[发明专利]一种全天候在线视频测流系统

权利要求书

1.一种全天候在线视频测流系统，其特征在于：包括摄像测量装置、网络-电源设备、水尺、水尺补光灯、水面补光灯和视频处理工控机，水尺布设于摄像测量装置同侧的测量断面下游视场内，水尺补光灯布设于监控立杆上，调整水尺补光灯的照射角使得水尺补光灯的有效光照区域覆盖完整的水尺量程，水面补光灯布设于摄像测量装置的对岸，调整水面补光灯的照射角和发散角使得水面补光灯的有效光照区域覆盖测量断面，摄像测量装置架设于监控立杆上且摄像测量装置位于测量断面上方，监控立杆设于一个河岸上，摄像测量装置包括网络摄像机，摄像测量装置的位置通过以下步骤确定：

1)：根据网络摄像机中图像传感器的尺寸和镜头的焦距得到垂直视场角θ；

2)：根据测量断面的地形和最高水位确定最大河宽D；

3)：设定网络摄像机的垂直视场覆盖最大河宽时的俯仰角α的初值；

4)：根据式(1)计算摄像测量装置到监控立杆所在河岸的水平距离d以及摄像测量装置距离最高水位线的高程H：

5)：判断d和H是否满足现场布设条件：如果满足，则结束；否则，修改α的值，然后返回步骤4)；

所述摄像测量装置包括VPN路由器、网络继电器、雨刮器、无线同步开关发射机、网络摄像机、姿态测量模块、恒温装置和AC-DC转换器；

所述姿态测量模块包括姿态传感器、串口服务器和DC-DC转换器，所述姿态传感器和网络摄像机的安装平面平行，通过集成检校获得两者在俯仰和横滚方向的偏心角；所述恒温装置的AC 24V电源正极、AC-DC转换器的AC 24V电源正极、雨刮器的AC 24V电源正极均连接网络-电源设备中的防雷保护器，VPN路由器具有四个局域网端口和一个广域网端口，VPN路由器的第一局域网端口连接网络摄像机，VPN路由器的第二局域网端口连接网络继电器，VPN路由器的第三局域网端口连接串口服务器，VPN路由器的第四局域网端口连接网络-电源设备中的防雷保护器，网络继电器包括三个单刀单掷继电器，其中第一单刀单掷继电器的公共端连接AC-DC转换器的DC 12V电源负极，第一单刀单掷继电器的常开端连接水尺补光灯的DC 12V电源负极，水尺补光灯的DC 12V电源正极、无线同步开关发射机的DC 12V电源正极、网络摄像机的DC 12V电源正极、VPN路由器的DC 12V电源正极均连接AC-DC转换器的DC 12V电源正极，第二单刀单掷继电器的公共端和常开端分别连接雨刮器的两根控制线，第三单刀单掷继电器的公共端和常开端分别连接无线同步开关发射机的两根控制线，姿态传感器通过串口连接串口服务器，DC-DC转换器将AC-DC转换器输出的直流12V电源转换为直流3.3V电源给姿态传感器和串口服务器供电；

所述视频处理工控机包括视频测流软件和VPN客户端软件，视频测流软件的测流过程为：

S1：设置网络摄像机、网络继电器和串口服务器的IP地址及端口号，建立视频处理工控机与摄像测量装置的网络连接；

S2：从视频测流软件的输入控件读入测量的起始时间和结束时间、测量间隔、测量时长，从摄像测量装置的配置文件中读入摄像测量装置的参数，包括网络摄像机的内参、畸变系数、横滚偏心角、俯仰偏心角、断面起点距和相对水位零点高程；

S3：设置一个软件定时器，在测量时段的前10秒开启水尺补光灯和水面补光灯，测量时段的后10秒关闭水尺补光灯和水面补光灯；

S4：从姿态测量模块读取姿态传感器实测的俯仰角和横滚角，根据横滚偏心角和俯仰偏心角将读取的姿态测量模块的俯仰角和横滚角转换成网络摄像机的实际姿态；

S5：按测量时间检索存储在网络摄像机内部的视频文件并下载；

S6：对视频文件进行解码并依次捕获图像序列；

S7：根据读入的网络摄像机内参和畸变系数对每帧图像的非线性畸变进行校正；

S8：处理畸变校正图像序列，检测水尺水位线读数并换算成水位值；

S9：处理畸变校正图像序列，根据预设的测速网格分析各测点的运动矢量，并通过网络摄像机的姿态、位置和水位对水面流场进行定标，得到断面方向的表面时均流速场；

S10：根据断面地形、水位和表面时均流速场计算断面流量；

S11：将测量时间、水位、流速、流量的测量数据写入到日期对应的文本文件中，并在视频测流软件的显示界面进行显示。