CN110196458A - 一种可视化雨量监测装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可视化雨量监测装置包括至少一个透明可视雨量筒或雨量柱、水位传感器、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及用户端软件。所述水位传感器安装在所述透明可视雨量筒或雨量柱，水位传感器的电信号送到数据采集记录仪，数据采集记录仪负责将水位电信号计算转换成水位及雨量数字信号，视频录像机连接数据采集记录仪及摄像头，并且将获取到的雨量数据及视频、照片通过网络连接所述云端服务器，所述用户端软件登录所述云服务器获取雨量数据，所述摄像头用于采集雨量柱上的水位线视频和照片。本发明还提供一种可视化雨量监测方法，实时精确的监控雨量，及时发出预警。

Description

一种可视化雨量监测装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种可视化雨量监测装置以及方法。

背景技术

现有的雨量记录仪多是采用不可肉眼确认雨量的雨量计或雨量筒，这类产品将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出。其工作原理为：雨水由最上端的承水口进入承水器，落入接水漏斗，经漏斗口流入翻斗，当积水量达到一定高度(比如0.01毫米)时，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗倾倒，都使开关接通电路，向记录器输送一个脉冲信号，记录器控制按翻斗的次数把雨量记录。

不可视雨量计的缺点如下：(1)误差在翻斗式雨量计进行雨量测量时，唯一变化的是计量翻斗的量程，但当我们对其调试完成后其量程便是固定的，在计量翻斗进行一次计数的过程中，即其在翻转过程中，漏斗中如果还有雨水，其中一部分雨水将会跟着翻转流失，此部分雨水视为无效，不在计数之内，这就导致最终的测量结果偏小。(2)不可视，无法远程监控。翻斗式雨量计通过DTU传回到监控中心的数据，无法核实是否真实，对于一些无人值守站点来说，无法有效判断设备是否正常使用，也无法判断数据是否真实，导致有可能无法做出准确的决策。(3)故障。雨量的测量主要靠翻斗，一旦由于材料原因翻斗失灵，或者工艺不过关翻斗卡死，或者雨量太大超过翻斗的频次等，都可能导致翻斗故障，无法正常使用，雨量记录无法完成。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种可视化雨量监测装置以及方法，实时精确的监控雨量，及时发出预警。

本发明之一是这样实现的：一种可视化雨量监测装置，包括至少一个透明可视水位式数字雨量筒或雨量柱、水位传感器、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及客户端，所述水位传感器安装在所述透明可视雨量筒或雨量柱内，所述水位传感器连接至所述数据采集记录仪，视频录像机分别连接数据采集记录仪及摄像头，所述数据采集记录仪连接至所述云端服务器，所述客户端连接至所述云端服务器。

进一步地，所述雨量柱包括支撑架、承雨器、雨量机构以及电磁阀，所述数据采集记录仪分别连接所述电磁阀，所述雨量机构底部设有开孔，所述开孔上设有电磁阀，所述雨量机构顶部设有开口，所述开口连接至所述承雨器，所述雨量机构上设有雨量刻度。

进一步地，所述雨量柱还包括水位平衡管，所述水位平衡管通过所述电磁阀连接至所述开孔。

进一步地，所述水位传感器为超声波水位传感器、或者浮子式水位传感器、或者激光传感器。

本发明之二是这样实现的：一种可视化雨量监测方法，所述方法需提供包括至少一个透明可视水位式数字雨量筒或雨量柱、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及客户端，具体包括如下步骤：

步骤1、雨量柱收集雨水，每个设定时间间隔水位传感器将水量发送至数据采集记录仪，数据采集记录仪将水量计算转换成雨量后进行记录，并且将数据传送给视频录像机，水量到达设定数值或时间点，雨量柱通过电磁阀自动排水；

步骤2、视频录像机通过摄像头拍摄水位图片及视频，并且将数据采集记录仪送过来的雨量数据叠加到视频和照片上，进行合成水印存储，视频录像机将降水量以及水位图片发送至云端服务器，云端服务器接收并进行存储；

步骤3、客户端通过云端服务器查看降水量以及水位图片；

步骤4、云服务器将接收的数据进行存储并分析，超出设定的数值时通过网络通知客户端。

进一步地，所述步骤3进一步具体为：客户端通过云端服务器查看监测点的实时及历史雨量照片或视频，所述客户端为PC机或者手机。

进一步地，所述步骤4进一步具体为：云服务器将接收的数据进行存储并分析，超出设定的数值时通过网络通知客户端，并通过网络通知设定用户。

本发明的优点在于：一种可视化雨量监测装置以及方法，弥补了传统雨量计的缺陷，运用“互联网+”的技术，解决了传统雨量监测误差相对较大，不直观可视、无法远程监控，发生翻斗故障时无法监测雨量，无法实时警示的问题。可视化雨量监测系统，更易操作，无需人工值守，大大减少人工成本。可视化雨量监测每分钟采集一次水位数据，记录并上传至服务器，进行存储分析充分运用网络、数据，对降雨量进行客观的分析、比较，有利于进一步提升我省水文监测的质量，并推进水文信息采集的智能化。可视化雨量监测系统不仅服务于水文领域，也为农业、林业、工业、交通、军事、医疗卫生和环境保护等部门进行规划、设计和研究，提供科学的数据。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种可视化雨量监测装置的原理图。

图2是本发明一种可视化雨量监测装置的雨量柱结构示意图。

图3是本发明一种可视化雨量监测方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明可视化雨量监测装置，包括至少一个透明可视水位式数字雨量筒或雨量柱、水位传感器、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及客户端，所述水位传感器安装在所述透明可视雨量筒或雨量柱内，所述水位传感器连接至所述数据采集记录仪，视频录像机分别连接数据采集记录仪及摄像头，所述数据采集记录仪连接至所述云端服务器，所述客户端连接至所述云端服务器，所述水位传感器为超声波水位传感器、或者浮子式水位传感器、或者激光传感器。

所述雨量柱包括支撑架1、承雨器2、雨量机构3、电磁阀4以及水位平衡管5，所述数据采集记录仪分别连接所述电磁阀4，所述雨量机构3底部设有开孔(图中未示)，所述开孔上设有电磁阀4，所述雨量机构3顶部设有开口(图中未示)，所述开口连接至所述承雨器2，所述雨量机构3上设有雨量刻度31。

其中水位传感器的电信号送到数据采集记录仪，数据采集记录仪负责将水位电信号计算转换成水位及雨量数字信号，视频录像机连接数据采集记录仪及摄像头，并且将获取到的雨量数据及视频、照片通过网络连接所述云端服务器，所述用户端软件登录所述云服务器获取雨量数据，所述摄像头用于采集雨量柱上的水位线视频和照片

如图1至3所示，本发明可视化雨量监测方法，所述方法需提供包括至少一个透明可视水位式数字雨量筒或雨量柱、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及客户端，具体包括如下步骤：

步骤1、雨量柱收集雨水，每个设定时间间隔水位传感器将水量发送至数据采集记录仪，数据采集记录仪将水量计算转换成雨量后进行记录，并且将数据传送给视频录像机，水量到达设定数值或时间点，雨量柱通过电磁阀自动排水；

步骤2、视频录像机通过摄像头拍摄水位图片及视频，并且将数据采集记录仪送过来的雨量数据叠加到视频和照片上，进行合成水印存储，视频录像机将降水量以及水位图片发送至云端服务器，云端服务器接收并进行存储；

步骤3、客户端通过云端服务器查看监测点的实时及历史雨量照片或视频，所述客户端为PC机或者手机；

步骤4、云服务器将接收的数据进行存储并分析，超出设定的数值时通过网络通知客户端，并通过网络通知设定用户。

本发明一种具体实施方式：

前端由数字雨量柱、数据采集主机及水位智能跟踪摄像机组成。雨量柱收集雨量，将其转化成数字信号并送到数据采集主机，数据采集主机进行计算、存储、上传云平台。数据采集主机提供有线加4G两个网络通讯接口，在有宽带的环境可以用网线接宽带路由器进行数据传输。在没有宽带的环境，可以插4G手机卡，通过4G/3G网络进行数据和视频传输。

云端服务器设计需要一台至强8核16线程专用服务器，可接入200个可视雨量监测终端。服务器安装WIN2008SERVER以上操作系统和物联网平台软件，用于管理前端雨量采集设备、数据存储，并为客户提供数据、视频查询、报警通知等功能。用户端包括PC端软件及手机端软件。用户端可以查询实时雨量及视频，也可能查询历史雨量及照片。

平台按200个雨量采集监控终端设计，每分钟上传一次雨量数据，服务器每天可以收到200台*60分钟*24小时＝288000条数据，每年103680000条，数据量不是非常大，所以我们采用MYSQL数据库系统。设备每小时拍照一张照片上传云服务器，每张照片大约200K，每台设备每天上传云服务器5M 照片，200个站每天需要1G的照片硬盘空间。建议云服务器配置一条100M 固定IP专线。

2、可视化雨量监测系统：可视化雨量监测系统由数字雨量柱、数据采集主机及水位智能跟踪摄像机组成。

雨量柱

①雨量柱的外观设计为柱状，最上部为承雨器，下部为透明雨量柱；②承雨器开口20CM；③雨量柱内管直径为10CM，长度为120CM，水进入雨量柱后，相当于高度被放大了4倍，便于观察，提高精度；④外管为开竖窗金属柱，窗口套带放大的玻璃片，窗口边上印刷刻度，其他部分可做装饰；⑤雨量柱内安装浮子式或超声波水位传感器，激光传感器，根据承接的雨量经相应的公式换算出实时雨量，其中雨量柱的刻度根据各水位条件下换算后的雨量值来划定，转换后的雨量刻度值与水位传感器测得的雨量值相同；⑥雨量柱底部安装电磁阀门，如果雨量超出水柱的测量范围，电磁阀门自动放水并自动累加一柱雨量；雨量柱每24小时放一次水。

(2)数据采集记录仪与视频录像机

①数据采集记录仪接口连接水位传感器，并且对信号进行解析识别计算出相应的雨量；②自动存储雨量数据；③自动定时上传云平台雨量数据；④视频录像机连接智能水位跟踪球机，获取视频进行拍照及存储；⑤在视频上叠加雨量数据，看到视频的同时看到实时雨量；⑥根据雨量控制雨量柱电磁阀门的开关；⑦可以预置超值报警范围，超值后会自动抓拍发微信，打电话, 接警中心软件弹出视频自动在电子地图上定位；⑧报警联动警号输出，推送报警消息及抓拍图片发到用户手机，或上传图片录像到云空间；⑨本机硬盘录像：可内置2T以下硬盘，存储录像或图片资料支持全录、移动侦测录像、报警联动录像,产品有专用的USB存储空间，可记录3年的雨量数据；；⑩可接在源拾音器进行录音，并传回中心端，可接有源音箱播放中心端的喊话, 双网自动切换：同时支持有线加4G网络，有线宽带正常时走有线，有线断了自动切换4G无线。

(3)高清智能水位跟踪摄像机

①内置智能识别算法，能根据水位数据自动聚焦水位线；②采用高性能 1200万逐行扫描图像CMOS传感器，能捕捉清晰的动态画面；③18倍光学变倍，12倍数字变倍，可在50米外分辨毫米级图像；④优异的数字降噪功能，提升用户的夜间监视效果；⑤4颗优质点阵灯，4颗远射激光灯，像机焦距自动切换远中近红外灯，实测200米可以清晰发现目标；⑥支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿和低照度(彩色/黑白)自动/手动转换功能；⑦独特的三维定位功能，捕捉目标更方便、精准、快捷；⑧多种网络监控方式相结合(手机、WEB、客户端)，使用更方便；⑨支持海康、雄迈等私有协议，支持ONVIF协议；⑩内置防浪涌及雷击保护装置，有效防止4000V瞬时电流。

3、云平台(1)云平台结构：云平台主要负责设备管理、数据存储、用户管理、数据及视频分发功能，并且可以把数据开放给其他平台调用。

(2)云平台功能模块设计①设备接入:设备名称、注册ID、端口、用户名、密码、通讯协议设置。②权限组管理：权限组名称，包含设备，可查看数据范围，可控制设备范围。③用户管理：用户名，密码，所属权限组设置。④设备状态:设备是否在线。⑤日志管理:设备上下线日志，用户登录日志。

4、PC客户端软件(1)软件功能设计①远程查看采集现场实时的雨量数据，并且对数据进行存储。②查询历史雨量数据,导出历史数据到 EXCEL电子表格，生成图表。③超值报警提示：现场数据超值，PC端软件会有日志和声音提示。④远程查看实时视频。⑤远程监听现场声音，并且与现场对讲。⑥远程查询下载点播存储卡里的录像。⑦联动前端摄像机的开关量报警信息，弹出视频。⑧远程手动触发IO输出。

(2)软件截图①实时雨量监控效果参考；

②日雨量报表参考；

③实时视频图像+时间+雨量叠加效果(经转换后的雨量柱刻度值与水位传感器测得的雨量值相同)；

④数据超值报警自动定位弹出视频及实时数据,报警后在百度地图上显示报警点位置，联系人电话,声音提示，弹出视频；

⑤报警微信通知责任人，责任人可以查看实时视频及数据；

⑥历史数据云存储及查询导出EXCEL形成图表。

5、手机端远程监控APP:可以在安卓、苹果系统手机安装，多级用户权限管理，可查看权限下的雨量的实时视频及实时数据，可在手机上生成数据报表，查看指定时段内数据雨量合格率曲线图直观并且方便快捷，友好的用户交互UI界面便于管理人员使用。

6、供电系统:由于设备都装在野外，现场没有220V供电，我们采用太阳能供电系统。太阳能供电系统由100W太阳能板+100AH电池+太阳能数据采集记录仪组成。为节省电能，摄像机设置成定时开关机模式，每次拍照的时候自动开机，拍照完自动关机，同时支持远程软件开关机。可达到连续工作 15个阴雨天。200W太阳能板+200AH电池，可连续工作30个阴雨天，满足水文工作需要。

7、精度对比:在距离雨量柱1米的位置，安装一台标准雨量计。每个月到现场做一次数据对比记录，找出误差原因，并对设备进行修改升级。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种可视化雨量监测装置，其特征在于：包括至少一个透明可视水位式数字雨量筒或雨量柱、水位传感器、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及客户端，所述水位传感器安装在所述透明可视雨量筒或雨量柱内，所述水位传感器连接至所述数据采集记录仪，视频录像机分别连接数据采集记录仪及摄像头，所述数据采集记录仪连接至所述云端服务器，所述客户端连接至所述云端服务器。

2.如权利要求1所述的一种可视化雨量监测装置，其特征在于：所述雨量柱包括支撑架、承雨器、雨量机构以及电磁阀，所述数据采集记录仪分别连接所述电磁阀，所述雨量机构底部设有开孔，所述开孔上设有电磁阀，所述雨量机构顶部设有开口，所述开口连接至所述承雨器，所述雨量机构上设有雨量刻度。

3.如权利要求2所述的一种可视化雨量监测装置，其特征在于：所述雨量柱还包括水位平衡管，所述水位平衡管通过所述电磁阀连接至所述开孔。

4.如权利要求1所述的一种可视化雨量监测装置，其特征在于：所述水位传感器为超声波水位传感器、或者浮子式水位传感器、或者激光传感器。

5.一种可视化雨量监测方法，其特征在于：所述方法需提供包括至少一个透明可视水位式数字雨量筒或雨量柱、数据采集记录仪、视频录像机、至少一个摄像头、云端服务器以及客户端，具体包括如下步骤：

步骤1、雨量柱收集雨水，每个设定时间间隔水位传感器将水量发送至数据采集记录仪，数据采集记录仪将水量计算转换成雨量后进行记录，并且将数据传送给视频录像机，水量到达设定数值或时间点，雨量柱通过电磁阀自动排水；

步骤2、视频录像机通过摄像头拍摄水位图片及视频，并且将数据采集记录仪送过来的雨量数据叠加到视频和照片上，进行合成水印存储，视频录像机将降水量以及水位图片发送至云端服务器，云端服务器接收并进行存储；

步骤3、客户端通过云端服务器查看降水量以及水位图片；

步骤4、云服务器将接收的数据进行存储并分析，超出设定的数值时通过网络通知客户端。

6.如权利要求5所述的一种可视化雨量监测方法，其特征在于：所述步骤3进一步具体为：客户端通过云端服务器查看监测点的实时及历史雨量照片或视频，所述客户端为PC机或者手机。

7.如权利要求5所述的一种可视化雨量监测方法，其特征在于：所述步骤4进一步具体为：云服务器将接收的数据进行存储并分析，超出设定的数值时通过网络通知客户端，并通过网络通知设定用户。