[发明专利]一种全天候在线视频测流系统

说明书

本发明公开了一种全天候在线视频测流系统，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，并且本发明还公开了确定摄像测量装置的位置的步骤。本发明具有易于布设、操作安全、测量高效、多要素监测、全天候适宜、低成本及易升级等有益效果。

技术领域

本发明涉及水文测流技术领域，特别是涉及一种全天候在线视频测流系统。

背景技术

天然河道与人工渠道中的水流监测是山洪地质灾害防治非工程措施的重要组成部分。然而高洪期的河道水流流速快、含沙量高、漂浮杂物多，极易造成仪器损毁并威胁人身安全，加之天然河流复杂的紊动特性难以利用点流速测量技术快速获取或代价很高，导致流速仪法等传统接触式测流方案无法开展布置或仪器不能正常施测。近年来，非接触式测流技术在传感器及嵌入式技术的推动下取得了长足进步。基于声学、光学及雷达的测流仪器显著提高了水文测验及水利量测的效率及安全性。但相对成熟的声学法及雷达法在高洪期河道水流监测中仍然存在测验适宜性弱、精度稳定性低、施测安全性差以及测量结果不直观等问题。如声学多普勒流速仪不适宜高含沙量水流，且高洪期采用动船施测危险性大。雷达流速仪需借助桥梁或悬臂支架安装于水面上方，对安装结构的稳定性要求较高；仅能测量表面单点平均流速，流量估计在很大程度上依赖于测点的代表性和水力学模型的精确性，一般适用于断面规整的人工渠道，而对于地形复杂的天然河流断面则难以实现精细化测量。此外，由于声波和电磁波无法均采用人眼直观地观测和检验，难以评判现场工作状况和测量结果的有效性。

近年来水利视频监控系统正逐渐成为河流、水库、灌区、闸坝等水文观测站的标准配置，为基于视频图像的测流系统的构建提供了有利条件。以大尺度粒子图像测速(Large-Scale Particle Image Velocimetry，LSPIV)为代表的河流水面成像测速法能够以自然光为光源，以植物碎片、泡沫、细小波纹等天然漂浮物及水面模式为水流示踪物，通过图像分析估计示踪物在图像序列中的运动矢量，进而获得表面水流的速度矢量场，是实验室中定量流动显示技术在现场应用中的延伸。由于具有非接触式全场流速测量的特点，在高洪期等极端施测条件下河流流量监测的应用中具有明显优势。

然而，现有系统仍未克服全天候在线测量的技术难题，表现为：(1)高洪期暴雨在摄像机镜头前形成水雾，导致成像模糊无法施测；(2)夜间环境光照不足，目前主要采用人工向水面投放夜光浮标或增设和摄像机同侧的光源进行补光，由于浮标成本和投放难度高、无法实现自动监测，而同侧光在水面的后向散射微弱、补光效率极低；(3)需要外接水位计获取水位参数，用于水面流场定标和断面流量计算，系统集成复杂；(4)河流水面的摄像测量依赖于两岸布设的像控点，用于建立像平面和水平面间的坐标映射关系，而其可见性、布设数量及勘测精度易受大尺度河流现场施测环境的影响，使得系统安装及调试的安全性和复杂度大大提高而限制了技术的实用性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种全天候在线视频测流系统，能够克服现有技术中存在的“成像模糊无法施测”、“夜间补光效率低”、“需要外接水位计”、“摄像测量依赖于两岸的像控点”等技术问题。

技术方案：本发明所述的全天候在线视频测流系统，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：