CN115002415A - 一种水渠监控装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水渠监控装置及系统，所述控制器通过水位计实时采集水渠的水位高度，并结合预设的水渠类型，生成水渠流量，将所述水渠流量和图像采集模块采集到的水渠图像，将所述水渠流量叠加在所述水渠图像上生成监控图像，并通过所述无线模块将所述监控图像上传至监控平台，其中，在监控平台上可以根据查询的指令直观的查看时刻和时段内水渠图像或数据，解决现有技术中无法对水渠进行实时监测的问题。

Description

一种水渠监控装置及系统
技术领域
本发明涉及户外监控领域，特别涉及一种水渠监控装置及系统。
背景技术
随着我国物联网技术在农业领域的快速发展，水渠是灌溉系统中重要的输水系统，因此需要对其进行监测和水流量的控制，传统方法监控存在不实时也不方便的情况，需要人工定时去现在勘测，人工计算出水的流量，存在不准确因素。最主要的是不能对水渠流量有一个长时间的数据统计，也无法合理的控制水流，造成使用不合理和浪费的情况。目前对水流量测量主要是对大江、大河、大湖泊等大型的运用场景，使用的都是比较精密的电子测试仪器，这种仪器价格昂贵，体型较大，很不适合使用在一些小型水渠中运用，而且水渠分布众多，如果都采取这种价格昂贵的仪器，就需要大量的经费，无法在小型水渠普及运用。
有鉴于此，提出本申请。
发明内容
本发明公开了一种水渠监控装置及系统，旨在解决现有技术中无法对水渠进行实时监测的问题。
本发明第一实施例提供了一种水渠监控装置，包括：控制器、水位计、供电模块、无线模块、以及图像采集模块；
所述供电模块与所述控制器的电源端电气连接，所述水位计、所述图像采集模块与所述控制器的输入端电气连接，所述无线模块与所述控制器的射频端电气连接；
所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
获取由所述图像采集模块采集到的水渠图像、以及由所述水位计采集到的水位数据；
获取预设的水渠类型，并根据所述水渠类型以及水位数据，生成水渠流量；
将所述水渠流量叠加在所述水渠图像上生成监控图像，并通过所述无线模块将所述监控图像上传至监控平台。
优选地，所述水渠类型包括梯形渠道、矩形渠道、以及U型渠道。
优选地，所述获取预设的水渠类型，并根据所述水渠类型以及水位数据，生成水渠流量，具体为：
根据所述水渠类型、以及所述水位数据确定过水断面面积、以及湿周；
调用流量计算模型，对所述过水断面面积、以及所述湿周进行运算，生成当前的水渠流量，其中，所述流量计算模型为：
Figure BDA0003671482740000031
其中，Q为断面流量，A为过水断面面积，n水渠糙率，Pw为湿周，J 水力坡度。
优选地，所述无线模块为4G/5G模块。
优选地，所述供电模块包括电池模块以及太阳能模块；
其中，所述电池模块的输出端与所述控制器的电源端电气连接，所述太阳能模块的输出端与所述控制器的电源端电气连。
本发明第二实施例提供了一种水渠监控系统，其特征在于，包括监管平台以及如上任意一项所述的一种水渠监控装置,其中，所述控制器通过所述无线模块与所述监控平台建立无线通讯；
其中，所述监管平台被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
接收由水渠监控装置上传的监控图像；
提取所述监控图像中的水渠流量数据、以及对应的时间数据，并将所述水渠流量数据、时间数据、以及监控图像保存在数据库中。
优选地，还包括：
接收时段查询指令；
根据所述时段查询指令提取该时段内对应的水渠流量数据和时间数据，并生成柱状图进行展示。
优选地，还包括：
接收时刻查询指令；
根据所述时刻查询指令，展示与该时刻对应的监控图像。
基于本发明提供的一种水渠监控装置及系统，所述控制器通过水位计实时采集水渠的水位高度，并结合预设的水渠类型，生成水渠流量，将所述水渠流量和图像采集模块采集到的水渠图像，将所述水渠流量叠加在所述水渠图像上生成监控图像，并通过所述无线模块将所述监控图像上传至监控平台，其中，在监控平台上可以根据查询的指令直观的查看时刻和时段内水渠图像或数据，解决现有技术中无法对水渠进行实时监测的问题。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种水渠监控装置的执行步骤流程示意图；
图2是本发明提供的矩形水渠计算过程示意图；
图3是本发明第一实施例提供的监控平台的执行步骤流程示意图。
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做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。
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明公开了一种水渠监控装置及系统，旨在解决现有技术中无法对水渠进行实时监测的问题。
本发明第一实施例提供了一种水渠监控装置，包括：控制器、水位计、供电模块、无线模块、以及图像采集模块；
所述供电模块与所述控制器的电源端电气连接，所述水位计、所述图像采集模块与所述控制器的输入端电气连接，所述无线模块与所述控制器的射频端电气连接；
需要说明的是，在本实施例中，所述控制器可以采用海思3536c芯片 (不仅限于此)，其中，所述控制器可以通过所述水位计采集到水渠中的水位，所述图像采集模块可以是摄像机，其可以采集图像数据，也可以用于采集视频数据，其可以根据实际情况进行设置，这里不做具体限定，本实施例中，所述图像采集装置可以是每隔预设时间采集一次图像，例如30分钟后者60分钟，其间隔可以根据实际情况设置，可以通过由监控平台下发控制指令进行调整图像采集的间隔。
在本发明一个可能的实施例中，所述无线模块可以为4G/5G模块。
需要说明的是，4G/5G模块可以提高与监控平台的交互效率，在其他实施例中，还可以采用NB-IOT设备来进行与监控平台或终端进行通讯，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本发明一个可能的实施例中，所述供电模块包括电池模块以及太阳能模块；
其中，所述电池模块的输出端与所述控制器的电源端电气连接，所述太阳能模块的输出端与所述控制器的电源端电气连。
需要说明的是，所述控制器通过光照识别传感器来识别现在阳光照射情况，如果当前阳光充足则使用太阳能板给模块供电，同时也会给电池充电。如果当前阳光不足则改为电池给模块供电。采用电池和太阳能板混合供电能增强系统的稳定性和实用性。
请参阅图1，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
S101，获取由所述图像采集模块采集到的水渠图像、以及由所述水位计采集到的水位数据；
需要说明的是，在本实施例中，所述水位计可以是超声波水位计，用来采集水渠水位的高度值(及水位数据)，当然，在其他实施例中，还可以采用其他类型的水位计，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
S102，获取预设的水渠类型，并根据所述水渠类型以及水位数据，生成水渠流量；
需要说明的是，所述水渠类型可以包括梯形渠道、矩形渠道、以及U 型渠道，当然，本实施例提出是针对较为常见的水渠，其他可以根据实际情况添加水渠的类型。
具体地，在本实施例中，根据所述水渠类型、以及所述水位数据确定过水断面面积、以及湿周；
调用流量计算模型，对所述过水断面面积、以及所述湿周进行运算，生成当前的水渠流量，其中，所述流量计算模型为：
Figure BDA0003671482740000081
其中，Q为断面流量，A为过水断面面积，n水渠糙率，Pw为湿周，J 水力坡度。
以下对水渠流量计算更具体地说明：
水渠流量Q＝Av
“Q”为通过某一断面流量，需要计算的水渠瞬时流量值，单位m3/s。
“A”为过水断面面积,根据不同类型水渠及公式计算面积，单位m2。
“v”为通过该断面平均流速,依据谢才公式计算，单位m/s，谢才公式为：
Figure BDA0003671482740000082
R＝A/Pw；
其中，“v”为断面平均流速，即我们需要计算出来的流速值，单位： m/s。“C”为谢才系数，需要通过曼宁公式计算出来，曼宁公式如下；
Figure BDA0003671482740000083
“n”为水渠糙率
“R”为水力半径，需要通过A(过水断面面积)和Pw(湿周)计算出来。
“J”为水力坡度。
整理最终计算公式为
Figure BDA0003671482740000091
通过上面的公式可以知道,只要知道水渠糙率n、水力坡度J、过水断面面积A和湿周Pw就可以计算出水渠流量。而水渠糙率n、水力坡度J 都是固定值，可通过控制终端界面配置。过水断面面积A和湿周Pw需通过水渠计算得到。
以下用一个例子来进行阐述，以矩形水渠为例，如图2所示：
过水断面A＝水深高度*下底宽度；
湿周Pw＝水深高度*2+下底宽度；
水深高度，通过水位传感器测量得到，下底宽度可以在前期经过测量后配置在所述控制器中。
S103，将所述水渠流量叠加在所述水渠图像上生成监控图像，并通过所述无线模块将所述监控图像上传至监控平台。
本发明第二实施例提供了一种水渠监控系统，其特征在于，包括监管平台以及如上任意一项所述的一种水渠监控装置,其中，所述控制器通过所述无线模块与所述监控平台建立无线通讯；
请参阅图3，其中，所述监管平台被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
S201，接收由水渠监控装置上传的监控图像；
S202，提取所述监控图像中的水渠流量数据、以及对应的时间数据，并将所述水渠流量数据、时间数据、以及监控图像保存在数据库中。
需要说明的是，所述监控平台可以是一个云端的服务器，终端(例如手机、电脑)可以通过访问所述监控平台来进行查看水渠的流量数据，本实施例中，其接收到的监控图像包括当前时刻的水渠图像以及对应水流量信息，其可以通过对所述监控图像进行解析，获得时刻数据，以及与时刻数据对应的流量数据，可以将其保留在数据库中，以便后续进行查看。
在本发明一个可能的实施例中，还包括：
接收时段查询指令；
根据所述时段查询指令提取该时段内对应的水渠流量数据和时间数据，并生成柱状图进行展示。
需要说明的是，时段查询指令可以是一天、一周、或者几个小时内，本实施例中可以该时段内采集到流量数据和时间数据生成柱状图，以便管理者可以直观的查看水流量信息。
在本发明一个可能的实施例中，还包括：
接收时刻查询指令；
根据所述时刻查询指令，展示与该时刻对应的监控图像。
需要说明的是，在本实施例中，由于摄像头的采集时间点是间隔的，而非实时进行采集，在接收到查询指令时，可以将与所查询的时刻最接近的监控图像展示给管理者。
基于本发明提供的一种水渠监控装置及系统，所述控制器通过水位计实时采集水渠的水位高度，并结合预设的水渠类型，生成水渠流量，将所述水渠流量和图像采集模块采集到的水渠图像，将所述水渠流量叠加在所述水渠图像上生成监控图像，并通过所述无线模块将所述监控图像上传至监控平台，其中，在监控平台上可以根据查询的指令直观的查看时刻和时段内水渠图像或数据，解决现有技术中无法对水渠进行实时监测的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种水渠监控装置，其特征在于，包括：控制器、水位计、供电模块、无线模块、以及图像采集模块；
所述供电模块与所述控制器的电源端电气连接，所述水位计、所述图像采集模块与所述控制器的输入端电气连接，所述无线模块与所述控制器的射频端电气连接；
所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
获取由所述图像采集模块采集到的水渠图像、以及由所述水位计采集到的水位数据；
获取预设的水渠类型，并根据所述水渠类型以及水位数据，生成水渠流量；
将所述水渠流量叠加在所述水渠图像上生成监控图像，并通过所述无线模块将所述监控图像上传至监控平台。
2.根据权利要求1所述的一种水渠监控装置，其特征在于，所述水渠类型包括梯形渠道、矩形渠道、以及U型渠道。
3.根据权利要求1所述的一种水渠监控装置，其特征在于，所述获取预设的水渠类型，并根据所述水渠类型以及水位数据，生成水渠流量，具体为：
根据所述水渠类型、以及所述水位数据确定过水断面面积、以及湿周；
调用流量计算模型，对所述过水断面面积、以及所述湿周进行运算，生成当前的水渠流量，其中，所述流量计算模型为：
Figure FDA0003671482730000021
其中，Q为断面流量，A为过水断面面积，n水渠糙率，Pw为湿周，J水力坡度。
4.根据权利要求1所述的一种水渠监控装置，其特征在于，所述无线模块为4G/5G模块。
5.根据权利要求1所述的一种水渠监控装置,其特征在于，所述供电模块包括电池模块以及太阳能模块；
其中，所述电池模块的输出端与所述控制器的电源端电气连接，所述太阳能模块的输出端与所述控制器的电源端电气连。
6.一种水渠监控系统，其特征在于，包括监管平台以及如权利要求1至5任意一项所述的一种水渠监控装置,其中，所述控制器通过所述无线模块与所述监控平台建立无线通讯；
其中，所述监管平台被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
接收由水渠监控装置上传的监控图像；
提取所述监控图像中的水渠流量数据、以及对应的时间数据，并将所述水渠流量数据、时间数据、以及监控图像保存在数据库中。
7.根据权利要求6所述的一种水渠监控系统,其特征在于，还包括：
接收时段查询指令；
根据所述时段查询指令提取该时段内对应的水渠流量数据和时间数据，并生成柱状图进行展示。
8.根据权利要求6所述的一种水渠监控系统,其特征在于，还包括：
接收时刻查询指令；
根据所述时刻查询指令，展示与该时刻对应的监控图像。
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CN116011163A (zh) * 2023-02-07 2023-04-25 江阴市千里马电工材料有限公司 基于水渠检测的双向电缆铺设需求解析系统

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