CN109462664A - 一种农牧灌溉水表监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种农牧灌溉水表监测系统。该系统包括机械水表、农牧灌溉水表监测装置以及物联网监测终端；机械水表配置为对关联的农牧灌溉区域中关联的机电井当前的取用水量进行实时测量和显示；农牧灌溉水表监测装置配置为对关联的机械水表进行水表图像采集和水表参数信息获取，并将水表图像和水表参数信息打包发送至物联网监测终端；物联网监测终端配置为对接收到的打包数据中包括的水表图像和水表参数信息进行解析，获得打包数据关联的机械水表的实时水量读数信息，并将包括水表参数信息的水印信息添加至水表图像中进行存储。实现了对农牧灌溉场景中的机械水表的取用水量进行在线监控，降低设备的使用成本，提高数据监控的准确度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及物联网技术领域，尤其涉及一种农牧灌溉水表监测系统。
背景技术
随着全国智慧水利的推进和建设，越来越多的领域需要对水资源的使用情况进行在线监控。在农牧灌溉取用水粗放使用的情况，对于农牧灌溉场景中大量的、分散的机械水表的在线监控突显得尤为重要。
农牧灌溉区域中设置有机械水表分别对机电井中的取用水量进行测量，但是由于农牧灌溉区域中机械水表的数量庞大，且分布较为分散，利用人力对每个水表的读数进行读取，不能实现对取用水量进行在线的实时监测。进而现有技术中，通常使用电磁流量计或超声波流量计加遥测终端的方式进行农牧灌溉水表的监测，或者采用以电折水的方式进行取用水量的计算。
然而，现有技术中所采取的监测设备较为昂贵，安装复杂，且测量精度容易受到外界环境影响。对于农牧灌溉时需求量大且环境复杂的应用场景中，难以实现大量的铺设，大幅度的提高了设备的使用成本，以及降低了监测数据的准确度。
发明内容
本发明实施例提供了一种农牧灌溉水表监测系统，能够对农牧灌溉场景中的机械水表的取用水量进行在线监控，降低设备的使用成本，提高数据监控的准确度。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
一种农牧灌溉水表监测系统，包括：机械水表、农牧灌溉水表监测装置以及物联网监测终端；所述机械水表配置于农牧灌溉区域中，所述农牧灌溉区域包括至少一个所述机械水表，各个机械水表上分别安装有所述农牧灌溉水表监测装置，所述农牧灌溉水表监测装置与所述物联网监测终端通信连接；
所述机械水表配置为对关联的农牧灌溉区域中关联的机电井当前的取用水量进行实时测量和显示；
所述农牧灌溉水表监测装置配置为对关联的机械水表进行水表图像采集和水表参数信息获取，并将所述水表图像和所述水表参数信息打包发送至所述物联网监测终端；
所述物联网监测终端配置为对接收到的打包数据中包括的所述水表图像和所述水表参数信息进行解析，获得打包数据关联的机械水表的实时水量读数信息，并将包括所述水表参数信息的水印信息添加至所述水表图像中进行存储。
可选的，所述农牧灌溉水表监测装置包括：水表图像采集模块和主控模块，所述水表图像采集模块与所述主控模块通过串口连接；其中，所述水表图像采集模块包括微距摄像头和图像编码单元，所述图像编码单元与所述微距摄像头连接；所述主控模块包括微控制单元和无线通信单元，所述微控制单元与所述无线通信单元连接；
所述微距摄像头配置为对关联的机械水表进行微距拍摄，获得包括机械水表水量读数界面的初始水表图像，并向所述图像编码单元发送所述初始水表图像；
所述图像编码单元对接收到的所述初始水表图像进行压缩编码，获得压缩编码后待检测水表图像；
所述微控制单元配置为对所述关联的机械水表的水表参数信息进行获取，并将所述待检测水表图像和所述参数信息打包为数据包；
所述无线通信单元向所述物联网监测终端发送所述数据包。
可选的，所述水表图像采集模块还包括补光单元，所述补光单元配置为根据所述关联的机械水表的光照情况对所述机械水表进行光照调节。
可选的，所述机械水表的参数信息至少包括机械水表的唯一标识码、初始水表图像采集时的时间戳以及水表的定位信息。
可选的，所述主控模块还包括数据存储单元，所述数据存储单元配置为对所述待检测水表图像和所述机械水表的参数信息进行存储。
可选的，所述主控模块还包括定位单元，所述定位单元配置为对所述关联的机械水表当前的位置信息进行定位。
可选的，所述农牧灌溉水表监测装置还包括供电模块，所述供电模块配置为对所述农牧灌溉水表监测装置供电。
可选的，所述物联网监测终端配置为响应用户的操作指令，向所述农牧灌溉水表监测装置发送控制指令。
可选的，所述控制指令用于控制所述农牧灌溉水表监测装置中微距摄像头的图像采集状态或频率，以及供电模块的工作模式。
可选的，所述控制指令用于控制所述关联的机械水表的阀门状态。
本发明实施例通过拍照的方式，使用农牧灌溉水表监测装置对机械水表进行图像采集，并连同获取的水表参数信息与水表图像一起上传至物联网监测终端，通过监测终端对水表图像进行读数识别，从而获得实时水量读数信息。本发明实施例通过为机械水表安装了农牧灌溉水表监测装置，并结合远程监测终端对于水表读数信息的识别，实现了对农牧灌溉场景中的机械水表的取用水量进行在线监控，降低设备的使用成本，提高数据监控的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种农牧灌溉水表监测系统的结构框图；
图2为本发明实施例二提供的农牧灌溉水表监测装置的结构框图；
图3为本发明实施例三提供的农牧灌溉水表监测装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种农牧灌溉水表监测系统的结构框图，本实施例可适用于对农牧灌溉场景中的机械水表进行远程在线监控的情况，如图1所示，该农牧灌溉水表监测系统100包括：机械水表110、农牧灌溉水表监测装置120以及物联网监测终端130；机械水表110配置于农牧灌溉区域中，农牧灌溉区域包括至少一个机械水表110，各个机械水表110上分别安装有农牧灌溉水表监测装置120，农牧灌溉水表监测装置120与物联网监测终端130通信连接；
机械水表110配置为对关联的农牧灌溉区域中关联的机电井当前的取用水量进行实时测量和显示；
农牧灌溉水表监测装置120配置为对关联的机械水表110进行水表图像采集和水表参数信息获取，并将水表图像和水表参数信息打包发送至物联网监测终端130；
物联网监测终端130配置为对接收到的打包数据中包括的水表图像和水表参数信息进行解析，获得打包数据关联的机械水表110的实时水量读数信息，并将包括水表参数信息的水印信息添加至水表图像中进行存储。
在本发明具体实施例中，农牧灌溉区域是指采用灌溉模式保证农作物生产的区域，主要通过各种农用水利灌溉设施，满足农作物对水分的需要，调节土地温度、湿度和土壤空气、养分，提高土地生产能力。根据具体的应用场景，农牧灌溉区域可以是任何使用灌溉模式进行农作物生产的区域。
相应的，机械水表是指能够对取用水量进行计量的仪表，根据水资源的使用情况，实时记录当前的取用水量，并将计量的取用水量显示在仪表的表盘上。其中，任何可以实现取用水量计量的仪表都可以应用于本实施例中，且不对机械水表的计量方式和显示方式进行限定。根据灌溉需求，农牧灌溉区域中可以设置有多个机电井，机电井分别对农牧灌溉区域中的不同区域供水，以完成对农牧灌溉区域的灌溉。相应的，为了对取用水量进行监控，对灌溉用水量进行记录，并防止水量的过度使用，机械水表也随着机电井的分布分散设置于农牧灌溉区域中。
本实施例中，农牧灌溉水表监测装置是指集成了微距摄像头、图像编码单元、补光单元、主控单元、数据存储单元、无线通信单元或者定位单元等结构的监测装置。农牧灌溉区域中的每个机械水表中都安装有农牧灌溉水表监测装置，以形成全新的智能水表。从而在需要在线监控农牧灌溉区域的取用水量时，采用农牧灌溉水表监测装置对相应的待监测的机械水表进行图像采集和水表参数信息的获取，以基于视觉的方式采集水表记录信息，并将采集到的数据和图像进行最小化上传，实现将水表的计量情况完善记录下来。其中，水表图像包括机械水表水量读数界面，水表参数信息可以包括机械水表的唯一标识码、初始水表图像采集时的时间戳、水表的定位信息以及电量信息等；其中，可以通过定位单元实时采集机械水表的位置信息，但由于机械水表位置相对固定，因此也可以预先将机械水表的位置坐标以及机械水表的唯一标识码预先存储在农牧灌溉水表监测装置中，以对采集的水表图像进行唯一标识。
本实施例中，物联网监测终端是指可以远程在线监测实时取用水量的终端，其可以通过接收农牧灌溉水表监测装置上传的水表图像和水表参数信息，利用图像识别或深度学习等算法对水表图像中的用水量读数进行识别，从而获得机械水表的实时水量读数信息。具体的，物联网监测终端可以包括云端服务器和云端物联网管理平台。其中，云端服务器用于对接收到的水表图像和水表参数信息进行解析和处理，云端物联网管理平台用于对农牧灌溉区域中各机械水表的读数进行统一监测和控制。
相应的，物联网监测终端还可以反向向农牧灌溉水表监测装置下发控制指令，以控制农牧灌溉水表监测装置和机械水表的工作状态。例如控制农牧灌溉水表监测装置的电源模型、图像的监测频率以及机械水表的阀门状态等。
具体的，在进行农牧灌溉水表监测的过程中，机械水表实时地进行灌溉用水量的计量，并显示在机械水表的表盘上。农牧灌溉水表监测装置依据配置信息进行图像和数据的采集，通过对调节光照后的机械水表进行微距拍摄，获得包括机械水表水量读数界面的且画面清晰、数据量小的水表图像，并将获取到的机械水表的水表参数信息和压缩编码后的水表图像一并打包上传至物联网监测终端，实现水表图像的最小化上传。最终物联网监测终端通过对水表图像的解析，获得机械水表的实时水量读数信息。同时为了保证数据的可追溯性和安全性，还可以将包括水表参数信息的水印信息添加至水表图像中，由物联网监测终端负责对取用水量信息的统一管理。
本实施例的技术方案，使用农牧灌溉水表监测装置对机械水表进行图像采集，并连同获取的水表参数信息与水表图像一起上传至物联网监测终端，通过监测终端对水表图像进行读数识别，从而获得实时水量读数信息。本发明实施例通过为机械水表安装了农牧灌溉水表监测装置，并结合远程监测终端对于水表读数信息的识别，实现了对农牧灌溉场景中的机械水表的取用水量进行在线监控，降低设备的使用成本，提高数据监控的准确度。
实施例二
本实施例在上述实施例一的基础上，提供了农牧灌溉水表监测装置的一个优选实施方式，能够在农牧灌溉场景下对于微距拍摄的水表图像进行最小化上传。图2为本发明实施例二提供的农牧灌溉水表监测装置的结构框图，如图2所示，该农牧灌溉水表监测装置120包括：水表图像采集模块121和主控模块122，水表图像采集模块121与主控模块122通过串口连接；其中，水表图像采集模块121包括微距摄像头1211和图像编码单元1212，图像编码单元1212与微距摄像头1211连接；主控模块122包括微控制单元1221和无线通信单元1222，微控制单元1221与无线通信单元1222连接；
微距摄像头1211配置为对关联的机械水表110进行微距拍摄，获得包括机械水表水量读数界面的初始水表图像，并向图像编码单元1212发送初始水表图像；
图像编码单元1212对接收到的初始水表图像进行压缩编码，获得压缩编码后待检测水表图像；
微控制单元1221配置为对关联的机械水表110的水表参数信息进行获取，并将待检测水表图像和参数信息打包为数据包；
无线通信单元1222向物联网监测终端130发送数据包。
在本发明具体实施例中，水表图像采集模块用于水表图像的采集和编码，可以包括微距摄像头和图像编码单元。关联的机械水表是指安装有当前的农牧灌溉水表监测装置的待监测的机械水表，当前的农牧灌溉水表监测装置集成在该待监测的机械水表中。其中，微距摄像头可以对机械水表进行超近距离拍摄，以实现在机械水表空间有限的情况下进行近距离的清晰拍摄；图像编码单元则用于将采集的初始水表图像进行压缩编码处理，以减少水表图像的数据量，并将初始水表图像转换为业务所需的图像编码格式。
示例性的，高清低照度微距摄像头可以采用细小尺寸的CMOS传感器来保证具有高质素的图像，采集较低分辨率的图像数据，例如640×480或160×80等，经过图像编码单元获取JPG编码格式的水表图像。以在不影响图像识别的情况下，实现采集图像的最小化处理，进而节省了农牧灌溉水表监测装置中有限的存储空间占用，降低了数据上传时的流量消耗和费用，提高了数据上传速度，保证了在线监测的实时性。
本实施例中，主控模块与水表图像采集模块之间通过串口连接。主控模块用于将打包后的水表图像和水表参数信息进行上传处理，可以包括微控制单元和无线通信单元。其中，微控制单元可以获取机械水表的水表参数信息。可选的，机械水表的参数信息至少包括机械水表的唯一标识码、初始水表图像采集时的时间戳以及水表的定位信息。其中，机械水表的唯一标识码和定位信息可以是预先配置在农牧灌溉水表监测装置中的。可选的，主控模块还包括定位单元，定位单元配置为对关联的机械水表当前的位置信息进行定位。进而定位信息还可以是借助定位单元获得的，初始水表图像采集时的时间戳可以是根据微控制单元中的时间信息或额外的计时单元确定。进而微控制单元将水表参数信息和待检测水表图像一并打包处理。无线通信单元可以是低功耗、低成本的无线通信模块，用于将打包后的包括水表参数信息和待检测水表图像的数据包上传至物联网监测终端。
示例性的，可以通过UART串口接收水表图像采集模块传输的待检测水表图像，相应的，微控制单元获取机械水表当前的水表参数信息，并与待检测水表打包为一个数据包。无线通信模块可以采用GPRS或NB-IOT模块，将数据包上传至物联网监测终端。结合水表图像采集模块，实现水表图像的最小化上传。
本实施例的技术方案，通过为机械水表安装农牧灌溉水表监测装置，通过水表图像采集模块中的微距摄像头采集低数据量的水表图像，并通过图像编码单元对水表图像进行压缩编码，从而通过主控模块的微控制单元获取水表参数信息，并将水表参数信息和水表图像打包处理，经过无线通信单元将包括水表参数信息和水表图像的数据包上传至物联网监测终端。本发明实施例依据农牧灌溉场景下为机械水表安装的农牧灌溉水表监测装置，实现了对待监测水表的微距拍摄，并对采集到的水表图像进行最小化上传，为基于视觉的水表在线监测提供了依据，降低了农牧灌溉场景下设备的使用成本，提高数据监控的准确度。
实施例三
本实施例在上述实施例二的基础上，提供了农牧灌溉水表监测装置的一个优选实施方式，能够提高农牧灌溉水表监测装置的环境适应性，降低设备功耗。图3为本发明实施例三提供的农牧灌溉水表监测装置的结构框图，如图3所示，可选的，水表图像采集模121块还包括补光单元1213，补光单元1213配置为根据关联的机械水表的光照情况对机械水110表进行光照调节。
在本发明具体实施例中，补光单元可以用于对微距摄像头进行拍摄时的光照环境进行检测，以在无光或光线较暗的情况下对机械水表进行光照条件调节，避免微距拍摄时存在无光或反光等影响拍摄的情况。进而，本实施例中的农牧灌溉水表监测装置不受农牧灌溉光照环境的影响，支持无光环境补光拍摄。示例性的，可以采用LED进行补光调节。
可选的，主控模块122还包括数据存储单元1223，数据存储单元1223配置为对待检测水表图像和机械水表的参数信息进行存储。
在本发明具体实施例中，数据存储单元用于对待检测水表图像和机械水表的参数信息进行存储，还可以中数据处理过程中的缓存数据或物联网监测终端下发的指令等信息进行存储。
可选的，农牧灌溉水表监测装置120还包括供电模块123，主控模块122还包括电源管理单元1224，供电模块123与电源管理单元1224连接，供电模块123配置为对农牧灌溉水表监测装置120供电。
在本发明具体实施例中，电源管理单元可以依据微控制单元的控制，对供电模块的供电模式或工作状态进行控制。供电模块可以采用无源电池供电，基于休眠与唤醒的双状态交替式工作模式，最大程度降低设备能耗。
本实施例的技术方案，通过为水表图像采集模块添加补光单元，在微距拍摄时不但能保证正常光照条件下的清晰度，而且能在弱光条件下，通过自带光源同样实现清晰效果，并能去除反光等干扰。通过为水表图像采集模块添加括数据存储单元，提供了数据缓存的功能。同时农牧灌溉水表监测装置还包括供电模块，以在不影响设备正常工作的情况下，最大程度降低设备能耗。本发明实施例通过辅助单元模块的添加，提高了农牧灌溉水表监测装置的数据采集能力和环境适应能力，降低了农牧灌溉场景下设备功耗和使用成本，提高数据监控的准确度。
实施例四
本实施例在上述实施例三的基础上，提供了农牧灌溉水表监测的一个优选实施方式，能够反向对农牧灌溉水表监测装置和机械水表进行控制。
进一步的，物联网监测终端配置为响应用户的操作指令，向农牧灌溉水表监测装置发送控制指令。
可选的，控制指令用于控制农牧灌溉水表监测装置中微距摄像头的图像采集状态或频率，以及供电模块的工作模式。
可选的，控制指令用于控制关联的机械水表的阀门状态。
在本发明具体实施例中，用户的操作指令可以是指用户对农牧灌溉水表监测装置进行图像采集的控制、供电模型的控制以及工作状态的控制等，也可以是通过农牧灌溉水表监测装置对机械水表进行工作状态的控制等。从而物联网监测终端对用户的操作指令进行响应，向农牧灌溉水表监测装置发送控制指令。
相应的，农牧灌溉水表监测装置接收该控制指令，通过微控制单元对控制指令进行解析，从而对对应的作用对象进行控制。示例性的，可以对水表图像采集装置中微距摄像头的图像采集状态或频率进行控制，例如人为触发微距摄像头进行水表图像采集，从而触发监测功能；或者按照配置频率进行水表图像采集；或者监测到有水压时进行水表图像采集等。也可以对供电模块的工作模式进行控制，减少无效的供电，降低设备功耗。此外，对于大口径的机械水表，例如计量流经口径为DN40-DN300供水管道内水资源的计量装置，可以利用水压控制方式，支持机械水表的阀门状态控制。
本实施例的技术方案，在实现对机械水表进行监测的情况下，通过农牧灌溉水表监测装置接收物联网监测终端下发的控制指令，还可以实现了对农牧灌溉水表监测装置和/或机械水表进行控制的功能。从而在硬件结构本身低成本低功耗的基础上，通过远程的在线控制，丰富了系统功能，提高了远程在线监测和控制农牧灌溉水表的效率和准确度，降低了农牧灌溉水表监测装置的功耗。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种农牧灌溉水表监测系统，其特征在于，所述系统包括：机械水表、农牧灌溉水表监测装置以及物联网监测终端；所述机械水表配置于农牧灌溉区域中，所述农牧灌溉区域包括至少一个所述机械水表，各个机械水表上分别安装有所述农牧灌溉水表监测装置，所述农牧灌溉水表监测装置与所述物联网监测终端通信连接；
所述机械水表配置为对关联的农牧灌溉区域中关联的机电井当前的取用水量进行实时测量和显示；
所述农牧灌溉水表监测装置配置为对关联的机械水表进行水表图像采集和水表参数信息获取，并将所述水表图像和所述水表参数信息打包发送至所述物联网监测终端；
所述物联网监测终端配置为对接收到的打包数据中包括的所述水表图像和所述水表参数信息进行解析，获得打包数据关联的机械水表的实时水量读数信息，并将包括所述水表参数信息的水印信息添加至所述水表图像中进行存储。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述农牧灌溉水表监测装置包括：水表图像采集模块和主控模块，所述水表图像采集模块与所述主控模块通过串口连接；其中，所述水表图像采集模块包括微距摄像头和图像编码单元，所述图像编码单元与所述微距摄像头连接；所述主控模块包括微控制单元和无线通信单元，所述微控制单元与所述无线通信单元连接；
所述微距摄像头配置为对关联的机械水表进行微距拍摄，获得包括机械水表水量读数界面的初始水表图像，并向所述图像编码单元发送所述初始水表图像；
所述图像编码单元对接收到的所述初始水表图像进行压缩编码，获得压缩编码后待检测水表图像；
所述微控制单元配置为对所述关联的机械水表的水表参数信息进行获取，并将所述待检测水表图像和所述参数信息打包为数据包；
所述无线通信单元向所述物联网监测终端发送所述数据包。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水表图像采集模块还包括补光单元，所述补光单元配置为根据所述关联的机械水表的光照情况对所述机械水表进行光照调节。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述机械水表的参数信息至少包括机械水表的唯一标识码、初始水表图像采集时的时间戳以及水表的定位信息。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控模块还包括数据存储单元，所述数据存储单元配置为对所述待检测水表图像和所述机械水表的参数信息进行存储。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控模块还包括定位单元，所述定位单元配置为对所述关联的机械水表当前的位置信息进行定位。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述农牧灌溉水表监测装置还包括供电模块，所述供电模块配置为对所述农牧灌溉水表监测装置供电。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物联网监测终端配置为响应用户的操作指令，向所述农牧灌溉水表监测装置发送控制指令。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制指令用于控制所述农牧灌溉水表监测装置中微距摄像头的图像采集状态或频率，以及供电模块的工作模式。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制指令用于控制所述关联的机械水表的阀门状态。
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