CN111551192A - 一种基于图像识别的验潮仪检定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的验潮仪检定系统，包括水塔测井装置、水量控制管路组件、随动平台装置以及信号控制中心；所述信号控制中心，用于根据预设水位值，控制所述水量控制管路组件的输水管内的流量，以及控制所述水塔测井装置的透明容器里的水量；接收所述摄像仪器拍摄所述透明容器内的水位情况的图像数据并利用图像识别技术读出当前的实际水位值；根据所述预设水位值和所述实际水位值进行仿真运算以模拟潮汐变化。本发明提供了一种基于图像识别的验潮仪检定系统，能够检定验潮仪精度。

Description

一种基于图像识别的验潮仪检定系统

技术领域

本发明涉及验潮仪技术领域，尤其是涉及一种基于图像识别的验潮仪检定系统。

背景技术

潮汐观测资料对海洋灾害预警预报、海洋工程建设及海洋潮汐开发利用具有重大作用。目前，自动化观测系统中潮汐观测是通过验潮仪进行测量的。验潮仪，观测潮汐涨落高度的仪器，又称水位计。现有的浮子式验潮仪测量水位变化，不仅传输信号质量差，而且在低水位受到管涌作用，浮子波动摇摆直接影响编码信号精度，而且潮湿的海洋环境会加速金属腐蚀，容易引起电气接触不良，从而影响验潮仪的测量精度，因此，需要检定设备检测验潮仪的精度。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于图像识别的验潮仪检定系统，能够检定验潮仪精度。所述技术方案如下：

本发明提供了一种基于图像识别的验潮仪检定系统，包括水塔测井装置、水量控制管路组件、随动平台装置以及信号控制中心；

所述水量控制管路组件包括输水管以及水量控制器件；所述输水管的一端与所述水塔测井装置的进出水口连接，所述输水管的另一端为进水口；所述水量控制器件与所述信号控制中心连接；

所述水塔测井装置设有具备水位标志的透明容器；所述透明容器的进出水口与所述水塔测井装置的进出水口连通；

所述随动平台装置设有用于跟踪拍摄所述透明容器内的水位情况的摄像仪器；所述随动平台装置与所述信号控制中心连接；

所述信号控制中心用于：

根据预设水位值，控制所述水量控制管路组件的输水管内的流量，以及控制所述水塔测井装置的透明容器里的水量；

接收所述摄像仪器拍摄所述透明容器内的水位情况的图像数据并利用图像识别技术读出当前的实际水位值；

根据所述预设水位值和所述实际水位值进行仿真运算以模拟潮汐变化。

作为优选方案，所述水量控制管路组件包括用于测量所述输水管内水流量的流量计；所述流量计与所述信号控制中心连接并作为精准反馈信号源向所述信号控制中心传输信号。

作为优选方案，所述信号控制中心包括工控机、PLC器件和4G数据采集器；

所述工控机，用于接收所述摄像仪器拍摄到的图像数据以及所述流量计反馈的流量数据，并通过所述PLC器件控制所述水量控制器件和所述随动平台装置；

所述4G数据采集器，用于接收包括水位值的测量数据并将所述测量数据传输至云端。

作为优选方案，所述4G数据采集器还用于接收用户终端的操作指令或者向用户终端发送水位监控数据。

作为优选方案，所述水量控制器件包括液体泵；所述液体泵安装于所述输水管。

作为优选方案，所述水量控制器件包括调节阀；所述调节阀具体为电动球阀或电动换向阀；所述电动球阀或所述电动换向阀均采用4～20mA模拟量控制方式。

作为优选方案，所述水塔测井装置还设有标准水位计；所述标准水位计与所述信号控制中心连接并作为反馈信号源向所述信号控制中心传输信号。

作为优选方案，所述输水管设有进水管口和排水管口；所述进水管口设有单向截止阀；所述排水管口设有双向截止阀；

所述输水管，从所述进水管口到所述排水管口的方向上，依次设置液体泵、调节阀、流量计；

在所述流量计和所述排水管口之间分出一条支线输水管，所述支线输水管上设有换向阀、压力传感器，而且所述支线输水管与设有液体泵、调节阀、流量计的管路以并联方式连接；

所述换向阀通过另一线路的输水管连接所述水塔测井装置的进出水口。

作为优选方案，所述随动平台装置还包括随动平台、滑动轨道以及驱动所述随动平台在所述滑动轨道上移动的伺服系统；所述摄像仪器安装于所述随动平台；所述伺服系统、所述摄像仪器分别连接所述信号控制中心的移动控制端和视像接收端。

作为优选方案，在所述具备水位标志的透明容器内的竖直方向上设有PVC透明管和因瓦标准尺；所述PVC透明管与所述因瓦标准尺长度相等且相互平行。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种基于图像识别的验潮仪检定系统，所述水塔测井装置、水量控制管路组件、随动平台装置以及信号控制中心形成闭环控制，所述信号控制中心通过控制水量控制器件以实现对输水管内的水流量进行控制，同时控制所述随动平台装置，使所述摄像仪器能够跟踪拍摄所述水塔测井装置的透明容器内的水位情况；所述摄像仪器拍摄到的水位变化信息又反馈到所述信号控制中心，其中，通过摄像仪器拍摄水位变化，利用图像识别技术识别水迹线，水位读取误差低于±1mm；在闭环控制状态下，根据所述预设水位值同时利用信号控制中心的计算机进行高度模拟仿真运算，通过高精度流量控制及所述水塔测井装置内的水容量控制以控制水位高低，从而模拟半日潮和全日潮的潮汐变化；让验潮仪在本系统中测量模拟潮汐的水位，并且利用拍摄仪器拍摄水塔水位，通过比较验潮仪测量的水位和拍摄仪器拍摄的水位，校验验潮仪。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种基于图像识别的验潮仪检定系统的结构图；

图2是本发明实施例中的一种基于图像识别的验潮仪检定系统的信号控制中心的模块架构图；

图3是本发明实施例中的一种基于图像识别的验潮仪检定系统与用户终端进行数据传输的示意图；

其中，1、水塔测井装置；2、水量控制管路组件；3、随动平台装置；4、信号控制中心；

101、温度传感器；102、PVC透明管；103、因瓦标准尺；

201、电动球阀；202、单向截止阀；203、双向截止阀；204、液体泵；205、调节阀；206、流量计；207、换向阀；208、压力传感器；

301、摄像仪器；302、随动平台；303、滑动轨道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，本发明提供一种示例性实施例，一种基于图像识别的验潮仪检定系统，包括水塔测井装置1、水量控制管路组件2、随动平台装置3以及信号控制中心4；

所述水量控制管路组件2包括输水管以及水量控制器件；所述输水管的一端与所述水塔测井装置1的进出水口连接，所述输水管的另一端为进水口；所述水量控制器件与所述信号控制中心4连接；

所述水塔测井装置1设有具备水位标志的透明容器；所述透明容器的进出水口与所述水塔测井装置1的进出水口连通；

所述随动平台装置3设有用于跟踪拍摄所述透明容器内的水位情况的摄像仪器301；所述随动平台装置3与所述信号控制中心连接4；

所述信号控制中心4用于：

根据预设水位值，控制所述水量控制管路组件2的输水管内的流量，以及控制所述水塔测井装置1的透明容器里的水量；

接收所述摄像仪器301拍摄所述透明容器内的水位情况的图像数据并利用图像识别技术读出当前的实际水位值；

根据所述预设水位值和所述实际水位值进行仿真运算以模拟潮汐变化。

具体地，所述基于图像识别的验潮仪检定系统包括A/D信号转换模块；所述基于图像识别的验潮仪检定系统所要接收或发送的信号，通过所述A/D信号转换模块进行信号转换。

所述水量控制管路组件2包括用于测量所述输水管内水流量的流量计206；所述流量计206与所述信号控制中心4电连接并作为精准反馈信号源向所述信号控制中心传输信号，且所述信号控制中心4与所述随动平台装置3电连接；

请参见图2，所述信号控制中心包括工控机、PLC器件和4G数据采集器；

所述工控机，用于接收所述摄像仪器拍摄到的图像数据以及所述流量计反馈的流量数据，并通过所述PLC器件控制所述水量控制器件和所述随动平台装置；

所述4G数据采集器，用于接收包括水位值的测量数据并将所述测量数据传输至云端。

请参见图3，所述4G数据采集器还用于接收用户终端的操作指令或者向用户终端发送水位监控数据。所述水位监控数据包括预设液位值、实际液位值、预设液位速度、当前液位速度等。

所述信号控制中心4，还包括利用图像识别技术读出当前的实际水位值的图像识别计算机；

在本实施例中，所述信号控制中心4为服务器集群，其中包括用于控制所述随动平台装置3以跟踪拍摄水位变化的控制器、用于接收摄像信息的通信模块；所述控制器还包括工控机、PLC设备，经PLC处理的控制指令用以控制水量控制器件和随动平台装置的伺服系统，实现验潮仪检定/校准、检测实验自动化；摄像仪器301跟踪连续拍摄水位变化，且将拍摄信息同步传输到图像识别计算机。通过所述图像识别计算机对接收到的摄像信息进行图像识别，读出因瓦标准尺103的水位变化值，因瓦标准尺103的读值是软件处理的一条识别水基线，它重叠于透明管中的水迹线，水位读取误差优于±1mm。

并且，可以通过打印机将经过图像识别处理的摄像信息打印成表格文本。

具体地，图像通过局域网传输到电脑端，电脑端有图像识别软件进行读取水位值。电脑端通过485把水位值传输到控制器，控制器通过4G数据采集器把水位值传输到云端，手机APP通过互联网接收云端的水位值。

可以理解的是，水塔测井装置1反映水位变化，水位变化受水量控制管路组件2控制，摄像仪器302的移动与水塔测井装置1的透明容器内的水位变化是同步的，摄像仪器302的移动受控于控制中心的指令。摄像仪器302同步连续拍摄水塔测井装置1的透明容器内的水位变化，并将拍摄信息同步传输到图像识别计算机，通过软件图像识别处理同步传输到工控机，从显示器中可读水位变化同步值。闭环控制状态下，流量计的变化与水量控制器件的控制信息同步联调共享，随动平台装置的伺服驱动控制与管路设备给排水系统信息共享以实现水位变化同步随动。

本发明实施例提供一种基于图像识别的验潮仪检定系统，所述水塔测井装置、水量控制管路组件、随动平台装置以及信号控制中心形成闭环控制，所述信号控制中心通过控制水量控制器件以实现对输水管内的水流量进行控制，同时控制所述随动平台装置，使所述摄像仪器能够跟踪拍摄所述水塔测井装置的透明容器内的水位情况；所述摄像仪器拍摄到的水位变化信息又反馈到所述信号控制中心，其中，通过摄像仪器拍摄水位变化，利用图像识别技术识别水迹线，水位读取误差低于±1mm，相比起现有技术，提高检定验潮仪精度。在闭环控制状态下，根据所述预设水位值和所述实际水位值，同时利用信号控制中心的计算机进行高度模拟仿真运算，通过高精度流量控制及所述水塔测井装置内的水容量控制，从而模拟半日潮和全日潮的潮汐变化。

在一种具体实施方式中，所述水量控制管路组件2包括换向阀207；所述输水管分为第一管道、第二管道和第三管道；

所述第一管道和所述第二管道的其中一端分别与所述换向阀207连接，并且通过所述换向阀207汇聚成接入所述水塔测井装置1的进出水口的第三管道。

在本实施例中，所述第一管道为供水线路，来自待测水体的水流从管口进入所述输水管的第一管道，并依次经过所述换向阀207和所述第三管道流向所述水塔测井装置1的进出水口。

所述第二管道为排水线路，流水从所述水塔测井装置1的进出水口流出，并依次流经所述第三管道和所述换向阀207后，通过所述第二管道的排水口流出。

所述水量控制管路组件2包括液体泵204；所述液体泵204安装于所述输水管。

在本实施例中，流水流经所述输水管时，由于压力问题，流水不能在所述输水管中畅通流动，而液体泵204有助于水流在所述输水管管道中畅通流动。

所述水量控制管路组件2包括调节阀205；所述调节阀205具体为电动球阀、电动换向阀；所述电动球阀、所述电动换向阀均采用4～20mA模拟量控制方式。

所述调节阀205安装于所述输水管，且安装在水流流动方向上相对于所述液体泵204的安装位置的下游位置。

在本实施例中，所述调节阀205有利于使流经液体泵204的水流恢复平稳，并且能够控制水流流速。

所述流量计206安装于所述输水管，且安装在水流流动方向上相对于所述调节阀205的安装位置的下游位置。

在本实施例中，通过所述调节阀205，使水流的流动状态恢复到流经液体泵204前的流动状态(包括流速等参数)，从而有利于流量计206采集到准确的信息，提高流量计206的测量精度。

所述水量控制管路组件2还包括若干设于所述输水管管道的电动球阀201；所述电动球阀201受所述信号控制中心4控制，在系统检修时用于排气，电动球阀201进水时打开，排水时关闭。

所述输水管还设有压力传感器208；所述压力传感器208于所述信号控制中心4电连接。所述压力传感器208用于检测所述水塔测井装置1的内部水压。

请参见图1，优选地，所述输水管设有进水管口和排水管口；所述进水管口设有单向截止阀202；所述排水管口设有双向截止阀203；

所述输水管，从所述进水管口到所述排水管口的方向上，依次设置液体泵204、调节阀205、流量计206；

在所述流量计206和所述排水管口之间分出一条支线输水管，所述支线输水管上设有换向阀207、压力传感器208，而且所述支线输水管与设有液体泵204、调节阀205、流量计206的线路以并联方式连接；

所述换向阀207通过另一线路的输水管连接所述水塔测井装置1的进出水口。

向所述水塔测井装置1供水时，所述单向截止阀202开启且所述双向截止阀203关闭，调动换向阀207，使流水从所述进水管口进入，依次流经液体泵204、调节阀205、流量计206、换向阀207，最后从所述水塔测井装置1的进出水口流入所述水塔测井装置1；

从所述水塔测井装置1排水时，所述单向截止阀202关闭且所述双向截止阀203开启，调动换向阀207，流水从所述水塔测井装置1的进出水口流出，依次流经换向阀207、压力传感器208、液体泵204、调节阀205、流量计206，最后从所述排水管口排出。

所述信号控制中心4通过信号线路连接所述换向阀207、所述液体泵204、所述调节阀205。所述电动球阀201、所述电动换向阀207均采用4～20mA模拟量控制方式，实现水塔测量系统水位变化的精确控制。

通过对高精度流量计206输出的流量与水塔测井的比容进行计算，并反馈到信号控制中心4，调节阀205在指令下，对4～20mA模拟信号精度调节过流截面流量，实现精确水位变化与随动平台302移动同步联控，且可高精度模拟潮汐。

所述水塔测井装置1还设有标准水位计；所述标准水位计与所述信号控制中心连接并作为反馈信号源向所述信号控制中心传输信号。

所述水塔测井装置1还安装有温度传感器101。

所述水塔测井装置1，在所述具备水位标志的透明容器内的竖直方向上设有PVC透明管102和因瓦标准尺103；所述PVC透明管102与所述因瓦标准尺103长度相等且相互平行。

可以理解的是，从所述水塔测井装置1的进出水口进入所述透明容器的水会灌入所述PVC透明管102；所述因瓦标准尺103用于标量所述PVC透明管102内的水位。

所述随动平台装置3还包括随动平台302、滑动轨道303以及驱动所述随动平台302在所述滑动轨道303上移动的伺服系统；所述摄像仪器301安装于所述随动平台302；所述伺服系统、所述摄像仪器301分别连接所述信号控制中心4的移动控制端和视像接收端。

可以理解的是，所述随动平台302是由伺服驱动机构和随动平台302组合等组装而成，所述滑动轨道303是由铝合金桁架、轨道、齿条组合等组装而成。

本发明实施例提供一种基于图像识别的验潮仪检定系统，包括水塔测井装置、水量控制管路组件、随动平台装置以及信号控制中心；所述水量控制管路组件包括输水管；所述输水管的一端与所述水塔测井装置的进出水口连接，所述输水管的另一端接入待测量水体；所述水塔测井装置包括具有水位标志的透明容器；所述透明容器通过管道与所述水塔测井装置的进出水口连接；测量水位时，待测量水体的流水从所述输水管进入，并通过所述输水管及所述水塔测井装置的进出水口，最后进入所述水塔测井装置的透明容器；流水流经输水管时，利用流量计测量所述输水管管道内流水流量，并将流量信息发送到信号控制中心；所述信号控制中心驱动所述随动平台装置移动，以使安装在所述随动平台装置的摄像仪器能够跟踪拍摄所述透明容器内的水位情况，并且将拍摄到的水位变化信息反馈到所述信号控制中心。本发明通过测量透明容器的水位，能够间接测量待测量水体的水位同时免受管涌作用和水面不稳定的干扰，并且利用摄像仪器进行精准拍摄，能够避免人为因素导致误读刻度值。基于所述水位变化信息，所述信号控制中心利用图像识别技术加以分析从而进一步提高测量精度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，包括水塔测井装置、水量控制管路组件、随动平台装置以及信号控制中心；

所述水量控制管路组件包括输水管以及水量控制器件；所述输水管的一端与所述水塔测井装置的进出水口连接，所述输水管的另一端为进水口；所述水量控制器件与所述信号控制中心连接；

所述水塔测井装置设有具备水位标志的透明容器；所述透明容器的进出水口与所述水塔测井装置的进出水口连通；

所述随动平台装置设有用于跟踪拍摄所述透明容器内的水位情况的摄像仪器；所述随动平台装置与所述信号控制中心连接；

所述信号控制中心用于：

根据预设水位值，控制所述水量控制管路组件的输水管内的流量，以及控制所述水塔测井装置的透明容器里的水量，以模拟潮汐变化；

接收所述摄像仪器拍摄所述透明容器内的水位情况的图像数据并利用图像识别技术读出当前的实际水位值；

通过比较所述实际水位值以及验潮仪测量模拟潮汐得到的测量值，校验验潮仪的测量精度。

2.如权利要求1所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述水量控制管路组件包括用于测量所述输水管内水流量的流量计；所述流量计与所述信号控制中心连接并作为精准反馈信号源向所述信号控制中心传输信号。

3.如权利要求2所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述信号控制中心包括工控机、PLC器件和4G数据采集器；

所述工控机，用于接收所述摄像仪器拍摄到的图像数据以及所述流量计反馈的流量数据，并通过所述PLC器件控制所述水量控制器件和所述随动平台装置；

所述4G数据采集器，用于接收包括水位值的测量数据并将所述测量数据传输至云端。

4.如权利要求3所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述4G数据采集器还用于接收用户终端的操作指令或者向用户终端发送水位监控数据。

5.如权利要求2所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述水量控制器件包括液体泵；所述液体泵安装于所述输水管。

6.如权利要求5所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述水量控制器件包括调节阀；所述调节阀具体为电动球阀或电动换向阀；所述电动球阀或所述电动换向阀均采用4～20mA模拟量控制方式。

7.如权利要求6所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述水塔测井装置还设有标准水位计；所述标准水位计与所述信号控制中心连接并作为反馈信号源向所述信号控制中心传输信号。

8.如权利要求6所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述输水管设有进水管口和排水管口；所述进水管口设有单向截止阀；所述排水管口设有双向截止阀；

所述输水管，从所述进水管口到所述排水管口的方向上，依次设置液体泵、调节阀、流量计；

在所述流量计和所述排水管口之间分出一条支线输水管，所述支线输水管上设有换向阀、压力传感器，而且所述支线输水管与设有液体泵、调节阀、流量计的管路以并联方式连接；

所述换向阀通过另一线路的输水管连接所述水塔测井装置的进出水口。

9.如权利要求1所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，所述随动平台装置还包括随动平台、滑动轨道以及驱动所述随动平台在所述滑动轨道上移动的伺服系统；所述摄像仪器安装于所述随动平台；所述伺服系统、所述摄像仪器分别连接所述信号控制中心的移动控制端和视像接收端。

10.如权利要求1所述的基于图像识别的验潮仪检定系统，其特征在于，在所述具备水位标志的透明容器内的竖直方向上设有PVC透明管和因瓦标准尺；所述PVC透明管与所述因瓦标准尺长度相等且相互平行。

Images