买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：重庆交通大学

摘要：本发明公开了一种基于图像法的卵砾石输移实时监测装置、方法及系统，监测装置包括上盖板、下盖板、拾音器、压力传感器、姿态传感器和摄像头。所述上盖板和下盖板相互围合形成容纳腔。所述拾音器、压力传感器、姿态传感器和摄像头均设置所述容纳腔内，所述上盖板上设有透明的窗口。监测方法采用声学法、压力法和摄像法配合，其中声学法和压力法可单独进行输移量计算，两种方法计算结果可相互验证，同时通过摄像法计算分析出的粒径对声学法的准确性进行检测，进而可提高卵石输移的准确性。

主权项：1.一种基于图像法的卵砾石输移实时监测方法，采用的监测装置，包括上盖板1、下盖板2、拾音器3、压力传感器4、姿态传感器5和摄像头6，所述上盖板1和下盖板2相互围合形成容纳腔1a，所述拾音器3、压力传感器4、姿态传感器5和摄像头6均设置所述容纳腔1a内，所述上盖板1上设有透明的窗口1b，用于摄像头6拍摄；所述上盖板1和下盖板2采用金属板，所述拾音器3固定装设于上盖板1上，其中所述上盖板1作为谐振器与所述拾音器3配合使用，所述压力传感器4为多个，且压力传感器4设置容纳腔1a的顶角处，且位于所述上盖板1和下盖板2之间起支撑作用，所述压力传感器4上端与所述上盖板1刚性连接，所述压力传感器4的下端设有安装座4a，所述安装座4a与所述下盖板2接触；所述摄像头6固定装设于下盖板2上并位于所述窗口1b的正下方，且所述摄像头6采用超广角摄像头；所述上盖板1和下盖板2之间通过保护罩7围合形成所述容纳腔1a，所述拾音器3、压力传感器4、姿态传感器5和摄像头6均通过电线电性连接外接数据储存器；所述保护罩7上开设有通孔用于电线安装，且所述通孔处、保护罩7与上盖板1和下盖板2连接处均作密封处理；其特征在于：该方法包括如下步骤，a、安装：将监测装置设置于观测点的河道内并水平固定，然后将监测装置通过线缆与岸上的电箱或计算机终端进行连接；b、数据采集：通过拾音器3采集河底卵砾石输移的音频信息，通过压力传感器4采集上盖板1在卵砾石输移过程中承受的压力信息，通过姿态传感器5采集监测装置本身的水平状态信息，通过摄像头6在拍摄区域内采集上盖板1经过的卵石照片信息，获得卵石图像；c、数据分析：通过声学法将拾音器3采集的音频信息进行计算分析得出卵石粒径及卵石输移量；同时通过压力法将压力传感器4采集的卵石重量信息分析计算得出对应的卵石输移量；通过摄像法将摄像头6采集的卵石照片信息分析重构卵石的粒径；所述声学法如下：1音频采集，设置拾音器3的拾音面积，将采集的音频信号接入计算机声卡，利用音频进行录制和储存，将音频采样频率设计为每秒记录，提高音频的保真度，根据音频信号的频率设置采样频率，根据采样定理设置，采样定理为：设采样频率为fs，目标信号最高频率为fmax，当fs≥2fmax时，采集到的音频就能完整体现音频信号的特征，使音频信号“保真”，根据初步试验，卵石碰撞音频信号的频率不超过6000Hz，故将采样频率设置为16KHz，在保证音频信号“保真”的前提下节省存储空间，音频采样精度决定了声音的动态范围，反映的是音频时域波形幅值到的精度，最终把采样精度设置为16位，即单个采样点的取值范围为216级；2卵石运动信号特征分析，试验采集的原始音频需要经过预处理才能进行特征识别，包括分帧加窗、降噪、端点检测步骤；3卵石粒径识别，不同粒径卵石所产生的音频信号的特征不同，其中就包括幅值特征，粒径越大的卵石，所产生的音频信号的幅值越大，能量越大；可以根据音频信号中，卵石碰撞产生的音频幅值大小来判断该卵石的粒径大小，其步骤为：①从端点检测到的每段音频信号中提取最大幅值作为当前碰撞卵石的特征幅值，并对所有幅值求均值，②确定卵石幅值与其粒径之间的关系，通过试验结果对此关系进行拟合，得出拟合方程并计算出粒径大小；4卵石推移质输移量计算，卵石推移质输移量M的计算式为： 式中，n为通过仪器上面板的卵石个数，m为单个卵石质量，ρ为卵石密度，D为卵石等容粒径，利用上述公式，根据仪器采集的音频信号，就可以计算每小时经过仪器上面板的卵石推移质输移量；所述压力法如下：压力法卵石输移量的计算是通过其测得压力数据进一步转化得到一定时间段内的卵石推移质输移量，卵石输移量的计算方法共有两种：一是在输移时间较短的情况下，测得压力数据为一段时间内卵石堆积重量m；二是在长时间输移的情况下，通过进一步数据处理计算卵石总输移量，计算步骤为四步：①设仪器当前返回数据和后一数据分别为X1和X2；②X1与X2差值即为单个数据返回周期内输移的卵砾石重量；③计算输移总时间内每个数据返回周期的卵砾石重量mi；④每个数据返回周期的卵砾石重量mi之和，即为输移总时间的卵砾石总质量m；所述摄像法数据采集原理如下，当卵石通过摄像头6拍摄区域，摄像头6可定向观测经过上面板的卵石，获得多幅卵石图像，得到原始观测图像后，需对摄像头6所拍摄到的图像进行拼接融合，对拍摄的视频分成一帧一帧的图片，对图片进行帧间差分，通过matlab代码还原出通过上面板的卵石形态，然后再推求出大小，粒径信息；d、数据验证：通过声学法和压力法计算的卵石输移量进行比对验证，同时通过摄像法分析计算得出的粒径与声学法计算得出的粒径进行对比验证，采用双重验证方法保证卵石输移量监测的准确性。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 重庆交通大学 基于图像法的卵砾石输移实时监测装置、方法及系统