CN106230951A - 一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，包括智能巡查终端、巡查服务器和水位测量模块，三个模块的内部均设有北斗通信模块；巡查服务器与智能巡查终端、水位测量模块通过北斗通信模块进行双向通信，北斗通信模块与北斗导航定位系统无线连接。本发明充分利用北斗导航通信覆盖范围广、方便廉价的特点为水位数据报送至服务器提供很好的通信方式，解决了野外信号差、手机网络费用较高的问题；水位巡查系统的智能性可以自动获取水位数据，自动获取的水位数据可以与人工查询的数据进行对比，可以有效防止巡查人员作弊的问题；并对水位数据进行加密处理可以有效防止水位数据被篡改的问题，可以有效保证水位智能巡查系统的稳定运行。

Description

一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统

技术领域

本发明涉及水位巡查系统，具体是一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统。

背景技术

随着水位测试技术的发展，已有各种各样的水位自动测试装置被应用于中央级报讯站或水文观测站，水位自动测试装置的使用大大减少了以往人工观测劳动强度大，效率低，水位数据获取不精确的问题，然而，水位自动测试装置一般安装在人烟稀少、环境恶劣的地方，这会导致两方面的问题：第一，设备易出故障、需要定期检修、需要人工定期巡查等问题，由于巡查路线遥远、自然条件较差，巡查人员极有可能存在巡查作弊行为；第二，水位测试装置安装地点比较偏僻，距离信号基站较远，信号较差，数据传输容易出现问题，而且数据量较大时，传统的GPRS传输费用较高。

发明内容

为了解决现有水位巡查系统中存在的问题，本发明提供了一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，应用于有水位巡查任务的水位观测站，充分利用北斗导航通信覆盖范围广、方便廉价的特点为水位数据报送至服务器提供很好的通信方式，解决了野外信号差、手机网络费用较高的问题；水位巡查系统的智能性可以自动获取水位数据，自动获取的水位数据可以与人工查询的数据进行对比，可以有效防止巡查人员作弊的问题；并对水位数据进行加密处理可以有效防止水位数据被篡改的问题，可以有效保证水位智能巡查系统的稳定运行。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，包括智能巡查终端、巡查服务器和水位测量模块，三个模块的内部均设有北斗通信模块；

巡查服务器与智能巡查终端、水位测量模块通过北斗通信模块进行双向通信，北斗通信模块与北斗导航定位系统无线连接；

所述智能巡查终端，用于识别包含地理位置信息的二维码、验证巡查人员的身份、定位巡查人员的位置、测量水位、接收巡查服务器发送的警报信息、向巡查服务器发送信息并对信息进行加密处理，接收来自巡查服务器的信息；

所述巡查服务器，用于存储来自智能巡查终端上传的数据以及水位测量模块上传的水位信息数据，并对数据进行解密处理，将数据与服务器中预设的数据进行对比，判定巡查任务是否存在作弊行为、水位测量模块是否出现问题需要修理；

水位测量模块，用于自动测量河道水位。

所述北斗通信模块用于巡查服务端与智能巡查终端之间进行数据通信的模块，该模块采用北斗通信技术，通过发送短报文的方式将数据从发送端发送到接收端。短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站；地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户；接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。

所述智能巡查终端包括：

二维码识别模块，用于扫描识别二维码信息，二维码信息包含水位巡查点地理位置的数据信息；

指纹识别模块，用于识别巡查人员的指纹信息；将采集到的指纹信息上传至巡查服务器做指纹对比，通过指纹对比，验证巡查人员的身份信息；

北斗定位模块，用于获取水位巡查人员在巡查地点的实时地理位置信息，并经过加密后上传至巡查服务器；

超声波水位传感模块，用于巡查人员采集巡查地点的实时水位数据，并经过加密后上传至巡查服务器；

数据加密模块，用于对与其连接的模块传输的数据进行加密处理；具体是将数据信息作为明文输入，经过加密处理，输出就为密文，这就是数据加密的过程，加密过程中用到的密码算法称为加密算法，加密算法可以是RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC等，这些算法都是非对称加密中使用的算法。在巡查服务器端生成一对密钥，并将公钥向智能巡查终端公开，得到公钥的智能巡查终端将实时数据信息加密后发送给巡查服务器端，巡查服务器端再用其专用密钥（私钥）解密由对应的公钥加密后的数据信息，只有对应的私有密钥才能解密；

北斗通信模块，用于与巡查服务器进行数据通信；

警报模块，接收巡查服务器发送的警报信息；

所述数据加密模块与二维码识别模块、指纹识别模块、北斗定位模块、超声波水位传感模块、北斗通信模块连接，北斗通信模块与警报模块连接。

所述巡查服务器包括：

数据存储模块，用于存储智能巡查终端、以及水位测量模块上传的数据；

数据对比模块，用于将接收到的数据与巡查服务器中预设的数据进行对比；

警报发送模块，用于向智能巡查终端发送警报信息，当巡查服务器检测到巡查人员地理位置异常、或巡查位置水位异常、或巡查人员身份异常时，警报发送模块向智能巡查终端发送警报信息，触发智能巡查终端的报警模块；

数据解密模块，用于对与其连接的模块传输的数据进行解密处理；智能巡查终端对上传的数据加密采用巡查服务器端公开的公钥加密，数据解密模块利用公钥对应的私钥对上传的加密数据进行解密。

北斗通信模块，用于与智能巡查终端、水位测量模块进行数据通信；

所述数据解密模块与数据存储模块、数据对比模块、北斗通信模块连接，北斗通信模块与警报发送模块连接。

所述数据对比模块包括：指纹对比模块、水位数据对比模块、地理位置对比模块；

指纹对比模块，用于对比指纹图像数据，将智能巡查终端中的指纹识别模块采集的巡查人员指纹与服务器中预存的巡查人员指纹进行对比，根据指纹纹路在图案、断点和交叉点上的特征，比较两个指纹是否相同；

水位数据对比模块，用于对比水位数据，将水位测量模块测量的水位数据、智能巡查终端采集的水位数据以及巡查服务器中预设的水位范围进行对比；

地理位置对比模块，用于对比地理位置数据，将智能巡查终端中的北斗定位模块采集的巡查人员的地理位置信息与服务器中预设的巡查人员地理位置信息进行对比。

所述指纹对比识别方法包括三个步骤：

首先，对指纹图像进行预处理；

其次，提取特征值并形成特征值模板；

最后，指纹特征值比对；比对的过程是将当前取得的指纹特征值集合与事先存储的指纹特征值模板进行匹配，判定的标准是特征值的相似程度，特征值取得越多，误判的机率越小，指纹识别的性能识别参数主要有正确率CR、误识率FAR、拒识率FRR，计算公式为：

FAR=不该识别而识别的次数/匹配总次数；

FRR=该识别而没有识别的次数/匹配总次数；

CR=1-FAR-FRR；

CR大于或等于90%以上被判定为指纹识别成功，CR小于90%被判定为指纹识别失败。

所述地理位置对比的方法如下：

在BLH大地坐标系下，巡查服务器中存储了巡查人员预设的巡查位置坐标P0，P0由预设位置的经度B0，维度L0，高度H0组成，P0=f(B0，L0，H0)；当巡查人员进入巡查位置之后，通过北斗定位模块获取巡查人员的实时位置P1，P1由预设位置的经度B1，维度L1，高度H1组成，P1=f(B1，L1，H1)；获取实时位置P1后，计算出预设位置与实时位置的偏移比Φ：

Φ=(|P1-P0|)/P0 x 100%；

当偏移比大于5%时，确定巡查人员偏移出巡查区域范围内，巡查服务器向智能巡查终端的自动报警模块发出警报信息，提醒巡查人员注意巡查位置；当偏移比小于或等于5%，巡查任务正常进行。

所述水位测量模块包括：

二维码模块，包含巡查地点的地理位置信息的二维码标识，巡查人员到达巡查地点后，通过智能巡查终端扫描二维码，扫描完成后将二维码信息上传至巡查服务器；

水位条码模块，用于计算水位的标记，水位条码被印刷在河坝上、水中的板子上或者水中建的水泥柱子上；

红外摄像模块，通过红外摄像头拍摄读取露出水面的水位，数据读取后会发送给水位计算模块；

水位计算模块，接收红外摄像模块发送的数据，并计算出实时水位；

数据加密模块，用于将水位计算模块计算出的实时水位数据信息进行加密处理；

北斗通信模块，用于发送水位数据，水位数据计算出来后，通过北斗通信模块发送至巡查服务器；

所述水位条码模块、红外摄像模块、水位计算模块、数据加密模块、北斗通信模块依次连接。

所述水位计算模块计算实时水位的方法是，通过红外摄像头获取露出水面的水位成像长度A，由于A在图像上的长度和相机的位置关系很大，需要严格的校准来计算A在物理三维空间距离，为了减少相机校准的问题，在水位条码模块上有倒三角的平行直线条码，平行直线条码之间的等间距可以事先预设为固定值B，有条码之间的等间距固定值B作为参考，获取了A的成像距离，物理空间的距离可以被计算出来，根据计算出的水面上的实际的水位长度以及平行直线条码与基准线所成的角度α，再进一步可以计算出实际水位X，具体计算过程如下所示：

假设成像后，露出水面的水位成像有两个部分，分别为A1、A2，对应的成像长度为a1、a2；把A分为均等的两半，求取水位成像长度的一半，设为a，也就是说有一条垂直的线沿着X上去到顶与其他斜条码顶部对齐，平行直线条码成像为平行直线条纹，条纹之间的平均成像间距为b；

第一步，计算水位成像长度的一半：

a = (a1+ a2) / 2 （1）

第二步，计算出成像距离与实际距离的比例，再乘以A的成像长度，即可得到A的实际长度，

A = (B/b) * a 　 （2）

第三步，根据实际水位与露出水面上的水位的关系计算出实际水位：

X = (A/2) * tan(α) 　 （3）

根据（1）、（2）、（3），得出

X = (B/b) * ((a1+a2)/2 ) * tan(α) （4）

通过（4）式可以计算出实时的水位，计算出实时水位数据后首先通过数据加密模块进行加密，然后通过北斗通信模块上传至巡查服务器。

所述水位数据加密模块用于将水位计算模块计算出的实时水位数据信息进行加密处理，采集到的实时数据信息作为明文输入，经过加密处理，输出就为密文，这就是数据加密的过程，加密过程中用到的密码算法称为加密算法，加密算法可以是RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC等，这些算法都是非对称加密中使用的算法。在巡查服务器端生成一对密钥，并将公钥向智能巡查终端公开，得到公钥的智能巡查终端将实时数据信息加密后发送给巡查服务器端，巡查服务器端再用其专用密钥（私钥）解密由对应的公钥加密后的数据信息，只有对应的私有密钥才能解密。

综上所述，本发明的有益效果是：

1、在巡查任务开始之前，对巡查人员的指纹进行对比识别，有效的预防了巡查人员之间替代巡查的作弊行为。

2、巡查人员上传实时巡查位置，通过将实时位置与预设地址、进行对比，确保巡查人员在预设的地点完成了巡查任务，有效防止巡查过程中出现作弊行为。

3、巡查人员上传的水位数据进行加密处理并上传至服务器，服务器解密后将水位测量模块采集的水位数据、巡查人员采集的水位数据以及正常的水位范围做数据对比，可以有效判定巡查人员是否有作弊行为、水位测量模块是否出现故障。

4、系统的数据发送与接受采用北斗导航通信覆盖范围广、方便廉价的特点为水位数据报送至服务器提供很好的通信方式，解决了野外信号差、手机网络费用较高的问题。

附图说明

图1为本发明基于北斗导航通信的水位智能巡查系统的结构示意图。

图2为图1中智能巡查终端结构示意图。

图3为图1中巡查服务器结构示意图。

图4为图2中巡查服务器的数据对比模块结构示意图。

图5为图1中水位测量模块结构示意图。

图6为实施例水位计算模块计算实时水位的方法示意图。

其中：1.巡查服务器 2.智能巡查终端 3.水位测量模块

11. 数据存储模块 12. 数据对比模块 13.警报发送模块 14. 数据解密模块 15. 北斗通信模块 121. 指纹对比模块 122.水位数据对比模块 123. 地理位置对比模块

21.二维码识别模块 22.超声波水位传感模块 23.北斗定位模块 24.指纹识别模块25.警报模块 26.数据加密模块 27.北斗通信模块

31.二维码模块 32.水位条码模块 33.红外摄像模块 34.水位计算模块 35. 数据加密模块 36. 北斗通信模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明内容作进一步的详述，但不是对本发明的限制。

实施例：

参照图1，一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，包括:

智能巡查终端2、巡查服务器1和水位测量模块3，三个模块的内部均设有北斗通信模块；巡查服务器1与智能巡查终端2、水位测量模块3通过北斗通信模块进行双向通信，北斗通信模块与北斗导航定位系统无线连接；

所述智能巡查终端2，用于识别包含地理位置信息的二维码、验证巡查人员的身份、定位巡查人员的位置、测量水位、接收巡查服务器1发送的警报信息、向巡查服务器1发送信息并对信息进行加密处理，接收来自巡查服务器1的信息；

所述巡查服务器1，用于存储来自智能巡查终端2上传的数据以及水位测量模块3上传的水位信息数据，并对数据进行解密处理，将数据与服务器中预设的数据进行对比，判定巡查任务是否存在作弊行为、水位测量模块3是否出现问题需要修理；

水位测量模块3，用于自动测量河道水位。

参照图2，所述智能巡查终端2包括：二维码识别模块21，用于扫描识别二维码信息，二维码信息包含水位巡查点地理位置的数据信息；

指纹识别模块24，用于识别巡查人员的指纹信息；将采集到的指纹信息上传至巡查服务器做指纹对比，通过指纹对比，验证巡查人员的身份信息；

北斗定位模块23，用于获取水位巡查人员在巡查地点的实时地理位置信息，并经过加密后上传至巡查服务器；

超声波水位传感模块22，用于巡查人员采集巡查地点的实时水位数据，并经过加密后上传至巡查服务器；

数据加密模块26，用于对与其连接的模块传输的数据进行加密处理；

北斗通信模块27，用于与巡查服务器进行数据通信；

警报模块25，接收巡查服务器发送的警报信息；

所述数据加密模块26与二维码识别模块21、指纹识别模块24、北斗定位模块23、超声波水位传感模块22、北斗通信模块27连接，北斗通信模块27与警报模块25连接。

参照图3，所述巡查服务器1包括：数据存储模块11，用于存储智能巡查终端、以及水位测量模块上传的数据；

数据对比模块12，用于将接收到的数据与巡查服务器中预设的数据进行对比；

警报发送模块13，用于向智能巡查终端发送警报信息，当巡查服务器检测到巡查人员地理位置异常、或巡查位置水位异常、或巡查人员身份异常时，警报发送模块向智能巡查终端发送警报信息，触发智能巡查终端的报警模块；

数据解密模块14，用于对与其连接的模块传输的数据进行解密处理；

北斗通信模块15，用于与智能巡查终端、水位测量模块进行数据通信；

所述数据解密模块14与数据存储模块11、数据对比模块12、北斗通信模块15连接，北斗通信模块15与警报发送模块13连接。

参照图4，所述数据对比模块12包括：指纹对比模块121、水位数据对比模块122、地理位置对比模块123；

指纹对比模块121，用于对比指纹图像数据，将智能巡查终端中的指纹识别模块采集的巡查人员指纹与服务器中预存的巡查人员指纹进行对比，根据指纹纹路在图案、断点和交叉点上的特征，比较两个指纹是否相同；

水位数据对比模块122，用于对比水位数据，将水位测量模块测量的水位数据、智能巡查终端采集的水位数据以及巡查服务器中预设的水位范围进行对比；

地理位置对比模块123，用于对比地理位置数据，将智能巡查终端中的北斗定位模块采集的巡查人员的地理位置信息与服务器中预设的巡查人员地理位置信息进行对比。

参照图4，所述水位测量模块3包括：二维码模块31，包含巡查地点的地理位置信息的二维码标识，巡查人员到达巡查地点后，通过智能巡查终端扫描二维码，扫描完成后将二维码信息上传至巡查服务器；

水位条码模块32，用于计算水位的标记，水位条码被印刷在河坝上、水中的板子上或者水中建的水泥柱子上；

红外摄像模块33，通过红外摄像头拍摄读取露出水面的水位，数据读取后会发送给水位计算模块；

水位计算模块34，接收红外摄像模块发送的数据，并计算出实时水位；

数据加密模块35，用于将水位计算模块计算出的实时水位数据信息进行加密处理；

北斗通信模块36，用于发送水位数据，水位数据计算出来后，通过北斗通信模块发送至巡查服务器；

所述水位条码模块32、红外摄像模块33、水位计算模块34、数据加密模块35、北斗通信模块36依次连接。

本实施例中，首先巡查系统制定巡查计划，巡查服务器1根据巡查计划选派巡查人员在指定的时间段内到达指定的巡查地点执行巡查任务。巡查人员到达巡查地点后，通过智能巡查终端2的指纹识别模块24采集巡查人员的指纹信息，通过北斗通信模块27将指纹信息上传至巡查服务器1，巡查服务器1将上传的指纹信息与数据存储模块11中存储的预设巡查人员个人指纹信息进行比对，若对比失败，巡查服务器1向智能巡查终端2发送警报信息，触发智能巡查终端2的警报模块25，警告巡查过程存在作弊行为，若比对成功，巡查任务正常进行。

巡查人员身份验证通过后，巡查人员通过智能巡查终端2上的二维码识别模块21扫描水位测量模块3中的二维码模块31，获取巡查地点的地理位置信息，并将该地理位置信息上传至巡查服务器1，另外，智能巡查终端2的北斗定位模块23能获取巡查人员的实时地理位置，实时地理位置同样被上传至巡查服务器1。巡查服务器1将上传的二维码中包含的巡查地理位置信息以及北斗定位模块23中获取的实时地理位置信息与服务器中预设的巡查位置作对比，若发现三种地理位置信息不匹配，巡查服务器1向巡查人员的智能巡查终端2发送警报信息，触发终端的自动警报模块25；若三种地理位置信息都匹配，则巡查任务正常进行。

巡查服务器1可以从数据存储模块11中调取巡查录像，从中随机提取巡查人员的人脸图像并与预设的巡查人员图像进行对比，进一步确保是指定的巡查人员完成了巡查任务，若对比出现异常，巡查服务器1向巡查人员的智能巡查终端2发送警报信息，触发终端的自动警报模块25，巡查视频被丢弃；若对比结果无错误，视频文件被继续保存在巡查服务器1的数据存储模块11中。

在巡查过程中上传的二维码识别模块21的地理位置信息、超声波水位传感模块22采集的水位信息、北斗定位模块23中采集的实时地理位置信息、指纹识别模块24的信息在上传至服务器前都经过加密处理，服务器获取上传信息后对数据进行解密处理。

在整个智能巡查过程中，智能巡查终端2中通过超声波水位传感方法测量实时水位，而在平常的水位测量中采用水位测量模块3自动获取水位。水位计算模块34是用于计算实时水位的模块。参照图6所示：红外摄像模块33通过红外摄像获取露出水面的水位成像长度A，由于A在图像上的长度和相机的位置关系很大，需要严格的校准来计算A在物理三维空间距离。为了减少相机校准的问题，在水位条码模块32上有倒三角的平行直线条码，平行直线条码之间的等间距可以事先预设为固定值B，有条码之间的等间距固定值B作为参考，获取了A的成像距离，物理空间的距离可以被计算出来，根据计算出的水面上的实际的水位长度以及平行直线条码与基准线所成的角度α，再进一步可以计算出实际水位X，具体计算过程如下所示：

假设成像后，露出水面的水位成像有两个部分，分别为A1、A2，对应的成像长度为a1、a2；把A分为均等的两半，求取水位成像长度的一半，设为a，也就是说有一条垂直的线沿着X上去到顶与其他斜条码顶部对齐，平行直线条码成像为平行直线条纹，条纹之间的平均成像间距为b， 这里每边的条纹选取4条，形成3个间隔，两边一共有6个间隔，b为这6个条纹间的平均距离；

第一步，计算水位成像长度的一半：

a = (a1+ a2) /2 （1）

第二步，计算出成像距离与实际距离的比例，再乘以A的成像长度，即可得到A的实际长度。

A = (B/b)* a （2）

第三步，根据实际水位与露出水面上的水位的关系计算出实际水位：

X = (A/2) * tan(α) 　 （3）

根据（1）、（2）、（3），得出：

X = (B/b)* ((a1+a2)/2 ) * tan(α) （4）

通过（4）式可以计算出实时的水位，计算出实时水位数据后首先通过数据加密模块进行加密，然后通过北斗通信模块上传至巡查服务器。

智能巡查终端2中采集的数据以及水位测量模块3中采集的水位数据都要经过加密处理，加密后的数据通过北斗通信模块发送至巡查服务器1，处理的过程如下：

通过发送短报文的方式将数据从发送端发送到接收端。短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站；地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户；接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。

智能巡查终端2中的超声波水位传感模块22采集的水位数据信息以及水位测量模块3采集到的水位数据上传至巡查服务器1后，巡查服务器1通过数据对比模块12中的水位数据对比模块122对水位数据进行对比：

假设红外摄像模块33采集的水位数据为L₁，水位测量模块3采集的水位数据为L₂，河道水位的下限为L_L，河道水位的上限为L_H，若L₁≤L_L或L₁≥L_H，则可认定巡查人员存在巡查作弊行为或者智能巡查终端2出现故障，本次巡查任务失败；若L₂≤L_L或L₂≥L_H，则可认定水位测量模块出现故障，需要修理。

综上所述，本发明基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，具有以下优势：在巡查任务开始之前，对巡查人员的指纹进行对比识别，有效的预防了巡查人员之间替代巡查的作弊行为；巡查人员上传实时巡查位置，通过将实时位置与预设地址、进行对比，确保巡查人员在预设的地点完成了巡查任务，有效防止巡查过程中出现作弊行为。巡查人员上传的水位数据进行加密处理并上传至服务器，服务器解密后将水位测量模块采集的水位数据、巡查人员采集的水位数据以及正常的水位范围做数据对比，可以有效判定巡查人员是否有作弊行为、水位测量模块是否出现故障。

系统的数据发送与接受采用北斗导航定位系统，覆盖范围广、方便廉价的特点为水位数据报送至服务器提供很好的通信方式，解决了野外信号差、手机网络费用较高的问题。

Claims (8)

1.一种基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是包括:

智能巡查终端、巡查服务器和水位测量模块，三个模块的内部均设有北斗通信模块；

巡查服务器与智能巡查终端、水位测量模块通过北斗通信模块进行双向通信，北斗通信模块与北斗导航定位系统无线连接；

所述智能巡查终端，用于识别包含地理位置信息的二维码、验证巡查人员的身份、定位巡查人员的位置、测量水位、接收巡查服务器发送的警报信息、向巡查服务器发送信息并对信息进行加密处理，接收来自巡查服务器的信息；

所述巡查服务器，用于存储来自智能巡查终端上传的数据以及水位测量模块上传的水位信息数据，并对数据进行解密处理，将数据与服务器中预设的数据进行对比，判定巡查任务是否存在作弊行为、水位测量模块是否出现问题需要修理；

水位测量模块，用于自动测量河道水位。

2.根据权利要求1所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是，所述智能巡查终端包括：

二维码识别模块，用于扫描识别二维码信息，二维码信息包含水位巡查点地理位置的数据信息；

指纹识别模块，用于识别巡查人员的指纹信息；将采集到的指纹信息上传至巡查服务器做指纹对比，通过指纹对比，验证巡查人员的身份信息；

北斗定位模块，用于获取水位巡查人员在巡查地点的实时地理位置信息，并经过加密后上传至巡查服务器；

超声波水位传感模块，用于巡查人员采集巡查地点的实时水位数据，并经过加密后上传至巡查服务器；

数据加密模块，用于对与其连接的模块传输的数据进行加密处理；

北斗通信模块，用于与巡查服务器进行数据通信；

警报模块，接收巡查服务器发送的警报信息；

所述数据加密模块与二维码识别模块、指纹识别模块、北斗定位模块、超声波水位传感模块、北斗通信模块连接，北斗通信模块与警报模块连接。

3.根据权利要求1所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是，所述巡查服务器包括：

数据存储模块，用于存储智能巡查终端、以及水位测量模块上传的数据；

数据对比模块，用于将接收到的数据与巡查服务器中预设的数据进行对比；

警报发送模块，用于向智能巡查终端发送警报信息，当巡查服务器检测到巡查人员地理位置异常、或巡查位置水位异常、或巡查人员身份异常时，警报发送模块向智能巡查终端发送警报信息，触发智能巡查终端的报警模块；

数据解密模块，用于对与其连接的模块传输的数据进行解密处理；

北斗通信模块，用于与智能巡查终端、水位测量模块进行数据通信；

所述数据解密模块与数据存储模块、数据对比模块、北斗通信模块连接，北斗通信模块与警报发送模块连接。

4.根据权利要求3所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是，所述数据对比模块包括：指纹对比模块、水位数据对比模块、地理位置对比模块；

指纹对比模块，用于对比指纹图像数据，将智能巡查终端中的指纹识别模块采集的巡查人员指纹与服务器中预存的巡查人员指纹进行对比，根据指纹纹路在图案、断点和交叉点上的特征，比较两个指纹是否相同；

水位数据对比模块，用于对比水位数据，将水位测量模块测量的水位数据、智能巡查终端采集的水位数据以及巡查服务器中预设的水位范围进行对比；

地理位置对比模块，用于对比地理位置数据，将智能巡查终端中的北斗定位模块采集的巡查人员的地理位置信息与服务器中预设的巡查人员地理位置信息进行对比。

5.根据权利要求4所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是，所述指纹对比识别方法包括三个步骤：

首先，对指纹图像进行预处理；

其次，提取特征值并形成特征值模板；

最后，指纹特征值比对；比对的过程是将当前取得的指纹特征值集合与事先存储的指纹特征值模板进行匹配，判定的标准是特征值的相似程度，特征值取得越多，误判的机率越小，指纹识别的性能识别参数主要有正确率CR、误识率FAR、拒识率FRR，计算公式为：

FAR=不该识别而识别的次数/匹配总次数；

FRR=该识别而没有识别的次数/匹配总次数；

CR=1-FAR-FRR；

CR大于或等于90%以上被判定为指纹识别成功，CR小于90%被判定为指纹识别失败。

6.根据权利要求4所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是，所述地理位置对比的方法如下：

在BLH大地坐标系下，巡查服务器中存储了巡查人员预设的巡查位置坐标P0，P0由预设位置的经度B0，维度L0，高度H0组成，P0=f(B0，L0，H0)；当巡查人员进入巡查位置之后，通过北斗定位模块获取巡查人员的实时位置P1，P1由预设位置的经度B1，维度L1，高度H1组成，P1=f(B1，L1，H1)；获取实时位置P1后，计算出预设位置与实时位置的偏移比Φ：

Φ=(|P1-P0|)/P0x 100%；

当偏移比大于5%时，确定巡查人员偏移出巡查区域范围内，巡查服务器向智能巡查终端的自动报警模块发出警报信息，提醒巡查人员注意巡查位置；当偏移比小于或等于5%，巡查任务正常进行。

7.根据权利要求1所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是：所述水位测量模块包括：

二维码模块，包含巡查地点的地理位置信息的二维码标识，巡查人员到达巡查地点后，通过智能巡查终端扫描二维码，扫描完成后将二维码信息上传至巡查服务器；

水位条码模块，用于计算水位的标记，水位条码被印刷在河坝上、水中的板子上或者水中建的水泥柱子上；

红外摄像模块，通过红外摄像头拍摄读取露出水面的水位，数据读取后会发送给水位计算模块；

水位计算模块，接收红外摄像模块发送的数据，并计算出实时水位；

数据加密模块，用于将水位计算模块计算出的实时水位数据信息进行加密处理；

北斗通信模块，用于发送水位数据，水位数据计算出来后，通过北斗通信模块发送至巡查服务器；

所述水位条码模块、红外摄像模块、水位计算模块、数据加密模块、北斗通信模块依次连接。

8.根据权利要求7所述的基于北斗导航通信的水位智能巡查系统，其特征是：所述水位计算模块计算实时水位的方法是，通过红外摄像头获取露出水面的水位成像长度A，由于A在图像上的长度和相机的位置关系很大，需要严格的校准来计算A在物理三维空间距离，为了减少相机校准的问题，在水位条码模块上有倒三角的平行直线条码，平行直线条码之间的等间距可以事先预设为固定值B，有条码之间的等间距固定值B作为参考，获取了A的成像距离，物理空间的距离可以被计算出来，根据计算出的水面上的实际的水位长度以及平行直线条码与基准线所成的角度α，再进一步可以计算出实际水位X，具体计算过程如下所示：

假设成像后，露出水面的水位成像有两个部分，分别为A1、A2，对应的成像长度为a1、a2；把A分为均等的两半，求取水位成像长度的一半，设为a，也就是说有一条垂直的线沿着X上去到顶与其他斜条码顶部对齐，平行直线条码成像为平行直线条纹，条纹之间的平均成像间距为b；

第一步，计算水位成像长度的一半：

a = (a1+ a2) / 2 　　　　（1）

第二步，计算出成像距离与实际距离的比例，再乘以A的成像长度，即可得到A的实际长度，

A = (B/b) * a 　 　　　　（2）

第三步，根据实际水位与露出水面上的水位的关系计算出实际水位：

X = (A/2) * tan(α) 　　　　（3）

根据（1）、（2）、（3），得出：

X = (B/b) * ((a1+a2)/2 ) * tan(α) 　（4）

通过（4）式可以计算出实时的水位。