[发明专利]一种造波机运行状态的视频监测装置及方法

说明书

本发明属于运动监测领域，提供了一种造波机运行状态的视频监测装置及方法。在造波机运行状态监测时，首先对摄像机采集的图像进行标志点检测，并计算中心位置。然后在动态的视频中追踪每个标志点的位置，并根据标志点的运动状态来评估每块造波板的运行情况。本发明将造波板运行监测独立于造波控制系统之外，并通过非接触的图像测量方式实时监测造波板的运行情况。以LED来标识造波板，通过图像透视校正和二值化分析来获取每帧图像中标识点的位置，并根据不同时刻、不同空间位置标识点之间的对比来判断造波板的运行状态，有效地降低了造波控制系统对造波板运行监测的出错率，大幅度提高了模拟造波的实验效率。

技术领域

本发明属于运动监测领域，涉及到造波机中造波板运行状态的监测问题，特别涉及一种造波机运行状态的视频监测装置及方法。

背景技术

在海洋工程研究领域，无论是海洋采油平台的设计、海洋能发电装置的研制、还是海底管线的铺设以及海洋安防工程的建设往往都离不开实验室研究阶段，即均需要将实验模型放在波流水槽、水池中进行设计验证。造波机便是此过程中必不可少的一种实验仪器设备^[1-4]，该设备可以在有限的空间内模拟出海洋中多种类型的波浪形式，为海洋装备的研制提供实验验证的仿真环境。

模拟波浪的过程中，造波系统中多块造波板被协同控制运动，从而产生不同的波浪形式。然而无论是推板式还是摇板式造波，其控制的原理是一致的：首先对目标谱设定波浪模拟的参数，上位机根据系统的传递函数，计算出每块造波板运行的时间序列值控制信号，同时将该信号通过专用网络传送到相应的下位机。当下位机接收到上位主控机的控制信号后，启动造波程序开始造波。下位机通过专用运动控制接口，将每块造波板运行的时间序列值控制信号转换成不规则的位置脉冲控制信号，并输出到伺服电源，同时驱动伺服作动器带动造波板作相应的运动，从而推动水体产生波浪。伺服电机编码器实时测出推板的运动轨迹，并反馈到伺服电源，以确保推波板能准确地跟踪计算机给定信号运行，该反馈信号同时反馈到运动控制接口，下位机可以据此监测造波板的运行状态，并供上位机查询。

从上面的造波机运行机理可以看出，造波板的运动质量直接影响到了波浪模拟的品质以及造波实验的合理性。同时也可以看出，当造波板运行出现故障时，驱动器向下位控制机报警，下位机在停止本机控制的电机运转的同时通知上位机错误号。当上位机接到故障后，停止所有下位机，并在报警的同时显示故障类型。然而，这是正常情况下的故障处理方式。在海工实验中，造波机长时间运行，在有些情况下，当驱动器损坏或控制程序异常退出时，由于应用层程序之间的连接断掉，致使上位机无法获得错误信息，而依然继续造波。这种情况下，实验水池内的波浪数据是不准确的，实验结论是无效的，需要即时停机。然而，对于现今的造波控制系统而言，均利用编码器或位移传感器的信息反馈，从下位机到上位机的数据传输方式。这种故障反馈的方式，完全集成在控制回路内部，一旦出现异常情况，则控制上位机的实验人员无法及时得到故障信息，以致于降低实验效率。为此，需要一种造波机运行状态的监测方法来实时评测运行中的造波状态。而采用视频监控的方法不仅独立于造波控制系统，而且具有安装方便、非接触、全场测量的特点，因此较适宜于造波现场的监测。

参考文献：

[1]杨洪齐,李木国,柳淑学,等.伺服电机驱动的水槽主动吸收式造波机原理与实现.大连理工大学学报,2013,53(3):423-428.

[2]朱萍,黄晶华,赵丽君.水槽造波机的参数确定及结构设计.现代电力,2011,28(4):44-48.

[3]柳淑学,吴斌,李木国,等.无反射不规则波造波机系统的研究.水动力学研究与进展,2003,18(5):532-539.

[4]李俊,陈刚,杨建民,等.海洋工程试验中多单元造波机波浪模拟方法.海洋工程,2011,29(3):37-42.

发明内容

针对海洋工程实验室中造波系统的运行状态监测问题，本发明将图像处理技术与造波板运动追踪相结合，提出了一种造波机运行状态的视频监测方法。