基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，包括前端采集设备、数据处理中心、通讯系统、客户移动终端和管理显示器；所述系统采用树形无线网络结构，每一个叶节点连接一个数据采集终端；所述前端采集设备通过所述通讯系统分别与所述数据处理中心和所述客户移动终端通信相连，用以接收所述数据处理中心和所述客户移动终端发送的采集水位图像的指令，对水位画面进行采集和解析并回传现场图像至所述数据处理中心和所述客户移动终端；所述数据处理中心还与所述管理显示器连接，用以显示数据。本发明专利技术实现非接触式采集。采用视频采集方法，使得智能采集设备无需接触水面，避免了传统采集设备机械故障高、非线性误差大等缺点。

Lean dispatching water regime remote monitoring system based on machine vision and 4G communication technology

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统
本专利技术涉及水位监测领域，特别是一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统。
技术介绍
近年来，自然灾害事件频发，台风洪水等恶劣气候给电网安全带来严峻考验，也给水口电站防洪效益的发挥和安全经济运行带来了一定压力。合理完善水口水库水情测报站点数据信息，精确测算入库水量信息，做好来水精准预测和科学调度成为水库调度精益管理的重中之重。长期以来，水情测报系统是通过浮子测量法在现场采集数据，并依靠2G通道传输数据，具有典型接触式传感器存在的机械故障高、非线性误差大等缺点。而以超声波、雷达、激光为代表的非接触式感知方式的突出的问题是成本高、易受周围环境干扰、通用性不强。且采用以上两种感知手段的共同问题是传输带宽窄，无法实现可视化，维护不便、查询困难，特别是当出现传感器故障时，无法及时干预，造成测量数据的准确性无法度量。缺乏实时、准确、直观、可视化的数据获取，给应对洪水灾害的应急处置，以及水库的长期精益调度管理带来困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，实现对测量点标准水尺的水位测量图像进行采集、识别和信息交互。本专利技术采用以下方案实现：一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，包括多个前端采集设备、数据处理中心、通讯系统、客户移动终端和管理显示器；所述系统采用树形无线网络结构，每一个叶节点连接一个前端采集设备；所述前端采集设备通过所述通讯系统分别与所述数据处理中心和所述客户移动终端通信相连，用以接收所述数据处理中心和所述客户移动终端发送的采集水位图像的指令，对水位画面进行采集和解析并回传现场图像至所述数据处理中心和所述客户移动终端；所述数据处理中心还与所述管理显示器连接，用以显示数据；所述前端采集设备包括4G可编程RTU设备和智能识别摄像机；所述4G可编程RTU设备和所述智能识别摄像机通信相连，用以远程控制摄像头放大、对焦、镜头移动和补光并获取摄像头拍摄的实时视频；所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度。进一步地，所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度包括以下步骤：步骤SA：对获取的所述实时视频进行水尺定位；首先，对所述实时视频采用色彩空间模型的水位识别算法进行预处理，用以分割水尺和水尺倒影并得到二值图像；然后，对预处理得到后的水尺二值图像进行形态学膨胀处理，使得水尺在二值图像中连通，提取最大的连通区域，定位水尺；再利用水平边缘信息和扫描线法再次裁剪水尺的左右区域，并利用Sobel算子进行边缘信息获取，对饱和度进行能量统计得到边缘提取结果；最后，利用水尺定位和裁剪过程中的最大连通区域的最小包围矩阵，获取该连通区域的倾斜角；步骤SB：对步骤SA中进行倾斜矫正后得到的数据进行水位刻度提取；首先，对矫正后的图像中的水尺的右半部分进行形态学闭操作处理，用以使水尺画面图像变得轮廓平滑，消除狭窄的间断和长细的鸿沟,消除小的空洞，并填补轮廓中的断裂；水尺图像在消去数字后，采用Sobel算子做水平边缘检测，断开水尺刻度之间的连接处，同时采用Ostu算法对图像做二值化处理，得到刻度提取结果；根据图像的量程和精确度识别最下端刻度线所代表的刻度值；Y=H-X-ax其中，H表示水尺的量程，X表示完全露在水面上的刻度段,a表示水尺最小刻度，x表示露在水面上的最小刻度数量。步骤SC：判断是否要退出；若所述4G可编程RTU设备接收到所述数据处理中心下发的采集控制命令，或到达预先设定的采集时刻，或在刚识别的这一帧判定水位越限后，到达设定的延时采集时刻，获取下一帧；否则退出。进一步地，步骤SA中所述进行预处理的具体过程为：将采集的实时视频的原始图像通过色彩空间模型的水位识别算法转换到HSV色彩空间，然后对转换后的图像进行二值化得到二值图像。进一步地，本专利技术还提供一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统的工作方法，包括以下步骤：步骤S1：所述前端采集设备判断采集方式；若接收到用户发送的采集指令则为受控采集，执行步骤S2；否则为定时或越限采集，执行步骤S3；步骤S2：所述前端采集设备如果接收到受控采集即用户发出的采集请求指令，则对现场采集水位画面进行采集和解析，同时回传现场图像至所述数据处理中心及客户移动终端；若没有收到指令，则按照预设的采样频率对现场画面进行采样；步骤S3：收到从所述数据处理中心发来的采集模式配置指令，则对所述前端采集设备的工作方式即越限采集或定时采集和采样频率进行配置；之后按照此设置获取水尺识别数据，并按照定义的协议格式将数据打包发送至所述数据处理中心；当检测的水位超出了预先设定的安全范围时，所述数据处理中心将对所述客户移动终端发出报警；如水位在正常范围，则将数据打包并通过所述通讯系统发送至所述数据处理中心存储，并按设定时间延时后继续循环采集水位。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：（1）提升数据的准确性和实时性。通过图像智能识别的纠错与调整的功能，保障监测数据的准确性；通过实时视频获取并存储，保证了随时随地的调用，极大地提升水库调度基础数据的实时性和准确性。（2）本专利技术实现数据智能处理的前端化，极大地降低了后台数据处理负担，降低了数据传输压力，提高了系统整体数据处理效率。（3）实现非接触式采集。采用视频采集方法，使得智能采集设备无需接触水面，避免了传统采集设备机械故障高、非线性误差大等缺点。（4）本专利技术系统具有精度高，抗风浪抗干扰能力强，故障率低等特点。且前端设备简单易维、成本低，安装方便，避免了传统测量方式需要进行专用水位井建设，人力物力成本高，施工工程量大，维护繁琐等缺点。附图说明图1为本专利技术实施例的系统结构框图。图2为本专利技术实施例的水尺目标定位算法流程图。图3为本专利技术实施例的处理图，其中（a）为原始图像，（b）为HSV色彩空间，（c）为二值图，（d）为边缘提取结果图，（e）为刻度提取结果图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本实施例提供了一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，包括多个前端采集设备、数据处理中心、通讯系统、客户移动终端和管理显示器；所述系统采用树形无线网络结构，每一个叶节点连接一个前端采集设备；所述前端采集设备通过所述通讯系统分别与所述数据处理中心和所述客户移动终端通信相连，用以接收所述数据处理中心即用以向所述前端采集设备下发指令的服务器和所述客户移动终端发送的采集水位图像的指令，对水位画面进行采集和解析并回传现场图像至所述数据处理中心和所述客户移动终端；所述数据处理中心还与所述管理显示器连接，用以显示数据；所述前端采集设备包括4G可编程RTU设备和智能识别摄像机；所述4G可编程RTU设备和所述智能识别摄像机通信相连，用以远程控制摄像头放大、对焦、镜头移动和补光并获取摄像头拍摄的实时视频；所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度。在本实施例中，所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度包括以下步骤：步骤SA：对获取的所述实时视频进行水尺定位；首先，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，其特征在于：包括多个前端采集设备、数据处理中心、通讯系统、客户移动终端和管理显示器；所述系统采用树形无线网络结构，每一个叶节点连接一个前端采集设备；所述前端采集设备通过所述通讯系统分别与所述数据处理中心和所述客户移动终端通信相连，用以接收所述数据处理中心和所述客户移动终端发送的采集水位图像的指令，对水位画面进行采集和解析并回传现场图像至所述数据处理中心和所述客户移动终端；所述数据处理中心还与所述管理显示器连接，用以显示数据；所述前端采集设备包括4G可编程RTU设备和智能识别摄像机；所述4G可编程RTU设备和所述智能识别摄像机通信相连，用以远程控制摄像头放大、对焦、镜头移动和补光并获取摄像头拍摄的实时视频；所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，其特征在于：包括多个前端采集设备、数据处理中心、通讯系统、客户移动终端和管理显示器；所述系统采用树形无线网络结构，每一个叶节点连接一个前端采集设备；所述前端采集设备通过所述通讯系统分别与所述数据处理中心和所述客户移动终端通信相连，用以接收所述数据处理中心和所述客户移动终端发送的采集水位图像的指令，对水位画面进行采集和解析并回传现场图像至所述数据处理中心和所述客户移动终端；所述数据处理中心还与所述管理显示器连接，用以显示数据；所述前端采集设备包括4G可编程RTU设备和智能识别摄像机；所述4G可编程RTU设备和所述智能识别摄像机通信相连，用以远程控制摄像头放大、对焦、镜头移动和补光并获取摄像头拍摄的实时视频；所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度。2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉及4G通信技术的精益调度水情远程监测系统，其特征在于：所述4G可编程RTU设备对所述实时视频进行检测和矫正水尺图像并得出水尺刻度包括以下步骤：步骤SA：对获取的所述实时视频进行水尺定位；首先，对所述实时视频采用色彩空间模型的水位识别算法进行预处理，用以分割水尺和水尺倒影并得到二值图像；然后，对预处理得到后的水尺二值图像进行形态学膨胀处理，使得水尺在二值图像中连通，提取最大的连通区域，定位水尺；再利用水平边缘信息和扫描线法再次裁剪水尺的左右区域，并利用Sobel算子进行边缘信息获取，对饱和度进行能量统计得到边缘提取结果；最后，利用水尺定位和裁剪过程中的最大连通区域的最小包围矩阵，获取该连通区域的倾斜角；步骤SB：对步骤SA中进行倾斜矫正后得到的数据进行水位刻度提取；首先，对矫正后的图像中的水尺的右半部分进行形态学闭操作处理，用以使水尺画面图像变得轮廓平滑，消除狭窄的间断和长细的鸿沟,消除小的空洞，并填补轮廓中的断裂；水尺图像在消去数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静怡，林家辉，林荣锋，黄静峰，陈亨思，王昕，李庆伟，吕喆晔，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，福建水口发电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35