CN113865644B - 一种场所内排水设施运行监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种场所内排水设施运行检测系统，所述系统可基于拍摄的实时降雨视频及场所内实时监测的水位信息对场所内排水设施的运行状态进行监测，具体是首先基于拍摄的降雨视频反演获得实时降雨强度信息，预测场所内雨水流量并预判场所内是否淹水，结合场所内实时监测的水位信息对预判结果进行分析，当出现预判结果与水位监测结果情况不符时，则启动故障检修报警。本发明推广铺设成本低，具有实时性、全天候的监测能力，可建立庞大的数据库，通用性强。

Description

一种场所内排水设施运行监测系统

技术领域

本发明属于水文气象监测技术领域，具体涉及一种场所内排水设施运行监测系统，尤其适用于停车场、隧道或涵洞等易发生淹水的场所。

背景技术

随着机动车保有量快速增加，越来越多的人关注车辆安全，故停车场、隧道灯场所的安全愈来愈被人们所重视，这些场所往往会因为排水系统无法正常运行而在雨天出现淹水情况，所以对其排水设施进行监测是势在必行。但是现有的监测技术通常是利用雨量站、雷达监测和卫星检测来获得雨强数据，但是，雨量站的空间代表性差，不能满足空间跨度大的城市雨量监测需求；雷达监测空中的雨量，不满足对于地面的精细化监测；卫星监测时空分辨率低，同样也不满足对于地面的精细化监测。

针对上述需求，本发明提供了一种场所内排水设施运行监测系统，本发明可以弥补现有技术的时空识别分辨率低、局域性不强以及时间消耗大等弊端，可提供精细化的实时监测降雨强度，从而提高排水设施运行监测实时性与准确性。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种场所内排水设施运行监测系统，采用本发明的系统克服现有技术的不足，尤其可实现实时、精准监测场所内排水设施的运行状态，从而及时发现问题及时检修。

本发明采用的技术方案如下：

一种场所内排水设施运行监测系统，可基于拍摄的实时降雨视频及场所内实时监测的水位信息对场所内排水设施的运行状态进行监测，具体是首先基于拍摄的降雨视频反演获得实时降雨强度信息，预测场所和雨水流量并预判场所内是否淹水，结合场所内实时监测的水位信息对预判结果进行分析，当出现预判结果与水位监测结果情况不符时，则启动故障检修报警。

进一步，所述降雨视频拍摄时摄像机应安置在高于场所出入口处且拍摄画面应恰好对准场所出入口。

进一步，所述的基于拍摄的降雨视频反演获得实时降雨强度信息，具体方法是先采用LSPIV对视频中的连续帧进行分析，结合透视原理，提取出画面对应区域的实际最大雨滴速度值，根据所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率以及对应雨滴的雨滴直径确定雨滴谱分布函数的形状参数，最后根据降雨强度-形状参数经验公式，获得实时降雨强度。

进一步，预测场所内雨水流量，具体根据下式获得：

Q_S＝qΨF

式中Q_S是雨水流量，q为实时降雨强度，Ψ为径流系数，F为场所内汇水面积。

其中，所述的场所内汇水面积应不大于2km²。

进一步的，将雨水流量与场所内设计排水能力进行比较，当雨水流量大于设计排水能力则预判发生淹水，否则预判为无淹水；水位监测结果为0或非0,0对应无淹水，非0对应淹水；当二者不相符则启动故障检修报警。

本发明中所述的场所为停车场、涵洞、或隧道。

具体的，本发明中所述系统包括：摄像设备、处理器、实时水位监测装置、故障检修报警装置，所述摄像设备用于拍摄降雨视频，并将其传输至处理器，由处理器处理降雨视频得到降雨强度信息、获得雨水流量并预判是否淹水，实时水位监测装置将检测的水位信息传输至处理器，由处理器判断结果与水位监测结果是否一致，当二者不一致则由处理器控制故障检修报警装置报警。

本发明的有益效果是：本发明的系统推广铺设成本低，具有实时性、全天候的监测能力，可建立庞大的数据库，通用性强。

附图说明

图1是本发明场所内排水设施运行监测系统的框图。

图2是说本发明系统获得雨水流量的处理流程示意图。

图3是说明通过构成图1的场所内排水设施运行监测系统的淹水预判系统的判断标准。

图4是说明通过构成图1的场所内排水设施运行监测系统的实时水位监测系统的框图。

图5是说明通过构成图4的场所内排水设施运行监测系统的实时水位监测系统的处理流程的流程图。

图6是本发明中系统判断是否启动警报的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

本发明提供一种可用于停车场、隧道或涵洞等场所内排水设施运行监测系统，该系统可以包括：摄像设备、处理器、实时水位监测装置、故障检修报警装置，如图1所示，该系统的工作流程是首先所述摄像设备拍摄降雨视频，并将其传输至处理器，由处理器处理降雨视频得到降雨强度信息、获得雨水流量并预判是否淹水，实时水位监测装置将监测的水位信息传输至处理器，由处理器判断预判结果与水位监测结果是否一致，当二者不一致则由处理器控制故障检修报警装置报警。即所述系统可基于拍摄的实时降雨视频及场所内实时监测的水位信息对场所内排水设施的运行状态进行实时的、精确的监测。

具体的，结合下述具体实例详细说明：

本具体实例是一种全天候在线的停车场排水设施运行监测系统，包括摄像监测设备、视频传输系统、处理器(具体包括电脑运行终端、淹水预判输出系统、核对系统)、实时水位监测系统、设施故障检修提醒系统。

摄像监测设备采用道路摄像机及监控立杆，道路监控安置于监控立杆上，安置高度为5～6米，调整摄像镜头至拍摄画面恰好对准停车场出入口。

视频传输系统的拍摄视频画质清晰度设置为1080P。

如图2所示，电脑运行终端包括基于雨滴速度的视频反演降雨强度程序和转换机制，电脑运行终端接收由视频传输系统输出的拍摄视频，并通过基于雨滴速度的视频反演降雨强度程序获得实时降雨强度，将所得的实时降雨强度通过转换机制获得雨水流量，具体步骤如下：

1)：基于雨滴速度的视频反演降雨强度程序运算出实时降雨强度q，单位为mm/min，所述视频反演降雨强度程序如下：

采用LSPIV对视频中的连续帧进行分析，结合透视原理，提取出画面对应区域的实际最大雨滴速度值，具体如下：

(1)对连续两帧图像进行灰度化处理后，进行帧差处理得到雨滴运动图像；

(2)对雨滴运动图像进行划分网格，遍历网格读取灰度值，灰度不为零的区域即为雨滴可能位置；划分网格时网格大小应大于等于可能出现的最大雨滴直径；

(3)对雨滴运动图像上出现雨滴可能位置的网格进行对比，寻找形状相关性最强的两个网格，为同一滴雨滴在两帧时间里的不同图像，所述两个网格底边纵坐标差值为图像下落改变量；

(4)运用透视原理，得到实际雨滴下落改变量H：

其中，f为镜头的焦距，L为镜头至被摄取物体的距离，a为图像雨滴下落改变量；

结合两帧时间差可以得到雨滴实际下落速度；

(5)得到雨滴运动图像中全部雨滴的实际下落速度，得到其中最大雨滴速度值。

根据所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率(exceedingprobability)以及对应雨滴的雨滴直径确定雨滴谱分布函数的形状参数，最后根据降雨强度-形状参数经验公式，获得降雨强度，具体是：

最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率Z根据相邻两帧任一帧画面中包含雨滴的有效网格个数M进行推算：

其中有效网格指相邻两帧内雨滴均在画面内时，包含这些雨滴的网格。

雨滴直径D根据Atlas雨滴速度经验公式获得：

v＝9.65-10.3e^-0.6D

其中v为雨滴速度。

雨滴谱分布函数的形状参数λ采用下述公式确定：

降雨强度-形状参数经验公式为：λ＝4.1P^-0.21，其中P为降雨强度，λ为形状参数。

2)：径流系数Ψ是根据住房城乡建设部关于发布国家标准《室外排水设计规范》中关于不同地面的径流系数取值；

表1本发明实施例的径流系数根据《室外排水设计规范》中不同地面的径流系数

3)：依据工程实地勘察结果，计算出停车场汇水面积Fm²，其中集汇水面积F≤2km²。

4)：采用推理公式法计算出雨水流量(m³/min)。

Q_S＝qΨF

式中Q_S是雨水流量，q为实时降雨强度，Ψ为径流系数。

如图3所示，淹水预判系统与电脑运行终端连接并接收其输出信息，同时停车场设计排水能力输入到淹水预判系统，输出信息与停车场设计排水能力按以下步骤比较，并向后输出信息：

1)若设计排水能力大于或等于雨水流量，则不产生积水，故输出信息为“预判无淹水”；

2)若设计排水能力小于雨水流量，则产生积水并会积累，故输出信息为“预判发生淹水”。图3中停车场设计排水能力为10m³/min。

实时水位监测系统的包括监测设备、水位监测终端、信息传输系统和供电系统。其监测设备可采用电子水尺，信息传输系统采用GPRS无线网格，水位监测终端可采用太阳能与市电互补供电型水位检测终端，如图4～图5所示，水位监测系统的供电包括太阳能电池板、蓄电池、市电220V开关电源和太阳能市电互补控制器，正常情况下，水位检测终端供电方式为蓄电池加太阳能电池板供电，在太阳能用尽时，通过太阳能市电互补控制器自动切换为市电供电，水位监测终端接收电子水尺的无线信号，通过远程召测获得实时水位数据，通过GPRS无线网络输出信息。

停车场在无淹水情况下，电子水尺输出数值为0，而出现淹水情况后，电子水尺的输出数值大于0，并且随着降雨，输出数值不断增大。

如图6所示，核对系统同时接收淹水预判系统与实时水位监测系统的输出信息，并决定设施故障检修系统是否启动，核对系统内按以下步骤进行运行，并向设施故障检修系统输出信号：

1)若淹水预判系统的输出信息为“预判无淹水”，而实时水位监测系统输出非0，说明预判错误，停车场实际出现淹水现象，则输出“情况不符”；

2)若淹水预判系统的输出信息为“预判发生淹水”，且实时水位监测系统输出非0，说明预判正确，停车场确实出现淹水现象，则输出“情况相符”。

3)若淹水预判系统的输出信息为“预判无淹水”，，且实时水位监测系统输出0，说明预判正确，停车场确实无淹水现象，则输出“情况相符”。

4)若淹水预判系统的输出信息为“预判发生淹水”，而实际水位监测系统输出0，说明预判错误，停车场实际无淹水现象，则输出“情况不符”

故障检修提醒系统在接收核对系统输出信息后，按以下步骤运行：

1)若接收信息为“情况相符”，说明停车场排水设施运行正常，则不启动故障检修提醒警报；

2)若接收信息为“情况不符”，说明停车场排水设施运行异常，则启动故障检修提醒警报，进行人工设施故障检修。

Claims (5)

1.一种场所内排水设施运行监测系统，其特征在于，所述的场所为停车场、涵洞、或隧道；所述系统可基于拍摄的实时降雨视频及场所内实时监测的水位信息对场所内排水设施的运行状态进行监测，具体是首先基于拍摄的降雨视频反演获得实时降雨强度信息，预测场所内雨水流量并预判场所内是否淹水，结合场所内实时监测的水位信息对预判结果进行分析，当出现预判结果与水位监测结果情况不符时，则启动故障检修报警；所述的基于拍摄的降雨视频反演获得实时降雨强度信息，方法是先采用LSPIV对视频中的连续帧进行分析，结合透视原理，提取出画面对应区域的实际最大雨滴速度值，具体如下：

(1)对连续两帧图像进行灰度化处理后，进行帧差处理得到雨滴运动图像；

(2)对雨滴运动图像进行划分网格，遍历网格读取灰度值，灰度不为零的区域即为雨滴可能位置；划分网格时网格大小应大于等于可能出现的最大雨滴直径；

(3)对雨滴运动图像上出现雨滴可能位置的网格进行对比，寻找形状相关性最强的两个网格，为同一滴雨滴在两帧时间里的不同图像，所述两个网格底边纵坐标差值为图像下落改变量；

(4)运用透视原理，得到实际雨滴下落改变量H：

其中，f为镜头的焦距，L为镜头至被摄取物体的距离，a为图像雨滴下落改变量；

结合两帧时间差可以得到雨滴实际下落速度；

(5)得到雨滴运动图像中全部雨滴的实际下落速度，得到其中最大雨滴速度值；

再根据所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率以及对应雨滴的雨滴直径确定雨滴谱分布函数的形状参数，最后根据降雨强度-形状参数经验公式，获得实时降雨强度，具体是：

最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率Z根据相邻两帧任一帧画面中包含雨滴的有效网格个数M进行推算：

其中有效网格指相邻两帧内雨滴均在画面内时，包含这些雨滴的网格；

雨滴直径D根据Atlas雨滴速度经验公式获得：

v＝9.65-10.3e^-0.6D

其中v为雨滴速度；

雨滴谱分布函数的形状参数λ采用下述公式确定：

降雨强度-形状参数经验公式为：λ＝4.1P^-0.21，其中P为降雨强度，λ为形状参数。

2.根据权利要求1所述的场所内排水设施运行监测系统，其特征在于，所述降雨视频拍摄时摄像机应安置在高于场所出入口处且拍摄画面应恰好对准场所入口。

3.根据权利要求1所述的场所内排水设施运行监测系统，其特征在于，预测场所内雨水流量，具体根据下式获得：

Q_S＝qΨF

式中Q_S是雨水流量，q为实时降雨强度，Ψ为径流系数，F为场所内汇水面积。

4.根据权利要求1所述的场所内排水设施运行监测系统，其特诊在于，所述的场所内汇水面积要求不大于2km²。

5.根据权利要求1所述的场所内排水设施运行监测系统，其特征在于，将雨水流量与场所内设计排水能力进行比较，当雨水流量大于设计排水能力则预判发生淹水，否则预判为无淹水；水位监测结果为0,或非0，非0对应淹水；当二者不相符合时则启动故障检修报警。