[发明专利]一种水环境监测装置及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子测量领域，尤其涉及一种图像视觉处理技术实现水位和水质监测装置。

背景技术

现有的水位监测装置只能单独的检测水位或水质，即无法实施水位、水质同时监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适于进行水质测量的水环境监测装置，该水环境监测装置采用灰度检测原理进行水质监测，即对拍摄的水面影像进行灰度处理得到该水面影像的灰度值以获得水质情况。

本发明提供了一种水环境监测装置，包括：使用时上下分布的测量管，其下端口上设有照明装置并在使用时进入水面，测量管的上端口处设一摄像机，该摄像机适于拍摄所述测量管内的水面影像；数字图像采集单元，与所述摄像机相连，适于将采集得的图像变换为数字图像；与所述数字图像采集单元相连的计算机，该计算机存储有第一样本数据，所述第一样本数据适于记录各种水质的灰度值；所述第一样本数据是由所述水环境监测装置对已知的、不同水质的水进行逐一测量而获得；所述计算机适于对所述数字图像进行灰度处理，以获得所述水面影像的灰度值，该灰度值与第一样本数据进行比对得出水质情况。

所述计算机为PC机。

作为一种优选，所述测量管为锥形管，开口较小的一端处于上方，以减少摄像机获得的影像中测量管的内壁所占整个图像的比例，以提高灰度处理的可靠性。

进一步，为了避免拍摄时环境光线对水面影像的影响，所述测量管的内壁上设有适于吸收光线的涂层。

进一步，为了避免拍摄时水底环境光线对水面影像的影响，并在不拍摄时保持水流畅通，以使所述测量管内的水质与实际水质一致，所述测量管在位于水面下方的管壁上分布有多个通孔，且该测量管的底端封闭，以防止杂光进入测量管内；在水面下方的管体上套设一分布有通孔的套管；所述套管与一适于驱动该套管绕所述测量管转动的转动机构传动连接，该转动机构由一与所述摄像机相连的控制器控制，在不拍摄水面影像时，控制所述转动机构带动套管旋转以使所述测量管上的通孔和套管上的通孔分别相对，以使水流适于进出所述测量管；在拍摄水面影像时，控制所述转动机构带动套管旋转以使所述测量管上的通孔和套管上的通孔彼此错开，以防止外部光线进入所述测量管。

进一步，为了实现对所述水环境监测装置的水位测量，所述测量管固定设置；摄像机采用定焦广角镜头，或定焦镜头。

所述计算机还存储有第二样本数据，该第二样本数据适于记录所述测量管内的水面影像的像素值与摄像机距离水面高度的对应表或计算式；所述计算机还适于计算出当前拍摄的所述测量管内的水面影像的像素值，并通过所述第二样本数据得出当前摄像机距离水面的高度，然后将所述摄像机的安装高度减去所述摄像机距离水面的高度，即获得水位值。

作为进一步优选的实施方式，所述摄像机固定于所述测量管上，并使该测量管的上端口封闭，以避免外部光线从上端口进入该测量管。

为了使摄像机在拍摄时，更加容易区分水面影像的边缘，所述测量管内还包括白色的管内浮子，该管内浮子为具有垂向设置的中央通孔的柱状结构，所述摄像机构适于拍摄所述中央通孔中的水面影像，且该管内浮子适于随水面在所述测量管内上下浮动。

进一步，为了实现对所述水环境监测装置的水位测量，所述测量管的外围设有适于使该测量管浮于水面的浮子;所述水环境监测装置还包括：柔性标尺，该柔性标尺的一端固定在水底，另一端与一适于收卷、拉紧该柔性标尺的收卷装置相连，该收卷装置固定于所述测量管上； 导向轮, 设于所述测量管的内壁上，在该测量管的内壁上邻近所述导向轮的上、下方分别设有与所述导向轮的轮轴平行的上、下导向杆，所述柔性标尺适于分别从所述上、下导向杆与测量管的内壁的间隙中穿过并贴合在所述导向轮的内侧轮面上，所述导向轮的顶部处于水面上方。采用柔性标尺、适于使测量管竖直浮于水面上的浮子、导向轮等部件，使所述水环境监测装置可以漂浮在水面上，所述摄像机获取邻近所述导向轮的顶部的柔性标尺的读数，经图像识别、误差校正后，获得实际水位值。所述误差校正的方法为：将通过图像识别获得的所述柔性标尺的读数，与预设的校正值相减，即得到实际水位值。所述预设的校正值通过实验获得。

本发明还提供了一种适于水位和水质监测的测量方法，该方法要解决的技术问题是利用摄像机拍摄的水面影像进行相应处理以获得水面影像的灰度值和面积像素值以得到相应的水质和水位情况。

上述水环境监测装置的工作方法，包括如下步骤：

（1）水面上固定有测量管，其下端口适于进入水面，上端口处设一摄像机，该摄像机拍摄所述测量管内的水面影像；