泥沙含量现场测量系统及方法与流程

本发明涉及水文监测领域，尤其涉及一种泥沙含量现场测量系统及方法。

背景技术：

水文监测系统适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测，监测内容包括：水位、流量、流速、降雨(雪)、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等。水文监测系统采用无线通讯方式实时传送监测数据，可以大大提高水文部门的工作效率。

水文监测使用的传感技术是指从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器(又称换能器)、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。

技术实现要素：

为了解决相关领域的技术问题，本发明提供了一种泥沙含量现场测量系统及方法，能够采用非接触式的泥沙含量测量机制替换接触式的泥沙含量测量机制，从而提升了泥沙含量测量的智能化水平。

为此，本发明需要具备以下几处关键的发明点：

(1)在针对性图像处理的基础上，对处理后图像的各个黄色通道值执行算术平均值的计算，以获得对应的黄色参考值；

(2)计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量，对应的泥沙含量与差值成指数对应关系，所述差值为255减去所述黄色参考值得到的数值。

根据本发明的一方面，提供了一种泥沙含量现场测量系统，所述系统包括：

参数显示设备，设置在水文观测站的控制室内，用于显示接收到的泥沙含量；

水情拍摄设备，设置在水文观测站的水文检测点，用于对经过所述水文检测点的水面执行现场拍摄，以获得并输出相应的现场水面图像；

锐化执行设备，与所述水情拍摄设备连接，用于接收所述现场水面图像，对所述现场水面图像执行基于空域微分法的图像锐化处理，以获得对应的锐化处理图像；

组合滤波设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述锐化执行设备连接，用于对接收到的锐化执行图像执行组合滤波处理，以获得并输出对应的滤波处理图像；

通道解析设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述组合滤波设备连接，用于获取所述滤波处理图像，将所述滤波处理图像中的各个像素点的各个黄色通道值组成与所述滤波处理图像对应的黄色通道图像；

均值统计设备，与所述通道解析设备连接，用于对所述黄色通道图像的各个黄色通道值执行算术平均值的计算，以获得并输出对应的黄色参考值；

泥沙检测设备，分别与所述参数显示设备和所述均值统计设备连接，用于计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量；

其中，计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量包括：所述黄色参考值越接近255，则对应的泥沙含量越高；

其中，在所述泥沙检测设备中，对应的泥沙含量与差值成指数对应关系，所述差值为255减去所述黄色参考值得到的数值。

根据本发明的另一方面，还提供了一种泥沙含量现场测量方法，所述方法包括：

使用参数显示设备，设置在水文观测站的控制室内，用于显示接收到的泥沙含量；

使用水情拍摄设备，设置在水文观测站的水文检测点，用于对经过所述水文检测点的水面执行现场拍摄，以获得并输出相应的现场水面图像；

使用锐化执行设备，与所述水情拍摄设备连接，用于接收所述现场水面图像，对所述现场水面图像执行基于空域微分法的图像锐化处理，以获得对应的锐化处理图像；

使用组合滤波设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述锐化执行设备连接，用于对接收到的锐化执行图像执行组合滤波处理，以获得并输出对应的滤波处理图像；

使用通道解析设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述组合滤波设备连接，用于获取所述滤波处理图像，将所述滤波处理图像中的各个像素点的各个黄色通道值组成与所述滤波处理图像对应的黄色通道图像；

使用均值统计设备，与所述通道解析设备连接，用于对所述黄色通道图像的各个黄色通道值执行算术平均值的计算，以获得并输出对应的黄色参考值；

使用泥沙检测设备，分别与所述参数显示设备和所述均值统计设备连接，用于计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量；

其中，计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量包括：所述黄色参考值越接近255，则对应的泥沙含量越高；

其中，在所述泥沙检测设备中，对应的泥沙含量与差值成指数对应关系，所述差值为255减去所述黄色参考值得到的数值。

本发明的泥沙含量现场测量系统及方法设计简单、原理可靠。由于采用非接触式检测机制对水文观测站位置的水情执行泥沙含量的实地测量，从而提升了泥沙含量测量的效率和速度。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的泥沙含量现场测量系统所应用的水文观测站的外形示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的泥沙含量现场测量系统及方法的实施方案进行详细说明。

图像识别可能是以图像的主要特征为基础的。每个图像都有它的特征,如字母a有个尖，p有个圈、而y的中心有个锐角等。对图像识别时眼动的研究表明，视线总是集中在图像的主要特征上，也就是集中在图像轮廓曲度最大或轮廓方向突然改变的地方，这些地方的信息量最大。而且眼睛的扫描路线也总是依次从一个特征转到另一个特征上。由此可见，在图像识别过程中，知觉机制必须排除输入的多余信息,抽出关键的信息。同时,在大脑里必定有一个负责整合信息的机制，它能把分阶段获得的信息整理成一个完整的知觉映象。

在人类图像识别系统中，对复杂图像的识别往往要通过不同层次的信息加工才能实现。对于熟悉的图形,由于掌握了它的主要特征，就会把它当作一个单元来识别，而不再注意它的细节了。这种由孤立的单元材料组成的整体单位叫做组块，每一个组块是同时被感知的。在文字材料的识别中，人们不仅可以把一个汉字的笔划或偏旁等单元组成一个组块，而且能把经常在一起出现的字或词组成组块单位来加以识别。

在计算机视觉识别系统中，图像内容通常用图像特征进行描述。事实上，基于计算机视觉的图像检索也可以分为类似文本搜索引擎的三个步骤：提取特征、建索引build以及查询。

目前，在水文观测站处对泥沙含量的测量都是采用现场取水、测量环境下沉淀以及分量测量的多环节测量机制，这种测量机制采用接触式的模式执行，一方面，需要耗费大量的人力物力，另一方面，也耗费了大量的测量时间。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种泥沙含量现场测量系统及方法，能够有效解决相应的技术问题。

图1为根据本发明实施方案示出的泥沙含量现场测量系统所应用的水文观测站的外形示意图。

根据本发明实施方案示出的泥沙含量现场测量系统包括：

参数显示设备，设置在水文观测站的控制室内，用于显示接收到的泥沙含量；

水情拍摄设备，设置在水文观测站的水文检测点，用于对经过所述水文检测点的水面执行现场拍摄，以获得并输出相应的现场水面图像；

锐化执行设备，与所述水情拍摄设备连接，用于接收所述现场水面图像，对所述现场水面图像执行基于空域微分法的图像锐化处理，以获得对应的锐化处理图像；

组合滤波设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述锐化执行设备连接，用于对接收到的锐化执行图像执行组合滤波处理，以获得并输出对应的滤波处理图像；

通道解析设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述组合滤波设备连接，用于获取所述滤波处理图像，将所述滤波处理图像中的各个像素点的各个黄色通道值组成与所述滤波处理图像对应的黄色通道图像；

均值统计设备，与所述通道解析设备连接，用于对所述黄色通道图像的各个黄色通道值执行算术平均值的计算，以获得并输出对应的黄色参考值；

泥沙检测设备，分别与所述参数显示设备和所述均值统计设备连接，用于计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量；

其中，计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量包括：所述黄色参考值越接近255，则对应的泥沙含量越高；

其中，在所述泥沙检测设备中，对应的泥沙含量与差值成指数对应关系，所述差值为255减去所述黄色参考值得到的数值。

接着，继续对本发明的泥沙含量现场测量系统的具体结构进行进一步的说明。

所述泥沙含量现场测量系统中还可以包括：

flash闪存，分别与所述均值统计设备和所述泥沙检测设备连接，用于分别存储所述均值统计设备和所述泥沙检测设备的当前输出数据/当前输入数据。

所述泥沙含量现场测量系统中还可以包括：

频分双工通信接口，与所述均值统计设备连接，用于将所述均值统计设备的当前发送数据通过基于频分双工的无线通信线路进行发送。

所述泥沙含量现场测量系统中还可以包括：

zigbee通信设备，通过无线通信网络分别与所述均值统计设备和所述泥沙检测设备建立无线通信连接。

所述泥沙含量现场测量系统中：

所述均值统计设备和所述泥沙检测设备分别采用不同型号的asic芯片来实现；

其中，所述均值统计设备和所述泥沙检测设备被集成在同一块印刷电路板上。

根据本发明实施方案示出的泥沙含量现场测量方法包括：

使用参数显示设备，设置在水文观测站的控制室内，用于显示接收到的泥沙含量；

使用水情拍摄设备，设置在水文观测站的水文检测点，用于对经过所述水文检测点的水面执行现场拍摄，以获得并输出相应的现场水面图像；

使用锐化执行设备，与所述水情拍摄设备连接，用于接收所述现场水面图像，对所述现场水面图像执行基于空域微分法的图像锐化处理，以获得对应的锐化处理图像；

使用组合滤波设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述锐化执行设备连接，用于对接收到的锐化执行图像执行组合滤波处理，以获得并输出对应的滤波处理图像；

使用通道解析设备，设置在水文观测站的控制室内，与所述组合滤波设备连接，用于获取所述滤波处理图像，将所述滤波处理图像中的各个像素点的各个黄色通道值组成与所述滤波处理图像对应的黄色通道图像；

使用均值统计设备，与所述通道解析设备连接，用于对所述黄色通道图像的各个黄色通道值执行算术平均值的计算，以获得并输出对应的黄色参考值；

使用泥沙检测设备，分别与所述参数显示设备和所述均值统计设备连接，用于计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量；

其中，计算与所述黄色参考值对应的泥沙含量包括：所述黄色参考值越接近255，则对应的泥沙含量越高；

其中，在所述泥沙检测设备中，对应的泥沙含量与差值成指数对应关系，所述差值为255减去所述黄色参考值得到的数值。

接着，继续对本发明的泥沙含量现场测量方法的具体步骤进行进一步的说明。

所述泥沙含量现场测量方法还可以包括：

使用flash闪存，分别与所述均值统计设备和所述泥沙检测设备连接，用于分别存储所述均值统计设备和所述泥沙检测设备的当前输出数据/当前输入数据。

所述泥沙含量现场测量方法还可以包括：

使用频分双工通信接口，与所述均值统计设备连接，用于将所述均值统计设备的当前发送数据通过基于频分双工的无线通信线路进行发送。

所述泥沙含量现场测量方法还可以包括：

使用zigbee通信设备，通过无线通信网络分别与所述均值统计设备和所述泥沙检测设备建立无线通信连接。

所述泥沙含量现场测量方法中：

所述均值统计设备和所述泥沙检测设备分别采用不同型号的asic芯片来实现；

其中，所述均值统计设备和所述泥沙检测设备被集成在同一块印刷电路板上。

另外，zigbee是基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，zigbee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。zigbee是一种低速短距离传输的无线网络协议。zigbee协议从下到上分别为物理层(phy)、媒体访问控制层(mac)、传输层(tl)、网络层(nwk)、应用层(apl)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循ieee802.15.4标准的规定。

最后应注意到的是，在本发明各个实施例中的各功能设备可以集成在一个处理设备中，也可以是各个设备单独物理存在，也可以两个或两个以上设备集成在一个设备中。

所述功能如果以软件功能设备的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。