复合型水文水位数据双感知系统的制作方法

1.本实用新型涉及水位监测领域，特别涉及一种复合型水文水位数据双感知系统。


背景技术：

2.当前，在常规水文水位测报工作中，主要采用以自动测报为主、人工辅助测报的方式。在水位自动测报中，常采用单一类型的水位数据传感器，主要有：雷达水位计、浮子式水位计等。其中，浮子式水位计投资较大，而且固液混合的比较脏的水可能会卡住浮子导致失灵；雷达水位计投资较少，使用方式灵活，在实际使用中，应用较广泛，但雷达水位计容易受到干扰，水草、泡沫等都容易造成监测数据异常。而且无论是采用浮子式水位计还是雷达水位计等单一类型传感器，当发生数据异常时，往往无法实时感知到，不能实现水位数据的远程校核。此外，当前的水位远程测报设备多使用太阳能电池，不直接采用交流电供电，因易遭受雷击，但太阳能电池光电转化率低，受环境、天气影响较大，稳定性欠佳。这些都对水文工作的正常开展带来了诸多不便。


技术实现要素：

3.实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，针对当前水文水位测报方式稳定性差、数据不准确、不能远程校核等问题，本实用新型基于雷达技术和现代视频监控技术，提出一种复合型水位数据双感知系统。该系统在传统雷达水位计方式采集水位数据的基础上，利用摄像机采集同一监测断面点水位标尺图像，通过图像识别技术识别水位数据信息并利用无线通信技术同时将不同来源的一组水位数据传送到水文站点数据汇聚点，并最终上报水文测报中心，该系统具有可靠性强，可实现水位远程校核，易于拓展和集成的特点。
4.技术方案：本实用新型一种复合型水文水位数据双感知系统，包括水位数据采集装置，复合型水位数据双感知模块，水文站点数据汇聚服务器，水文测报中心服务器；
5.水位数据采集装置，用于采集水位监测点水位数据，并通过有线网络发送至复合型水位数据双感知模块；所述水位数据采集装置至少为一种；
6.复合型水位数据双感知模块，设与水位监测装置前端，用于接收水位数据采集装置发送的数据，并传输至水文站点数据汇聚服务器；
7.水文站点数据汇聚服务器，用于接收复合型水位数据双感知模块发送的数据，通过数据对比，判断水位数据产是否超过设定范围，确定水位数据是否异常；确定水位数据正常的，通过计算机网络发送至水文测报中心服务器；
8.水文测报中心服务器，用于接收水文站点数据汇聚服务器的数据，形成历史数据。
9.本实用新型的进一步改进在于，所述水位数据采集装置，包括水位标尺、摄像头、雷达水位计；所述摄像头，用于拍摄水位标尺实时图；所述雷达水位计，用于感知水位数据；所述摄像头、雷达水位计通过poe交换机将数据发送至复合型水位数据双感知模块。
10.本实用新型的进一步改进在于，所述复合型水位数据双感知模块，包括以太网通
信接口模块、模拟量输入模块、控制主机、gprs通信接口模块、存储单元和主、备用电源；
11.所述以太网通信接口模块，用于与poe交换机电连接；
12.所述模拟量输入模块，是模拟量输入单元，通过ai输入，用于采集雷达水位计感知的水位数据；
13.所述gprs通信接口模块，用于与水文站点数据汇聚服务器进行数据传输；
14.所述存储单元，用于存储接收到的水位数据采集装置发送的数据；
15.所述主、备用电源，用于向控制主机供电；
16.所述控制主机，用于处理储接收到的水位数据采集装置发送的数据。
17.本实用新型的进一步改进在于，水文站点数据汇聚服务器，通过对所述摄像、雷达水位计监测的数据进行对比，如果两路水位数据差在设定范围之内，则白天取摄像头采集的数据，夜间或阴雨天取雷达水位计采集的水位数据。
18.本实用新型的进一步改进在于，所述水文站点数据汇聚服务器为多个，多个所述水文站点数据汇聚服务器通过gprs接收器接收管辖范围内的复合型水位数据双感知模块发送的数据。
19.本实用新型的进一步改进在于，所述水文测报中心服务器，用于对历史数据进行数据挖掘和分析。
20.本实用新型的进一步改进在于，所述水文测报中心服务器的数据挖掘和分析，包括水位动态分析、报警信息、水情预测。
21.与现有技术相比，本实用新型提供的一种复合型水文水位数据双感知系统，至少实现了如下的有益效果：
22.本实用新型解决了当前水文水位测报方式稳定性差、数据不准确、不能远程校核等问题，本实用新型基于雷达技术和现代视频监控技术，在传统雷达水位计方式采集水位数据的基础上，利用摄像机采集同一监测断面点水位标尺图像，通过图像识别技术识别水位数据信息并利用无线通信技术同时将不同来源的一组水位数据传送到水文站点数据汇聚点，并最终上报水文测报中心，该系统具有可靠性强，可实现水位远程校核，易于拓展和集成的特点。
23.当然，实施本实用新型的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
24.通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
25.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
26.图1为本实用新型复合型水文水位数据双感知系统的原理框图；
27.图2为复合型水位数据双感知模块组成图；
28.图3为模拟量输入模块结构图；
29.图4为gprs通信接口模块电路原理图；
30.图5为控制主机以太网通信接口模块单元电路原理图.
具体实施方式
31.现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
32.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
33.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
34.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.实施例1，
37.如图1-5所示，一种复合型水文水位数据双感知系统，包括水位数据采集装置，复合型水位数据双感知模块6，水文站点数据汇聚服务器4，水文测报中心服务器5；
38.水位数据采集装置，用于采集水位监测点水位数据，并通过有线网络发送至复合型水位数据双感知模块6；水位数据采集装置至少为一种；
39.复合型水位数据双感知模块6，设与水位监测装置前端，用于接收水位数据采集装置发送的数据，并传输至水文站点数据汇聚服务器4；
40.水文站点数据汇聚服务器4，用于接收复合型水位数据双感知模块6发送的数据，通过数据对比，判断水位数据产是否超过设定范围，确定水位数据是否异常；确定水位数据正常的，通过计算机网络发送至水文测报中心服务器5；
41.水文测报中心服务器5，用于接收水文站点数据汇聚服务器4的数据，形成历史数据。
42.基于上述实施例，本实用新型对识别的水位数据信息，利用无线通信技术将不同来源的水位数据传送到水文站点数据汇聚点，并最终上报水文测报中心，该系统具有可靠性强，可实现水位远程校核，易于拓展和集成的特点。通过不同的水位数据采集装置，确保了监测的准确性。当不同的水位数据采集装置监测的数据不一致时，便于及时调取监控图像判断异常发生情形，进行远程数据校核，进一步保证了安全可靠性。
43.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，水位数据采集装置，包括水位标尺1、摄像头2、雷达水位计3。摄像头2，用于拍摄水位标尺1实时图；雷达水位计3，用于感知水位数据；摄像头2、雷达水位计3通过poe交换机将数据发送至复合型水位数据双感知模块6。具体地，每个水位监测点安装一台模拟式雷达水位计3和一台室外监控摄像头2，通过poe方式供12v直流电给雷达水位计3和摄像头2，监控摄像头2对准监测点水位标尺1，同时确保能覆盖到雷达水位计3。
44.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，水位数据双感知模块安装在水位监测点附近的前端站房内，同步分别采集来自雷达水位计3和摄像头2拍摄的两路水位数据。复合型水位数据双感知模块6，包括以太网通信接口模块、模拟量输入模块、控制主机、gprs通信接口模块、存储单元和主、备用电源。具体地：以太网通信接口模块，用于与poe交换机电
连接。模拟量输入模块，是模拟量输入单元，通过ai1输入，用于采集雷达水位计3感知的水位数据。其中，水位信号输入电压在0～5v范围以内，zmm5v1是稳压二极管，起过压保护作用。gprs 通信接口模块，用于与水文站点数据汇聚服务器4进行数据传输。存储单元，用于存储接收到的水位数据采集装置发送的数据。主、备用电源，用于向控制主机供电。控制主机，用于处理储接收到的水位数据采集装置发送的数据。
45.基于上述实施例，水位数据双感知模块安装于水文前端站房内，站房内通 220v交流电，通过电源适配器转换成直流5v供给该模块。
46.上述实施例中，模块通过以太网接口芯片w5500连接到一台4口poe交换机，交换机也安装于前端站房，采用cat5线缆穿钢管埋地敷设到设置在监测点的网络摄像机，通过poe方式给摄像机供电。另外通过模拟量输入模块采集来自雷达水位计感知的水位数据，通过微控制器模块内置的模数转换器将其转换成数字量水位数据。摄像机采用户外型宽动态摄像机，支持彩转黑模式、同时配监控补光灯，由poe供电。
47.双感知模块的控制主机，即微控制器，采用低功耗arm内核微控制器 stm32f103c8t6。存储模块采用微控制器内置128k高速闪存，工作频率为72mhz，能够满足水位图像暂存和上传实时性要求。gprs通信接口模块使用mg2639_v3 芯片，通过串口连接微控制器，插入sim卡，使用流量将水位数据传输给水文站点数据汇聚服务器4。网络接口模块采用w5500，通过spi接口连接微控制器。电源供电采用一主一备两种电源供电，主电源使用220v市电，通过电源适配器转换成5v直流电供给双感知模块，备用电源选用轻薄可充电聚合物锂电池，容量设计3000～4000mah，系统支持休眠模式，长待机时间模式。
48.双感知模块的控制主机微控制器通过spi串行接口和以太网通信接口芯片 w5500通信，如图，w5500和微控制器的管脚连接示意图，w5500管脚1、2、3 接地，管脚4、6接3.3v电源，管脚5接微控制器(stm32f103c8t6)23脚，管脚7接微控制器21脚，9脚接微控制器20管脚，是片选信号，10脚接微控制器 41脚，用来做硬件复位，11脚接微控制器24脚，做中断输入；12脚接主控制器22脚。
49.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，水文站点数据汇聚服务器4，通过对摄像头2、雷达水位计3监测的数据进行对比，如果两路水位数据差在设定范围之内，则白天取摄像头2采集的数据，夜间或阴雨天取雷达水位计3采集的水位数据。具体地，本实施例中，水文站点数据汇聚服务器4采用普通管理计算机，运行图像识别算法，识别摄像头2拍摄的水位标尺实时图像中的水位值，再与模拟量输入模块采集的雷达水位计3感知的水位数据进行对比。
50.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，水文站点数据汇聚服务器4为多个，多个水文站点数据汇聚服务器4通过gprs接收器接收管辖范围内的复合型水位数据双感知模块6发送的数据。
51.上述实施例中，水文站点数据汇聚服务器4和复合型水位数据双感知模块 6的gprs通信接口模块采用中兴gprs收发模块mg2639。其中，mg2639的29、 30管脚接微控制器stm32f103c8t6的uart接口(管脚12、13)，通信速率设置为19200bps，管脚7rssi_led内部下拉，为普通i/o，通过增加一个三极管s8050 来驱动led灯，起信号指示作用。mg2639的17管脚拉低500ms可对mg2639进行复位，复位信号由stm32f103c8t6的27管脚发出。mg2639的24脚为pwrkey 管脚，通过给一个持续时间2s～5s的低电平脉冲模块即可开机。
52.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，水文测报中心服务器5，接受监测模块传递过来的采集数据，对历史数据进行数据挖掘和分析。同时可以对历史数据进行数据挖掘和分析，如水位动态分析、报警信息、水情预测等。
53.通过上述实施例可知，本实用新型提供的一种复合型水文水位数据双感知系统，至少实现了如下的有益效果：
54.本实用新型解决了当前水文水位测报方式稳定性差、数据不准确、不能远程校核等问题，本实用新型基于雷达技术和现代视频监控技术，在传统雷达水位计方式采集水位数据的基础上，利用摄像机采集同一监测断面点水位标尺图像，通过图像识别技术识别水位数据信息并利用无线通信技术同时将不同来源的一组水位数据传送到水文站点数据汇聚点，并最终上报水文测报中心，该系统具有可靠性强，可实现水位远程校核，易于拓展和集成的特点。
55.虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，包括水位数据采集装置，复合型水位数据双感知模块(6)，水文站点数据汇聚服务器(4)，水文测报中心服务器(5)；所述水位数据采集装置，用于采集水位监测点水位数据，并通过有线网络发送至复合型水位数据双感知模块(6)；所述复合型水位数据双感知模块(6)，设与水位监测装置前端，用于接收水位数据采集装置发送的数据，并传输至水文站点数据汇聚服务器(4)；所述水文站点数据汇聚服务器(4)，用于接收复合型水位数据双感知模块(6)发送的数据，通过数据对比，判断水位数据产是否超过设定范围，确定水位数据是否异常；确定水位数据正常的，通过计算机网络发送至水文测报中心服务器(5)；所述水文测报中心服务器(5)，用于接收水文站点数据汇聚服务器(4)的数据，形成历史数据。2.根据权利要求1所述的复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，所述水位数据采集装置，包括水位标尺(1)、摄像头(2)、雷达水位计(3)；所述摄像头(2)用于拍摄水位标尺(1)实时图；所述雷达水位计(3)用于感知水位数据；所述摄像头(2)、雷达水位计(3)通过poe交换机将数据发送至复合型水位数据双感知模块(6)。3.根据权利要求2所述的复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，所述复合型水位数据双感知模块(6)，包括以太网通信接口模块、模拟量输入模块、控制主机、gprs通信接口模块、存储单元和主、备用电源；所述以太网通信接口模块，用于与poe交换机电连接；所述模拟量输入模块，是模拟量输入单元，通过ai1输入，用于采集雷达水位计(3)感知的水位数据；所述gprs通信接口模块，用于与水文站点数据汇聚服务器(4)进行数据传输；所述存储单元，用于存储接收到的水位数据采集装置发送的数据；所述主、备用电源，用于向控制主机供电；所述控制主机，用于处理储接收到的水位数据采集装置发送的数据。4.根据权利要求2所述的复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，所述水文站点数据汇聚服务器(4)，通过对所述摄像头(2)、雷达水位计(3)监测的数据进行对比，如果两路水位数据差在设定范围之内，则白天取摄像头(2)采集的数据，夜间或阴雨天取雷达水位计(3)采集的水位数据。5.根据权利要求1所述的复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，所述水文站点数据汇聚服务器(4)为多个，多个所述水文站点数据汇聚服务器(4)通过gprs接收器接收管辖范围内的复合型水位数据双感知模块(6)发送的数据。6.根据权利要求1所述的复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，所述水文测报中心服务器(5)，用于对历史数据进行数据挖掘和分析。7.根据权利要求6所述的复合型水文水位数据双感知系统，其特征在于，所述水文测报中心服务器(5)的数据挖掘和分析，包括水位动态分析、报警信息、水情预测。

技术总结
本实用新型公开了一种复合型水文水位数据双感知系统。水位数据采集装置，用于采集水位监测点水位数据，并通过有线网络发送至复合型水位数据双感知模块；复合型水位数据双感知模块，用于接收水位数据采集装置发送的数据，并传输至水文站点数据汇聚服务器；水文站点数据汇聚服务器，用于接收复合型水位数据双感知模块发送的数据，并发送至水文测报中心服务器。本实用新型在传统雷达水位计方式采集水位数据的基础上，利用摄像机采集同一监测断面点水位标尺图像，通过图像识别技术识别水位数据信息并利用无线通信技术同时将不同来源的一组水位数据传送到水文站点数据汇聚点，并最终上报。本系统可靠性强，可实现水位远程校核，易于拓展和集成。于拓展和集成。于拓展和集成。


技术研发人员：张云 蔡彬彬 宋楚平
受保护的技术使用者：江苏省水文水资源勘测局南通分局
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2022/5/25