本發(fā)明涉及水位監(jiān)測，具體涉及一種基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水文在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠提供實時的水文數(shù)據(jù)，以便及時掌握水資源的狀況。傳統(tǒng)的水文監(jiān)測方法通常需要人工采集和處理數(shù)據(jù)，需要人為查看標(biāo)桿上的刻度，存在耗時耗力且操作不便、誤差較大、無法實時查看等諸多問題。而水文在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和傳輸，提高了監(jiān)測的效率和準(zhǔn)確性。一般基于傳感器檢測或基于視覺圖像檢測，其中基于傳感器的水位監(jiān)測技術(shù)包括聲學(xué)法、電容法、壓阻法等。這些技術(shù)在水位監(jiān)測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但是也存在一些缺點問題。聲學(xué)法受環(huán)境噪聲和水質(zhì)影響較大；電容法和壓阻法則受天氣條件和水質(zhì)變化的影響較大。此外這些傳統(tǒng)技術(shù)的精度和穩(wěn)定性也存在一定的局限性。

2、目前的基于視覺圖像的水位監(jiān)測大多需要通過無線或有線的方式把視頻畫面?zhèn)鬏斀o后臺服務(wù)器，再由后臺服務(wù)器計算機(jī)進(jìn)行水位識別?，F(xiàn)有技術(shù)cn202211209402.3公開了一種基于ocr的水尺識別方法，其需要額外的算法去檢測水位線的位置，然后通過計算最后一個讀數(shù)與水位線的像素距離，插值得到具體的水位結(jié)果，誤差很大，尤其當(dāng)攝像頭安裝角度造成圖像變形時，結(jié)果誤差更大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，無需改造舊有的水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，降低了投入成本，并提高了傳統(tǒng)視覺圖像方法識別水位的精度。

2、為了達(dá)到上述目的，提供了基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，包括嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器，所述嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器包括以下模塊：

3、圖像采集模塊：用于通過攝像頭實時采集水位尺的視頻圖像數(shù)據(jù)；

4、圖像識別模塊：用于根據(jù)基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的水位識別算法，對視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，獲取水位檢測分析數(shù)據(jù)；所述水位識別算法基于數(shù)字符號檢測算法與ocr算法，分別對水位尺上的數(shù)字符號及刻度線進(jìn)行檢測與識別；

5、網(wǎng)絡(luò)通信模塊：用于與云端信息管理平臺進(jìn)行通信連接，進(jìn)行水位檢測分析數(shù)據(jù)的回傳。

6、進(jìn)一步，還包括自校正裝置，所述自校正裝置包括設(shè)置在岸上的支架和設(shè)置在水面的浮臺，所述浮臺設(shè)有支撐架、轉(zhuǎn)盤和第一控制器，所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動連接在支撐架上且內(nèi)部設(shè)有復(fù)位扭簧，所述支撐架上設(shè)有檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)的電位器模塊，所述電位器模塊與第一控制器電連接，所述支架上設(shè)有步進(jìn)電機(jī)和第二控制器，所述第二控制器與步進(jìn)電機(jī)電連接；所述第一控制器和第二控制器均與嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器通信連接；所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上設(shè)有集線盤，所述集線盤與轉(zhuǎn)盤之間設(shè)有連接繩；所述嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器還包括：

7、水位計算分析模塊：用于根據(jù)電位器模塊檢測的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)分析處理水位計算數(shù)據(jù)；

8、對比分析模塊：用于將水位檢測分析數(shù)據(jù)與水位計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，若對比結(jié)果在設(shè)定允許誤差范圍內(nèi)，則輸出水位檢測分析數(shù)據(jù)與水位計算數(shù)據(jù)；若對比結(jié)果在設(shè)定允許誤差范圍外，則生成調(diào)試信息；

9、調(diào)試分析模塊：用于使第二控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動設(shè)定圈數(shù)，并重新采集電位器模塊檢測的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，并通過水位計算分析模塊重新計算水位計算數(shù)據(jù)；以及根據(jù)設(shè)定圈數(shù)計算轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的理論轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，并通過水位計算分析模塊計算理論水位計算數(shù)據(jù)；還用于將理論水位計算數(shù)據(jù)與重新計算水位計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，若一致，則自校正裝置工作正常且輸出水位計算數(shù)據(jù)，若不一致，則自校正裝置工作異常，輸出水位檢測分析數(shù)據(jù)。

10、進(jìn)一步，所述浮臺套設(shè)安裝在方柱狀的豎直標(biāo)桿上并可隨水面上下活動，所述豎直標(biāo)桿上設(shè)有水位尺。

11、進(jìn)一步，所述圖像采集模塊還用于通過攝像頭實時采集豎直標(biāo)桿上浮臺與水位尺的視頻圖像數(shù)據(jù)，所述圖像識別模塊還用于根據(jù)基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的水位識別算法，對視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，獲取浮臺水位檢測分析數(shù)據(jù)，再根據(jù)浮臺水位檢測分析數(shù)據(jù)和浮臺高度分析計算真實水位檢測分析數(shù)據(jù)，

12、所述對比分析模塊還用于將水位檢測分析數(shù)據(jù)與真實水位檢測分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若對比結(jié)果在設(shè)定允許誤差范圍內(nèi)，則輸出水位檢測分析數(shù)據(jù)與真實水位檢測分析數(shù)據(jù)；若對比結(jié)果在設(shè)定允許誤差范圍外，則生成調(diào)試信息并發(fā)送至調(diào)試分析模塊。

13、進(jìn)一步，所述數(shù)字符號檢測算法采用east模型對水位尺的數(shù)字與刻度符號進(jìn)行檢測。

14、進(jìn)一步，所述ocr算法采用crnn文本識別算法。

15、原理及優(yōu)點：

16、1.通過邊緣代理服務(wù)器可通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)接入現(xiàn)有的水位監(jiān)控攝像頭及信息管理系統(tǒng)。在本地實時進(jìn)行視頻分析，無需改造舊有的水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，具有成本低，部署方便靈活，前端實時監(jiān)測，響應(yīng)快等優(yōu)點。

17、2.水位尺上，不是每個刻度都標(biāo)有對應(yīng)的數(shù)字讀數(shù)，現(xiàn)有的ocr算法需要額外的算法去檢測水位線的位置，然后通過計算最后一個讀數(shù)與水位線的像素距離，插值得到具體的水位結(jié)果，誤差很大，尤其當(dāng)攝像頭安裝角度造成圖像變形時，結(jié)果誤差更大。而本方案的水位識別算法基于數(shù)字符號檢測算法與ocr算法，可以檢測出水面以上露出的每個數(shù)字及刻度符號在圖像上的位置，即使圖像有視差變形，也可以由刻度符號的位置直接得到具體的分刻度值，無需插值計算，可以提高結(jié)果的精度。

18、3.數(shù)字符號檢測算法使用較為廣泛的文本檢測算法是ctpn模型，ctpn模型在水平文本的檢測方面效果比較好，但是對于豎直方向的文本，或者多方向的文本，ctpn模型檢測就很差。由于水位尺的讀數(shù)與刻度為豎直分布，采用east模型，對垂直文本效果比較好，能夠?qū)λ怀叩臄?shù)字與刻度符號進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。而ocr算法選用crnn文本識別算法，具有容易訓(xùn)練，模型容易收斂，且魯棒性較高，易于部署，模型結(jié)構(gòu)簡單，推理速度快且支持變長輸入等優(yōu)點。相結(jié)合之后可以準(zhǔn)確檢測出水位尺水面以上露出的每個數(shù)字及刻度。

19、4.攝像頭的位置可能距離水位尺相對較遠(yuǎn)，由于不是近距離的拍攝，拍攝角度過度傾斜導(dǎo)致圖像質(zhì)量低、反光等問題，導(dǎo)致識別分析得到的水位檢測分析數(shù)據(jù)可能不一定準(zhǔn)確。本方案設(shè)置了自校正裝置結(jié)合攝像頭的水位檢測分析，轉(zhuǎn)盤內(nèi)部的復(fù)位扭簧可以使集線盤與轉(zhuǎn)盤之間的連接繩繃直，而連接繩的長度固定則可表示水位信息，因此可通過轉(zhuǎn)盤和浮臺等部件構(gòu)建了新型的水位傳感器，水位上升或下降，均會轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，因此可通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)的分析間接獲取并得到水位計算數(shù)據(jù)，水位計算數(shù)據(jù)由于天氣的影響，可能也不一定十分準(zhǔn)確。本方案在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)的交叉驗證分析，再根據(jù)分析結(jié)果反饋調(diào)整自校正裝置，得到最準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)并輸出，能夠進(jìn)一步提高水位檢測的精度。

技術(shù)特征：

1.基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器，所述嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器包括以下模塊：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：還包括自校正裝置，所述自校正裝置包括設(shè)置在岸上的支架和設(shè)置在水面的浮臺，所述浮臺設(shè)有支撐架、轉(zhuǎn)盤和第一控制器，所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動連接在支撐架上且內(nèi)部設(shè)有復(fù)位扭簧，所述支撐架上設(shè)有檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)的電位器模塊，所述電位器模塊與第一控制器電連接，所述支架上設(shè)有步進(jìn)電機(jī)和第二控制器，所述第二控制器與步進(jìn)電機(jī)電連接；所述第一控制器和第二控制器均與嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器通信連接；所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上設(shè)有集線盤，所述集線盤與轉(zhuǎn)盤之間設(shè)有連接繩；所述嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述浮臺套設(shè)安裝在方柱狀的豎直標(biāo)桿上并可隨水面上下活動，所述豎直標(biāo)桿上設(shè)有水位尺。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集模塊還用于通過攝像頭實時采集豎直標(biāo)桿上浮臺與水位尺的視頻圖像數(shù)據(jù)，所述圖像識別模塊還用于根據(jù)基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的水位識別算法，對視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，獲取浮臺水位檢測分析數(shù)據(jù)，再根據(jù)浮臺水位檢測分析數(shù)據(jù)和浮臺高度分析計算真實水位檢測分析數(shù)據(jù)，

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)字符號檢測算法采用east模型對水位尺的數(shù)字與刻度符號進(jìn)行檢測。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ocr技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述ocr算法采用crnn文本識別算法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水位監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于OCR技術(shù)的水位監(jiān)測系統(tǒng)，包括嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器，所述嵌入式邊緣物聯(lián)代理服務(wù)器包括以下模塊：圖像采集模塊：用于通過攝像頭實時采集水位尺的視頻圖像數(shù)據(jù)；圖像識別模塊：用于根據(jù)基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的水位識別算法，對視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，獲取水位檢測分析數(shù)據(jù)；所述水位識別算法基于數(shù)字符號檢測算法與OCR算法，分別對水位尺上的數(shù)字符號及刻度線進(jìn)行檢測與識別；網(wǎng)絡(luò)通信模塊：用于與云端信息管理平臺進(jìn)行通信連接，進(jìn)行水位檢測分析數(shù)據(jù)的回傳。本發(fā)明無需改造舊有的水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，降低了投入成本，并提高了傳統(tǒng)視覺圖像方法識別水位的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：武鵬翼,唐曉澤,鄧炯,戴冬生,杜東立,汪莉萍,岳蘭成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶市科源能源技術(shù)發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30