一種水位自動檢測設(shè)備本發(fā)明是申請?zhí)枮?01510101412.9、申請日為2015年3月8日、發(fā)明名稱為“一種水位自動檢測設(shè)備”的專利的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種水位自動檢測設(shè)備。

背景技術(shù)：
水位(waterlevel)是江河、湖泊、水庫和海洋等的自由水面以及地下水的表面相對于某一基準(zhǔn)面的高程。通常在上述水域設(shè)置各式水位測量標(biāo)尺，人工定時觀測，或設(shè)置自記水位計(jì)繪制連續(xù)的水位變化曲線，以獲得不同時間、不同地點(diǎn)的水位資料。水位是重要的水文特征值之一，水位資料對于水文預(yù)報(bào)、防汛搶險(xiǎn)和水利工程設(shè)施都有重要意義。現(xiàn)有技術(shù)中的電子式水位檢測設(shè)備替代了以前的人工定時觀測的模式，或采用浮子和壓組式為代表的接觸式傳感器進(jìn)行水位測量，或采用超聲波、雷達(dá)、激光為代表的非接觸式傳感器進(jìn)行水位測量，但是這些測量方式都存在一定的弊端，前者機(jī)械故障率高、非線性誤差大、雜質(zhì)影響測量精度，后者成本高、易受周圍環(huán)境干擾、通用性不強(qiáng)。因此，需要一種水位自動檢測設(shè)備，在降低檢測設(shè)備成本的同時，不以損失測量精度為代價，具有故障率低、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，為水文預(yù)報(bào)、防汛搶險(xiǎn)和水利工程設(shè)施提供重要的參考數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種水位自動檢測設(shè)備，根據(jù)水位測量標(biāo)尺的形狀特點(diǎn)，有針對性地搭建專門的圖像采集和識別子設(shè)備集合高效、準(zhǔn)確地檢測出當(dāng)前水位，并以時間為軸統(tǒng)計(jì)短時平均水位，使用短時平均水位進(jìn)行水位預(yù)警或報(bào)警，整個系統(tǒng)安裝簡便，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種水位自動檢測設(shè)備，所述檢測設(shè)備包括水位測量標(biāo)尺、高清攝像頭、圖像處理器和主控制器，所述水位測量標(biāo)尺豎直立于水中，所述高清攝像頭用于對所述水位測量標(biāo)尺在水位上的部分進(jìn)行拍攝，以獲得水上標(biāo)尺圖像，所述圖像處理器與所述高清攝像頭連接，用于對水上標(biāo)尺圖像進(jìn)行圖像處理，以獲得當(dāng)前水位，所述主控制器與所述圖像處理器連接，用于基于所述當(dāng)前水位確定是否進(jìn)行水位報(bào)警。更具體地，在所述水位自動檢測設(shè)備中，還包括：RS232串行通信接口，用于通過RS232串行通信方式連接外部設(shè)備，以讀取外部設(shè)備中存儲的水位測量標(biāo)尺總長度、水位測量標(biāo)尺單位刻度值、預(yù)設(shè)檢測時間間隔、預(yù)設(shè)接收次數(shù)、水位上限、單位刻度線上限灰度閾值和單位刻度線下限灰度閾值，所述單位刻度線上限灰度閾值和所述單位刻度線下限灰度閾值用于將圖像中的單位刻度線與背景分開，所述預(yù)設(shè)檢測時間間隔小于0.5秒；靜態(tài)存儲器，與所述RS232串行通信接口連接，用于讀取并存儲所述水位測量標(biāo)尺總長度、所述水位測量標(biāo)尺單位刻度值、所述預(yù)設(shè)檢測時間間隔、所述預(yù)設(shè)接收次數(shù)、所述水位上限、所述單位刻度線上限灰度閾值和所述單位刻度線下限灰度閾值；定時器，用于為所述檢測設(shè)備的水位自動檢測提供計(jì)時數(shù)據(jù)；無線通信接口，與遠(yuǎn)端的水務(wù)管理平臺建立雙向的無線通信鏈路，用于接收所述水務(wù)管理平臺發(fā)送的控制指令，還用于與所述主控制器連接，以將水位正常信號、水位超限預(yù)警信號或水位超限報(bào)警信號發(fā)送給所述水務(wù)管理平臺，還將平均水位發(fā)送給所述水務(wù)管理平臺；報(bào)警設(shè)備，與所述主控制器連接，包括揚(yáng)聲器和液晶顯示屏，所述揚(yáng)聲器用于播放與水位正常信號、水位超限預(yù)警信號或水位超限報(bào)警信號對應(yīng)的語音提示文件，所述液晶顯示屏用于顯示與水位正常信號、水位超限預(yù)警信號或水位超限報(bào)警信號對應(yīng)的提示文字，所述液晶顯示屏還用于與平均水位對應(yīng)的提示文字；所述高清攝像頭包括濾光片、鏡頭和CMOS圖像傳感器，所述鏡頭位于所述濾光片和所述CMOS圖像傳感器之間，所述CMOS圖像傳感器采集的水上標(biāo)尺圖像的分辨率為1920×1080，所述CMOS圖像傳感器與所述定時器連接，每隔所述預(yù)設(shè)檢測時間間隔拍攝一次水上標(biāo)尺圖像以發(fā)送給所述圖像處理器進(jìn)行圖像處理；所述圖像處理器與所述靜態(tài)存儲器和所述高清攝像頭分別連接，包括徑向畸變校正單元、小波濾波單元、灰度化處理單元、單位刻度識別單元和水位計(jì)算單元，所述徑向畸變校正單元、所述小波濾波單元、所述灰度化處理單元、所述單位刻度識別單元和所述水位計(jì)算單元分別采用不同的FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)，所述徑向畸變校正單元與所述CMOS圖像傳感器連接，采用基于圖像平面的畸變校正對水上標(biāo)尺圖像實(shí)現(xiàn)徑向畸變校正，獲得接近理想成像條件下的圖像作為已校正水上標(biāo)尺圖像，所述小波濾波單元與所述徑向畸變校正單元連接，通過Harr小波濾波器對已校正水上標(biāo)尺圖像執(zhí)行小波濾波，以獲得濾波圖像，所述灰度化處理單元與所述小波濾波單元連接，對濾波圖像執(zhí)行灰度化處理，以獲得灰度圖像，所述單位刻度識別單元與所述灰度化處理單元和所述靜態(tài)存儲器連接，將所述灰度圖像中灰度值在所述單位刻度線上限灰度閾值和所述單位刻度線下限灰度閾值之間的像素識別并組成單位刻度線圖像，計(jì)算單位刻度線圖像中的單位刻度線間隔的數(shù)量以作為水上標(biāo)尺單位刻度數(shù)量輸出，所述水位計(jì)算單元與所述單位刻度識別單元和所述靜態(tài)存儲器分別連接，基于所述水位測量標(biāo)尺總長度、所述水位測量標(biāo)尺單位刻度值和所述水上標(biāo)尺單位刻度數(shù)量計(jì)算出當(dāng)前水位；所述主控制器與所述靜態(tài)存儲器和所述水位計(jì)算單元分別連接，每當(dāng)已接收到的當(dāng)前水位的次數(shù)達(dá)到所述預(yù)設(shè)接收次數(shù)時，計(jì)算一次平均水位，所述平均水位為已接收到的多個當(dāng)前水位的平均值，并當(dāng)計(jì)算的平均水位小于所述水位上限時，發(fā)出水位正常信號，當(dāng)計(jì)算的平均水位大于等于所述水位上限時，發(fā)出水位超限預(yù)警信號，當(dāng)計(jì)算的平均水位超過所述水位上限的20％時，發(fā)出水位超限報(bào)警信號；其中，所述水位計(jì)算單元基于所述水位測量標(biāo)尺總長度、所述水位測量標(biāo)尺單位刻度值和所述水上標(biāo)尺單位刻度數(shù)量計(jì)算出當(dāng)前水位具體為：所述當(dāng)前水位等于所述水位測量標(biāo)尺總長度減去所述水位測量標(biāo)尺單位刻度值和所述水上標(biāo)尺單位刻度數(shù)量的乘積。更具體地，在所述水位自動檢測設(shè)備中：所述CMOS圖像傳感器通過CSI接口將水上標(biāo)尺圖像發(fā)送給所述圖像處理器。更具體地，在所述水位自動檢測設(shè)備中：所述無線通信鏈路為GPRS移動通信鏈路、3G移動通信鏈路或4G移動通信鏈路中的一種。更具體地，在所述水位自動檢測設(shè)備中：所述靜態(tài)存儲器為同步動態(tài)隨機(jī)存儲器SDRAM，所述靜態(tài)存儲器的存儲容量為1GB。更具體地，在所述水位自動檢測設(shè)備中：所述高清攝像頭位于所述水位測量標(biāo)尺正對面的橫桿上。附圖說明以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中：圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的水位自動檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的水位自動檢測設(shè)備的高清攝像頭的結(jié)構(gòu)方框圖。具體實(shí)施方式下面將參照附圖對本發(fā)明的水位自動檢測設(shè)備的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。水位檢測廣泛應(yīng)用于水文預(yù)報(bào)、防汛搶險(xiǎn)和水利工程設(shè)施中。對于水文預(yù)報(bào)來說，歷史水位和當(dāng)前水位的結(jié)合參考，能夠基本確定未來預(yù)定時間內(nèi)的水位和其他水文數(shù)據(jù)，對于防汛搶險(xiǎn)來說，當(dāng)前水位超過預(yù)警水位的幅度決定了防汛搶險(xiǎn)的緊急程度，是調(diào)配救災(zāi)人員數(shù)量和防汛物質(zhì)數(shù)量的重要參考數(shù)據(jù)，而對于水利工程設(shè)施建設(shè)來說，是否有效利用水位數(shù)據(jù)能夠決定水利工程設(shè)施建設(shè)是否成功。由于水位檢測參考作用非常重要，因而水位檢測結(jié)果必須實(shí)時、可靠。最初的水位檢測是通過人工目測水位測量標(biāo)尺來完成，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，浮子和壓組式為代表的接觸式傳感器、采用超聲波、雷達(dá)、激光為代表的非接觸式傳感器開始應(yīng)用于水位測量，雖然這些電子測量技術(shù)在一定程度上減少了人工成本和時間成本，但都具有本身固有的弊端，測量精度和性價比都不能滿足當(dāng)前對水位檢測技術(shù)的要求。本發(fā)明搭建了一種水位自動檢測設(shè)備，基于水位測量標(biāo)尺的形狀特點(diǎn)，設(shè)置有針對性的、性價比較高的圖像采集和處理子設(shè)備準(zhǔn)確獲得當(dāng)前水位，同時通過合理的統(tǒng)計(jì)技術(shù)和相應(yīng)的報(bào)警設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于當(dāng)前水位的各種水位報(bào)警操作。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的水位自動檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖，所述檢測設(shè)備包括水位測量標(biāo)尺1、高清攝像頭2、圖像處理器3和主控制器4，所述水位測量標(biāo)尺1豎直立于水中，所述高清攝像頭2用于對所述水位測量標(biāo)尺1在水位上的部分進(jìn)行拍攝，以獲得水上標(biāo)尺圖像，所述圖像處理器3與所述高清攝像頭2連接，...