对象的要求；实验气象条件，晴，无风。
实验步骤：①选择人工湖的一小片水域，对净水水域进行拍摄；②用该水域中的水与90℃的水按一定的体积比混合，配置10升水温为37摄氏度的混合水，用来模拟真实污水暗排口中的“污水”，并将其装入一个自带水龙头的水桶；③将水桶放置高于湖面15厘米处，模拟污水暗排口；④人工操控无人机，使其停留在“污水暗排口”上空5至10米处，对焦；⑤模拟排污过程：打开水桶水龙头，模拟污水排放；与此同时，开始对“暗排口”附近水域进行连续拍摄，拍摄间隔为10s，直到“污水”全部排完，水面温度恢复原状时停止拍摄。
污水暗排口可疑点初判依据：请参阅图3，图3a表明水面温度分布均匀，图3b是同一水域红外图像，呈现椭圆形的中心辐射状，表明中心区域的温度最高，对比可初判这一区域内存在污水暗排口。
请参阅图4，利用图像处理软件进行分析，进一步确认。图4a是图3a的温度频数分布直方图，大致呈现以整幅图平均值为中心的正态分布，可确认此水域此时为净水区域。
图4b是图3b的温度频数分布直方图，呈现出从低温到高温逐渐下降的左偏分布趋势，综合上述分析，可确认此处存在污水暗排口。
拍摄持续时间的依据：总体上，依据污水排放时连续过程的热红外图像特征决定拍摄的持续时间，图5为模拟实验中随时间推移的“污水”扩散热红外图像。图5a为“排污”前净水的图像；图5b为“污水”刚刚被观测到时的图像，“污水”区域呈现以椭圆形的中心辐射状，并顺应水流出现一定偏移；图5c和图5d表明“排污口”附近温度仍然最高，扩散面积沿水流方向进一步扩大，但随着“污水”的扩散，高温区的边界变得模糊；图5e为“排污”停止时的热红外图像，此时“污水”区域温度比周围的周围水域略高；图5f为停止排放一段时间后的热红外图像，其特征与排放前相似。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于无人机的污水暗排口检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、控制无人机在观测区域进行巡回监测，实时拍摄区域红外图像并记录拍摄图像时所对应的无人机的拍摄位置；
步骤S2、提取所述区域红外图像的图像特征并结合异质水体的红外图像特征以识别污水暗排口可疑点；
步骤S3、对污水暗排口可疑点进行定点红外拍摄并对所拍摄的红外图像进行处理，对污水暗排口可疑点进行确认。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的污水暗排口检测方法，其特征在于，所述提取所述区域红外图像的图像特征并结合异质水体的红外图像特征以识别污水暗排口可疑点，进一步包括：
所述异质水体区域的热红外图像会呈现类似圆形的中心辐射状特征，当某观测区域所述区域红外图像呈现类似圆形的中心辐射状特征时，则判断该区域为污水暗排口可疑点。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的污水暗排口检测方法，其特征在于，所述对所拍摄的红外图像进行处理，对污水暗排口可疑点进行确认，进一步包括：
对所拍摄的红外图像进行处理，作出温度频数直方图，并根据所述温度频数直方图的形状确认污水暗排口可疑点是否存在污水暗排口。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的污水暗排口检测方法，其特征在于，所述根据所述温度频数直方图的形状确认污水暗排口可疑点是否存在污水暗排口，进一步包括：
若存在污水暗排口，所述温度频数直方图的形状呈现出从低温到高温逐渐下降的左偏分布趋势；
若不存在污水暗排口，所述温度频数直方图的形状是正态分布。
5.根据权利要求1所述的基于无人机的污水暗排口检测方法，其特征在于，所述对污水暗排口可疑点进行定点红外拍摄时，无人机悬停时间为至少5秒。
6.一种基于无人机的污水暗排口检测系统，其特征在于，包括：
无人机，用于在观测区域进行巡回监测；
飞行控制单元，用于控制无人机飞行操作；
图像采集单元，用于实时采集观测区域的区域红外图像以及定点拍摄污水暗排口可疑点的红外图像；
图像处理单元，用于对污水暗排口可疑点的红外图像信息进行处理并作出温度频数直方图；
判断单元，用于根据所述区域红外图像的图像特征判断是否存在污水暗排口可疑点，以及根据所述温度频数直方图对污水暗排口可疑点进行确认。
7.根据权利要求6所述的基于无人机的污水暗排口检测系统，其特征在于，所述图像采集单元采用高精度红外测温成像镜头。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161109 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |