基于计算机视觉的智能雨量检测设备制造技术

一种基于计算机视觉的智能雨量检测设备，包括雨量收集装置，雨量收集装置包括盛水器、翻斗，盛水器下端设有引流管，引流管的下方为翻斗，翻斗安装在铰支座上，翻斗上安装止流装置，止流装置的堵塞件与引流管的下端配合；在翻斗内设有观测水槽，观测水槽与翻斗底部连通，观测水槽内设有具有颜色特征的浮标；翻斗连接触发传感器，智能雨量检测设备还包括用于监测观测水槽中水位的视觉传感器、用于根据视觉传感器信号计算雨量的微处理器，所述观测水槽位于视觉传感器的视觉范围内，微处理器包括视觉传感器标定模块、浮标位置采集模块、雨量智能计算模块。本发明专利技术提供一种安装调整简单、测量精度高、安全可靠性强的基于计算机视觉的智能雨量检测设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种雨量检测设备，属于计算机图像处理技术、网络通信技术、雨量可视化技术和机械设计技术在雨量检测方面的应用，主要适用于地质灾害预报、气象、水文、海洋、军事、机场、环境、农业、林业、科学研究等领域。
技术介绍
目前降水传感器主要是翻斗式雨量传感器、浮子式雨量传感器和虹吸式雨量传感器，这三种雨量传感器在原理上和结构上几十年来一直没有改变。现有翻斗式雨量传感器历经了数十年的发展和改进，以其结构简单、无功耗的突出优点得到广泛推广使用，并仍将其作与固态存储雨量计的配套的推荐型传感器。由于翻斗式雨量传感器自身固有的缺陷和不足之处十分明显和突出，如测量精度差、测量误差随雨强变化剧烈、受外界随机因素影响大、仪器安装调整烦琐，使用中规范检定困难等缺陷和不足；越是分辨率高的雨量传感器，在大暴雨条件下测量精度越差，大暴雨降雨过程的资料是极其珍贵的，现有翻斗式雨量传感器却不能精确记录这一降雨过程；雨量传感器测量精度差及在恶劣环境下使用的不稳定性，使采集记录到的原始数据质量受到很大影响。我国《降水量观测规范》的第三章第一节基本技术要求中3.1.5条明确规定“自记雨量计的传感器、记录器必须计量精确，能灵敏地连续不断地反应降水过程和降水起止时间”。并规定了不同地分辨力和排水量传感器的测量要求“分辨力为0.1mm、0.2mm时，排水量小于10mm，量测误差宜不超过±0.2mm，不得超过±0.4mm；排水量大于10mm，量测误差宜不超过±2％，不得超过±4％；分辨力为0.5mm时，排水量小于等于12.5mm，量测误差不得超过±0.5mm；排水量大于12.5mm，量测误差不得超过±4％；分辨力为1mm时，排水量小于等于25mm，量测误差不得超过±1mm，排水量大于25mm，量测误差不得超过±4％”。《技术条件》中对雨量传感器的要求是“其使用条件、测量精确度、分辨力、技术性能必须符合国家或行业标准的规定，并满足在无人维护条件下能长期可靠工作”。因此，精确、灵敏、长期可靠，高质量完成降水过程的测量和信号输出，是各种雨量传感器的都必须具备的基本性能。翻斗的动态计量误差随雨强变化剧烈变化，并且，越是分辨力高的翻斗受雨强变化的影响越大，这种缺陷是翻斗式传感器固有的原理、结构和检测手段上的缺陷。由于翻斗式传感器这些固有的缺陷和不足，不仅导致了生产厂家生产不出高精度的传感器，而且在使用中易受随机因素的影响(如翻斗室水体残留、翻斗室残留泥沙和油污的影响、翻斗轴承付游隙变化及沙尘阻滞使摩擦力变化的影响等等)，使得传感器量测误差可能超过±4％的出厂标准。在风沙严重、降雨量少的黄河流域和北方地区沙尘的影响特别突出，量测误差甚至超过±6％以上。翻斗传感器的安装、调整和误差检定十分繁琐和困难，翻斗雨量传感器现场安装时需精确的调整仪器的基座、器口水平、调整轴承付的游隙和翻斗倾角，其中i角的调整是最困难的。现有固态存储雨量计仍存在着明显的缺陷和不足，主要是负有完成雨量数据测量和信号输出功能传感器，而不是记录仪。传感技术落后于信息处理技术，传感器发展落后于通信和计算机发展，这一现象在降水观测领域中表现的尤为明显。综上所述，固态存储记录仪的出现及其与翻斗式雨量传感器配套使用并没有改变传感器固有误差，也不能克服恶劣环境下使用的随机误差和仪器误差，这就是现有架构下的固态存储雨量计存在的明显缺陷和不足之处。在我国即将大面积推广、装备固态存储雨量计背景下，改进提高雨量传感器的性能，使之与记录仪的数据采集精度等级接轨是一项十分现实、紧迫研究课题。观测降雨用的传感器的使用环境条件十分恶劣，不仅雨强变化范围大，而且处于高湿、沙尘、大风及雷电干扰之下，加上偏远地区供电条件差，操作使用人员专业知识欠缺等，因此，对雨量传感器的质量性能要求极高。优良的雨量传感器应具有如下特性(1)润湿损失低、分辨力高、能检测到极小降雨。(2)测量精度高，必须达到《规范》要求的测量误差(雨强范围为0.01-4mm/min)不大于±2％或不大于±1％。(3)测量误差不受雨强变化影响或受影响极小，在雨强为0.01-10mm/min或更大范围内，能保持高精度，测量误差小于等于±2％。(4)在恶劣外部环境的影响下(如高温、高湿、沙尘、雷电等)能长期可靠工作。(5)无功耗型或极低功耗型。(6)安装、调整简单方便。(7)误差检定所需设备简单，现场检定操作简便易行。目前在雨量计的研究与开发领域，回绕着提高雨量测量精度以及雨量数据采集、传输方面有一些新的成果。如专利号为200410029776.2的双腔型光电感应式自动电子雨量雪量计，内含双腔体的圆筒状结构，通过光电水位传感器测量双腔体内的雨水的容积量来达到测量雨量的目的；专利号为93120653.7的流量式雨量、雨强的测量方法和装置，将雨水转换成恒定量的水滴，水滴滴下时经过水滴脉冲转换器接触到电极，使电极相对短路，经放大器的输出端产生一个脉冲，将此脉冲用单片机进行处理，获得雨量和雨强的测量值；专利号为02219437.1的绝对值编码型数字式雨量计，将收集的降水经导水管注入雨量筒，雨量简内积聚的水体推动浮子上升，经测缆带动测轮旋转，驱动编码器转动输出与增加水体相对应的编码电信号；专利号为200510059651.9的一种测量雨量的方法和装置，漏斗与进水管之间设有进水电磁阀，储水室上设有放水电磁阀，保证在降雨的过程中放水，降雨量不会产生误差，应用角位移传感器进行雨量测量；专利号为200410098506.7的雨量侦测无线通报系统及方法，通过无线信号传输技术输出降雨量信号；同时，远程无线接收主机，通过无线信号传输技术，接收降雨量信号，借以让使用者可以通过远程无线接收主机取得降雨量数据，以作为判断该降雨地区泥石流的发生概率。现有的雨量检测设备存在的缺点1、安装、调整麻烦；2、测量存在较大误差、不精确；3、灵敏性差、容易收到客观环境的干扰，可靠性差；4、检测的数据质量差，实用性不强。(三)
技术实现思路
为了克服已有的雨量检测设备的安装调整麻烦、测量存在较大误差、精度低、可靠性差的不足，本专利技术提供一种安装调整简单、测量精度高、安全可靠性强的基于计算机视觉的智能雨量检测设备。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于计算机视觉的智能雨量检测设备，包括雨量收集装置，所述的雨量收集装置包括盛水器、翻斗，所述的盛水器下端设有引流管，该引流管的下方为翻斗，所述的翻斗安装在铰支座上，所述铰支座位于当翻斗盛积的水量达到设定数量值时正好能使翻斗翻倒、将翻斗中盛积的水量倾倒完毕后翻斗由于重心恢复力的作用恢复到原来位置的平衡支点，所述的翻斗上安装在翻斗翻倒时堵住引流管、翻斗恢复后放开引流管的止流装置，所述的止流装置的堵塞件与引流管的下端配合；在所述的翻斗内设有观测水槽，所述的观测水槽与翻斗底部连通，所述的观测水槽内设有具有颜色特征的浮标；所述翻斗连接用于在翻斗翻到动作时产生通、断触发信号的触发传感器，所述的智能雨量检测设备还包括用于监测观测水槽中水位的视觉传感器、用于根据视觉传感器信号计算雨量的微处理器，所述观测水槽位于视觉传感器的视觉范围内，所述的微处理器包括视觉传感器标定模块，用于设定视频图像中浮标的位置与实际浮标在空间上的位置的对应关系；浮标位置采集模块，用于采集视频传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于计算机视觉的智能雨量检测设备，包括雨量收集装置，所述的雨量收集装置包括盛水器、翻斗，所述的盛水器下端设有引流管，该引流管的下方为翻斗，所述的翻斗安装在铰支座上，所述铰支座位于当翻斗盛积的水量达到设定数量值时正好能使翻斗翻倒、将翻斗中盛积的水量倾倒完毕后翻斗由于重心恢复力的作用恢复到原来位置的平衡支点，其特征在于：所述的翻斗上安装在翻斗翻倒时堵住引流管、翻斗恢复后放开引流管的止流装置，所述的止流装置的堵塞件与引流管的下端配合；在所述的翻斗内设有观测水槽，所述的观测水槽与翻斗底部连通，所述的观测水槽内设有具有颜色特征的浮标；所述翻斗连接用于在翻斗翻到动作时产生通、断触发信号的触发传感器，所述的智能雨量检测设备还包括用于监测观测水槽中水位的视觉传感器、用于根据视觉传感器信号计算雨量的微处理器，所述观测水槽位于视觉传感器的视觉范围内，所述的微处理器包括：视觉传感器标定模块，用于设定视频图像中浮标的位置与实际浮标在空间上的位置的对应关系；浮标位置采集模块，用于采集视频传感器的视频图像，并确定浮标的位置；雨量智能计算模块，用于设定浮标 的位置与翻斗的水量的对应关系；接收触发传感器的触发信号后，采集视觉传感器的信号，检测翻斗自动发生翻倒动作前瞬间浮标的位置，并依据对应关系计算翻斗中的实际雨量，检测翻斗前一次自动恢复动作后的翻斗中的浮标位置，计量翻斗中的初始雨量，实际雨量与初始雨量相减后得到本次倾倒雨量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤一平，周宗思，楼勇攀，严海东，柳圣军，金海明，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]