CN106353283B - 水体透明度检测方法及基于该方法的检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水体透明度检测方法及基于该方法的检测装置，所述检测方法采用摄像头和液位传感器相结合，通过摄像头实时记录水位下降过程画面，获取能够清楚识别测试桶底部下方刻印的识别标志的视频画面，通过液位传感器实时记录测试桶中待测水体的水位位置，大大提高了检测效率，操作方便，根据已获取的视频画面，采用评价模型进行结果计量，提高了检测精度，能够自动实现黑臭水体的透明度检测，实时监控水体，自动化程度高。本发明检测装置将进样单元和检测单元高度集成化，便于仪器小型化和便携式，可随时进行试验，便于使用。

Description

水体透明度检测方法及基于该方法的检测装置
技术领域
本发明属于水质检测技术领域，具体地说，涉及一种水体透明度检测方法及基于该方法的检测装置。
背景技术
目前，国家对城市黑臭水体整治非常重视，根据城市黑臭水体整治工作指南，至2030年将完成城市建成区黑臭水体总体得到消除的控制性目标。透明度是城市黑臭水体分级评价的指标之一，现阶段检测透明度指标一般为黑白盘法和铅字法两种。
黑白盘法即塞氏盘法，是一种现场原位测定透明度的方法，该方法将塞氏盘沉入水中，以刚好看不见塞氏盘时的水深(单位：cm)表示透明度。铅字法主要根据检验人员的视力来观察水样的澄清程度，该方法采用长33cm、内径2.5cm的具有刻度的玻璃筒作为透明度计，筒底有一磨光玻璃片，检测人员从透明度计的筒口垂直向下观察，以刚好能清楚地辨认出其底部的标准铅字印刷符号时的水柱高度(单位：cm)为该水样的透明度，超过30cm时为透明水。
上述方法均以人工操作为主，操作受检验人员的主观影响较大，准确度不高，检测结果误差较大；同时上述方法易受照明、天气等外界条件的影响，需要进行多次或数人测定，检测效率低。而基于上述方法的透明度水体检测装置，也无法满足黑臭水体的在线实时自动检测的要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的水体透明度检测准确度不高、检测结果误差大、检测效率低等上述问题，提供了一种可自动识别、操作简单、检测精度和检测效率高的水体透明度检测方法及基于该方法的检测装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种水体透明度检测方法，含有以下步骤：
打开进水口向第一容量器内注入待检测水体，当第一容量器内液面达到溢流口时，待检测水体流入第二容量器，当第二容量器内液位达到溢流管高度时，停止进水；
打开泄流阀，向外排放待检测水体，第一容量器液位下降，通过安装于第一容量器顶部的摄像头实时获取测试桶内待检测水体的清晰度图像，通过安装于第一容量器内的液位传感器获取待检测水体的位置；
根据建立的评价模型进行结果计量，获取待检测水体的透明度T。
进一步的，每次检测前，向第一容量器内注入纯净水，并使用清洁刷头清洗测试桶内残留的污垢，清扫完毕后，排放纯净水。
优选的，所述评价模型的建立方法为：
假设待检测水体排放的速度为匀速，并设定视频每帧固定间隔拍摄时间为t1，液位传感器只记录测试桶内水位全满和水位排空时的数据，待检测水体排空所需时间记为t，已知测试桶高度为h，则待检测水体排放速度为v＝h/t；
根据已获取视频画面，利用图像处理方法识别视频中测试桶底部下方刻印的识别标志，以能清楚识别出刻印的识别标志的视频帧为透明度图像，该透明度图像对应的水位刻度即为待检测水体的透明度；
假定以能清楚识别出刻印的识别标志的视频帧为n，待检测水体已排放时间记为t2＝t1*n，待检测水体已下降水位h1＝v*t2，则待检测水体的透明度T＝h-h1。
优选的，所述评价模型的建立方法为：液位传感器实时记录测试桶内水位的位置，根据已获取的视频画面，利用图像处理方法识别视频中测试桶底部下方刻印的识别标志，以能清楚识别出识别标志的视频帧为透明度图像，该透明度图像对应的液位传感器记录的水位刻度值为待检测水体的透明度T。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种水体透明度检测装置，基于上述水体透明度检测方法，所述检测装置包括通过挡板连接为一体的第一容量器和第二容量器，所述挡板设有溢流口，第一容量器与第二容量器通过溢流口连通；所述第一容量器内设有由透明材料制作而成的测试桶、位于测试桶一侧的液位传感器以及位于测试桶底部下方的识别标志，测试桶的顶部设有摄像头，第一容量器下部设有进水口，底部设有泄流阀；所述第二容量器的上部设有溢流管，下部设有出水管。
优选的，所述识别标志刻印在位于测试桶下方的有机玻璃片上。
进一步的，所述测试桶的下方还设有刷头，刷头位于测试桶与有机玻璃片之间，所述刷头与设置在第一容量器顶部的电机连接。
优选的，所述测试桶为有机玻璃制作而成的透明桶体。
进一步的，所述液位传感器上安装有浮球。
进一步的，所述第二容量器内设有ORP电极传感器、或DO电极传感器、或ORP电极传感器和DO电极传感器。
优选的，第一容量器、第二容量器均采用防腐蚀材料制作而成，所述溢流管、出水管和进水口均为PVC管。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明检测方法通过视频图像和图像处理方法自动识别刻印的识别标志，结合液位传感器实现水体透明度的自动检测，大大提高了检测效率，操作方便，根据已获取的视频画面，采用评价模型进行结果计量，提高了检测精度。
(2)本发明检测装置结构简单、操作方便，采用摄像头和液位传感器相结合，通过摄像头实时记录水位下降过程画面，获取能够清楚识别测试桶底部下方刻印的识别标志的视频画面，通过液位传感器实时记录测试桶中待测水体的水位位置，能够自动实现黑臭水体的透明度检测，实时监控水体，自动化程度高，检测效率大大提高，检测精度高。本发明检测装置将进样单元和检测单元高度集成化，便于仪器小型化和便携式，可随时进行试验，便于使用。
(3)本发明检测装置耐用、防腐蚀，第一容量器、第二容量器均采用防腐蚀材料制作而成，所述溢流管、出水管和进水口均为PVC管，增加了检测装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一实施例水体透明度检测装置的结构示意图。
图2为本发明另一实施例水体透明度检测装置的结构示意图。
图3为本发明又一实施例水体透明度检测装置的结构示意图。
图4为本发明某一实施例水体透明度检测装置的结构示意图。
图5为本发明某一实施例水体透明度检测装置的结构示意图。
图中，1、挡板，2、第一容量器，21、测试桶，22、液位传感器，23、识别标志，24、摄像头，25、进水口，26、泄流阀，27、刷头，28、电机，29、浮球，3、第二容量器，31、溢流管，32、出水管，33、ORP电极传感器，34、DO电极传感器，4、溢流口。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明一实施例提供了一种水体透明度检测方法，含有以下步骤：
打开进水口向第一容量器内注入待检测水体，当第一容量器内液面达到溢流口时，待检测水体流入第二容量器，当第二容量器内液位达到溢流管高度时，停止进水；
打开泄流阀，向外排放待检测水体，第一容量器液位下降，通过安装于测试桶顶部的摄像头实时获取测试桶内待检测水体的清晰度图像，通过安装于第一容量器内的液位传感器获取待检测水体的位置；
根据建立的评价模型进行结果计量，获取待检测水体的透明度T；所述评价模型的建立方法为：
假设待检测水体排放的速度为匀速，并设定视频每帧固定间隔拍摄时间为t1，液位传感器只记录测试桶内水位全满和水位排空时的数据，待检测水体排空所需时间记为t，已知测试桶高度为h，则待检测水体排放速度为v＝h/t；
根据已获取视频画面，利用图像处理方法识别视频中测试桶底部下方刻印的识别标志，以能清楚识别出刻印的识别标志的视频帧为透明度图像，该透明度图像对应的水位刻度即为待检测水体的透明度；
假定以能清楚识别出刻印的识别标志的视频帧为n，待检测水体已排放时间记为t2＝t1*n，待检测水体已下降水位h1＝v*t2，则待检测水体的透明度T＝h-h1。
为了进一步保证透明度的检测精度，在本发明一优选实施例中，每次检测前，向第一容量器内注入纯净水，并使用清洁刷头清洗测试桶内残留的污垢，清扫完毕后，排放纯净水。
本发明另一实施例提供了一种水体透明度检测方法，含有以下步骤：
打开进水口向第一容量器内注入待检测水体，当第一容量器内液面达到溢流口时，待检测水体流入第二容量器，当第二容量器内液位达到溢流管高度时，停止进水；
打开泄流阀，向外排放待检测水体，第一容量器液位下降，通过安装于测试桶顶部的摄像头实时获取测试桶内待检测水体的清晰度图像，通过安装于第一容量器内的液位传感器获取待检测水体的位置；
根据建立的评价模型进行结果计量，获取待检测水体的透明度T；所述评价模型的建立方法为：液位传感器实时记录测试桶内水位的位置，根据已获取的视频画面，利用图像处理方法识别视频中测试桶底部下方刻印的识别标志，以能清楚识别出识别标志的视频帧为透明度图像，该透明度图像对应的液位传感器记录的水位刻度值为待检测水体的透明度T。
参见图1，本发明又一实施例提供了一种水体透明度检测装置，包括通过挡板1连接为一体的第一容量器2和第二容量器3，所述挡板1设有溢流口4，第一容量器2与第二容量器3通过溢流口4连通；所述第一容量器2内设有由透明材料制作而成的测试桶21、位于测试桶一侧的液位传感器22以及位于测试桶底部下方的识别标志23，测试桶的顶部设有摄像头24，第一容量器下部设有进水口25，底部设有泄流阀26；所述第二容量器3的上部设有溢流管31，下部设有出水管32。
为了能够清楚记录水体实时画面，在本发明一优选实施例中，所述测试桶21为有机玻璃制作而成的透明桶体，长33cm，内径2.5cm。
为了能够进一步清楚记录水体实时画面，在本发明一优选实施例中，所述摄像头为500万像素。
为了进一步保证水体透明度的检测精确度，在本发明一优选实施例提供的一种水体透明度检测装置中，参见图2，所述测试桶21的底部还设有刷头27，该刷头27与设置在第一容量器2顶部的电机28连接。在进行水体透明度检测之前，通过电机带动刷头对识别标志进行清洗，清除识别标志表面残留的沉淀物和污垢。
为了便于记录被检测水体位置，在本发明一优选实施例中，参见图2，所述液位传感器22安装有浮球29，通过浮球记录被检测水体的位置。
在本发明某一实施例中，参见图3，所述第二容量器3内设有ORP电极传感器32，可以对水体进行氧化还原电位检测。
在本发明某一实施例中，参见图4，所述第二容量器3内设有DO电极传感器33，可以对水体进行溶解氧检测。
在本发明某一实施例中，参见图5，所述第二容量器3内设有ORP电极传感器32和DO电极传感器33，既可以对水体进行氧化还原电位检测，又可以对水体进行溶解氧检测。
为了提高检测装置的使用寿命，适应不同恶劣环境条件，增加其实用性，第一容量器、第二容量器均采用防腐蚀材料制作而成，所述溢流管、出水管和进水口均为PVC管，在本发明一优选实施例中，所述防腐蚀材料为玻璃钢，所述溢流管、出水管和进水口均为直径为25mm的PVC管
以下以对某水样透明度进行检测为例进行具体说明。
在进行透明度检测之前，可以先对检测装置进行清洗，其具体清洗过程为；关闭摄像头、溢流管、出水管、泄流阀，打开进水口，向第一容量器内注入纯净水后，关闭进水口；启动电机，电机带动刷头清理识别标志表面残留的沉淀物和污垢，清理完毕后，打开泄流阀，将清洗后的纯净水排空，关闭电机、泄流阀。
清洗后进行检测的具体过程如下：
(1)关闭出水管和泄流阀，打开进水口，向第一容量器中注入待检测水体，第一容量器中的水位达到溢流口，关闭进水口，停止进水，记录液位传感器此时的数据。
(2)打开摄像头、泄流阀，开始排放第一容量器中的待检测水体，摄像头记录水位下降的整个过程，液位传感器全程打开，当第一容量器内的待检测水体全部排空时，关闭泄流阀，记录液位传感器此时的数据。
(3)进行结果评价，通过第一容量器注满水时液位传感器的数据以及第一容量器排空水时液位传感器的数据，可知整个水体排放过程的时间t＝5s，测试桶高度h＝33cm，则水体下降速度v＝h/t＝33/5＝6.6cm/s；通过摄像头记录的视频图像，采用图像处理方法识别刻印的识别标志，视频第20帧时，可识别刻印的识别标志，记n＝20；设定摄像头为每秒15帧，视频每帧固定间隔拍摄时间为t1＝1/15s，水体已排放时间记为t2＝t1*n＝1/15*20＝4/3s；待检测水体已下降水位h1＝v*t2＝6.6*4/3＝8.8cm，则待检测水体的透明度T＝h-h1＝33-8.8＝24.2cm，评价结果为轻度黑臭。
检测结束后可以再次对检测装置进行清洗，以便下次使用。
为了验证评价结果的准确性，保证评价结果的可靠性，本实施例对该水样透明度进行了5次重复检测，检测过程如上所述，5次重复检测的评价结果如表1所示。
表1
Figure SMS_1
根据5次重复检测的结果，可取其平均值24.04cm为该水样透明度检测结果，该水样评价结果为轻度黑臭。
在上述实施例中，所述的识别标志可以为数字、字母、其他任意形状的图案的一种或几种的结合。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水体透明度检测方法，其特征在于，含有以下步骤：
打开进水口向第一容量器内注入待检测水体，当第一容量器内液面达到溢流口时，待检测水体流入第二容量器，当第二容量器内液位达到溢流管高度时，停止进水；
打开泄流阀，向外排放待检测水体，第一容量器液位下降，通过安装于测试桶顶部的摄像头实时获取测试桶内待检测水体的清晰度图像，通过安装于第一容量器内的液位传感器获取待检测水体的位置；
根据建立的评价模型进行结果计量，获取待检测水体的透明度T；
所述评价模型的建立方法为：
假设待检测水体排放的速度为匀速，并设定视频每帧固定间隔拍摄时间为t1，液位传感器只记录测试桶内水位全满和水位排空时的数据，待检测水体排空所需时间记为t，已知测试桶高度为h，则待检测水体排放速度为v＝h/t；
根据已获取视频画面，利用图像处理方法识别视频中测试桶底部下方刻印的识别标志，以能清楚识别出刻印的识别标志的视频帧为透明度图像，该透明度图像对应的水位刻度即为待检测水体的透明度；
假定以能清楚识别出刻印的识别标志的视频帧为n，待检测水体已排放时间记为t2＝t1*n，待检测水体已下降水位h1＝v*t2，则待检测水体的透明度T＝h-h1；
或所述评价模型的建立方法为：液位传感器实时记录测试桶内水位的位置，根据已获取的视频画面，利用图像处理方法识别视频中测试桶底部下方刻印的识别标志，以能清楚识别出识别标志的视频帧为透明度图像，该透明度图像对应的液位传感器记录的水位刻度值为待检测水体的透明度T。
2.如权利要求1所述的水体透明度检测方法，其特征在于，每次检测前，向第一容量器内注入纯净水，并使用清洁刷头清洗测试桶内残留的污垢，清扫完毕后，排放纯净水。
3.一种水体透明度检测装置，基于如权利要求1所述的水体透明度检测方法，其特征在于，所述检测装置包括通过挡板连接为一体的第一容量器和第二容量器，所述挡板设有溢流口，第一容量器与第二容量器通过溢流口连通；所述第一容量器内设有由透明材料制作而成的测试桶、位于测试桶一侧的液位传感器以及位于测试桶底部下方的识别标志，测试桶的顶部设有摄像头，第一容量器下部设有进水口，底部设有泄流阀；所述第二容量器的上部设有溢流管，下部设有出水管。
4.如权利要求3所述的水体透明度检测装置，其特征在于，所述识别标志刻印在位于测试桶下方的有机玻璃片上。
5.如权利要求4所述的水体透明度检测装置，其特征在于，所述测试桶测试桶的下方还设有刷头，刷头位于测试桶与有机玻璃片之间，所述刷头与设置在第一容量器顶部的电机连接。
6.如权利要求3至5任意一项所述的水体透明度检测装置，其特征在于，所述测试桶为有机玻璃制作而成的透明桶体。
7.如权利要求6所述的水体透明度检测装置，其特征在于，所述液位传感器上安装有浮球。
8.如权利要求3所述的水体透明度检测装置，其特征在于，所述第二容量器内设有ORP电极传感器、或DO电极传感器、或ORP电极传感器和DO电极传感器。
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