视频浮标测流系统的制作方法

本发明属于河流水文监测技术领域，具体涉及一种水文站监测河流流量的视频浮标测流系统。

背景技术：

水文监测具有极为重要的作用，涉及防洪安全、水文水利计算、水资源评价等各个方面，每年需要耗费大量的人力物力去完成监测任务。测流设备作为监测工作中不可或缺的设备起着至关重要的作用，目前水文站的测流设备大体有以下几种：

1、缆道设备，包括主副索、循环索、铅鱼及缆道控制系统，将流速仪安装在铅鱼上，由控制台对铅鱼进行垂直和水平运行的控制来进行测流。

2、桥测车，在机动车上安装悬臂、传动装置以及信号接收电路，在桥上将悬挂铅鱼的流速仪下放到水流中进行流速的测量。

3、浮标法测流，用浮标投放器将制作的人工浮标依次放到水流中，利用浮标流经上、下断面的时间来记录浮标历时，另外在上断面处安装经纬仪或小平板仪，配合中断面的测流人员来进行浮标起点距的定位。这样测流需要工作人员比较多，投放浮标需要一个人，上、中、下三个断面线上需要各站一个人，另外还要有经纬仪观测及记录人员，最少5个人方能完成这项工作。

4、比降面积法测流，利用水流的比降及断面面积等参数来计算流量。

5、ADCP流量剖面仪测流，利用ADCP测流设备进行流速、断面面积及流量的测量。

我国黄河中游地区大部分河流属于山区性河流，都是陡涨陡落型河道。每逢大雨或特大暴雨，洪水来势凶猛，流速高达7～8米，并且还有大量的漂浮物。面对这种河流情况，上述几种测流方法基本上都失去了它们应有的作用。首先，不能用缆道来测流，因为大量的漂浮物会刮坏流速仪，甚至会危及整个缆道系统及设备的安全。第二方法是桥测车测流，桥测车所悬挂的铅鱼一般都比较小，在流速高达7～8米并伴随大量漂浮物的情况下铅鱼及流速仪无法入水，否则会危及桥测车及测量人员的生命安全，如果在没有大桥的测站，更是谈不上用桥测车测流。第三种方法是用浮标法测流，这种方法是一种行之有效的测流方法，但是需要5个人相互配合才能完成测流工作，而目前大部分水文测站人员配备都不足5人，有的水文站甚至只有一到两人，所以此种方法也受到限制。第四种方法是用比降面积法，这种方法对比降的观测精度要求很高，否则算出的流量误差很大，不易推广。第五种方法是用ADCP设备测流，由于ADCP设备价值几十万元，需要安装在船侧，在7～8米的流速下容易翻船，况且ADCP设备也经不起大量漂浮物的摩擦碰撞，因此在中到大水的情况下不能采用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、性能稳定、操作方便、节省人力的视频浮标测流系统。

本发明的技术方案：一种视频浮标测流系统，包括视频图像采集系统、计算机终端控制系统和浮标；

所述视频图像采集系统包括上断面摄像机、中断面摄像机、下断面摄像机和上断面云台摄像机；

所述计算机终端控制系统包括设置在控制室的硬盘录像机和控制计算机；

所述上断面摄像机、中断面摄像机、下断面摄像机分别通过线缆与所述硬盘录像机连接；所述上断面云台摄像机通过线缆与控制计算机连接。

进一步的，所述上断面摄像机安装于测流河道旁，视线正对浮标上断面中心线；中断面摄像机安装于测流河道旁，视线正对浮标中断面中心线；下断面摄像机安装于测流河道旁，视线正对浮标下断面中心线。

进一步的，所述浮标上断面的河道旁安装可变焦、放大、旋转，对浮标进行跟踪以及浮标到达浮标中断面时起点距确定的上断面云台摄像机。

进一步的，所述上断面摄像机、中断面摄像机、下断面摄像机均采用红外矩阵摄像机。

进一步的，所述上断面云台摄像机采用红外矩阵摄像机。

进一步的，所述上断面摄像机与中断面摄像机之间的安装间距为100米，所述中断面摄像机与下断面摄像机之间的安装间距为100米。

进一步的，所述浮标可选用自然漂浮物或人工浮标。

本发明的有益效果：本发明的测流系统利用视频监控技术，实时显示水面浮标流经上、中、下三个断面线实况和图像，以完成水文监测工作，具备以下特点：

（1）传统的浮标法测流完全采用人工的方法，投放浮标需要一名工作人员，上、中、下三个断面线上需要各站一名工作人员，还需要至少一名经纬仪观测及记录人员，最少五人才能完成测流工作，费人、费时、费力，安全系数和测验精度都比较低；采用视频浮标测流系统最多只需要两人即可顺利完成测流工作，减少了人工瞄浮标、守断面、发信号、画图计算等过程，如果监测天然浮标，只需一人即可，极大的节省了人力、物力。

（2）传统的浮标法测流，测流人员都必须守在河道上下几百米的岸边，并且需要上、中、下各个断面上的工作人员用对讲机联络，还必须有观测设备及观测记录人员，洪水陡涨陡落，会随时危及测流人员的生命安全；视频浮标测流系统彻底地解决了这些问题，由人工肉眼观测浮标改为可放大、旋转、跟踪的云台摄像机观测，各个断面上也由摄像机替代人工观测记录，图像清晰，系统安全可靠，性能稳定，大大降低了安全隐患。

（3）传统的浮标法测流，全部依靠人工定位浮标轨迹，人为因素影响大，准确性差，不能准确反映水流情况，给后续水文分析带来误差；本发明采用摄像设备采集浮标运行轨迹，信号采用光纤传输，速度快、稳定性强，工作人员通过终端计算机系统的视频画面，点击鼠标来实现对浮标的历时以及起点距的测量，时效性强，精度高，在复杂的气候条件下也不影响使用；计算机将实测的各项数据存储或通过打印机输出，即可得到符合规范要求的流量计算表，同时还能实测视频存储，便于后续洪水考证分析工作的进行。

本发明解决了河流中、高水时高流速、漂浮物极多，先进设备（测流缆道、ADCP等）在高流速及漂浮物较多的情况下无法下水测验时的流量监测任务，大量地节省了人力物力，改变了过去工作人员在河边现场跟踪测验目标进行观测的状况，使测验工作人员坐在计算机前利用视频系统就可以精确计算，保证了人身安全和技术安全，该设备构思新颖，性能稳定可靠，操作简单易行，不仅适用于山区性河流水文站，在其他类型的水文站应用上，优势更加明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明使用时现场模拟工作状态示意图；

图中：1-上断面摄像机、2-中断面摄像机、3-下断面摄像机、4-上断面云台摄像机、5-硬盘录像机、6-控制计算机。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，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其中一个实施例，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。

如图1、2所示，一种视频浮标测流系统，包括视频图像采集系统、计算机终端控制系统和浮标；

所述视频图像采集系统包括上断面摄像机1、中断面摄像机2、下断面摄像机3和上断面云台摄像机4；

所述计算机终端控制系统包括设置在控制室的硬盘录像机5和控制计算机6；

所述上断面摄像机1、中断面摄像机2、下断面摄像机3分别通过线缆与所述硬盘录像机5连接；所述上断面云台摄像机4通过线缆与控制计算机6连接。

进一步的，所述上断面摄像机1安装于测流河道旁，视线正对浮标上断面中心线；中断面摄像机2安装于测流河道旁，视线正对浮标中断面中心线；下断面摄像机4安装于测流河道旁，视线正对浮标下断面中心线。

进一步的，所述浮标上断面的河道旁安装可变焦、放大、旋转，对浮标进行跟踪以及浮标到达浮标中断面时起点距确定的上断面云台摄像机4。

进一步的，所述上断面摄像机1、中断面摄像机2、下断面摄像机3均采用红外矩阵摄像机。

进一步的，所述上断面云台摄像机4采用红外矩阵摄像机。

进一步的，所述上断面摄像机1与中断面摄像机2之间的安装间距为100米，所述中断面摄像机2与下断面摄像机3之间的安装间距为100米。

进一步的，所述浮标可选用自然漂浮物或人工浮标。

本系统工作时，人工或自动投放浮标，也可监测自然漂浮物，操作室内的工作人员通过连接于上断面摄像机1、中断面摄像机2、下断面摄像机3的硬盘录像机5的显示设备即可清楚的看到浮标何时流经各个断面，当浮标流经各断面中心线的瞬间，工作人员通过控制计算机6上的操作系统界面，即可点击鼠标记录下浮标流经各断面中心线的历时及流经中断面时的起点距，进而计算出断面流量，控制计算机6将实测的各项数据存储或通过打印设备输出，即可得到符合规范要求的流量计算表，便于后续洪水考证分析工作的进行。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的保护范围，在本发明说明书基础上所做的等同替换、改进，或直接、间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围之内。