一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法及系統(tǒng)，所述方法包括：控制無(wú)人機(jī)在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)拍攝區(qū)域紅外圖像并記錄拍攝圖像時(shí)所對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)的拍攝位置；提取所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征并結(jié)合異質(zhì)水體的紅外圖像特征以識(shí)別污水暗排口可疑點(diǎn)；對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)紅外拍攝并對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法檢測(cè)精度高，可實(shí)現(xiàn)小尺度上污水暗排口的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】
一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)重，其中水污染現(xiàn)象尤為突出。污水處理和排放問(wèn)題也越發(fā)尖銳，對(duì)于污水處理廠的污水處理和排放過(guò)程控制也越來(lái)越引起更多人的重視。目前，污水偷排現(xiàn)象十分嚴(yán)重，存在很多隱蔽的污水暗排口。
[0003]現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中，其往往通過(guò)工作人員定期監(jiān)測(cè)排放源，以識(shí)別其是否存在污染現(xiàn)象。但工作人員檢測(cè)過(guò)程中，其往往難以獲得原始數(shù)據(jù)，從而不能實(shí)現(xiàn)對(duì)水體污染源的正確判斷；同時(shí)，由于污染的擴(kuò)散性，違法排放進(jìn)入河流的污水很容易被稀釋，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)很難測(cè)出偷排的污水，也很難準(zhǔn)確判斷具體的污水暗排口；現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法也需要大量的人力、物力來(lái)進(jìn)行大規(guī)模采樣，成本高。
[0004]目前亟需一種簡(jiǎn)單精確的污水暗排口檢測(cè)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明專利目的在于設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法及系統(tǒng)，檢測(cè)精度高，可實(shí)現(xiàn)小尺度上污水暗排口的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。
[0006]水溫是評(píng)估水體污染的常用指標(biāo)之一，熱紅外遙感技術(shù)對(duì)于污水暗排口檢測(cè)是一種可行的并且靈敏度較高的方法。發(fā)明基于紅外檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行污水暗排口的檢測(cè)。
[0007]本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0009]步驟S1、控制無(wú)人機(jī)在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)拍攝區(qū)域紅外圖像并記錄拍攝圖像時(shí)所對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)的拍攝位置。
[0010]步驟S2、提取所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征并結(jié)合異質(zhì)水體的紅外圖像特征以識(shí)別污水暗排口可疑點(diǎn)；異質(zhì)水體區(qū)域的熱紅外圖像會(huì)呈現(xiàn)類似圓形的中心輻射狀特征，當(dāng)某觀測(cè)區(qū)域所述區(qū)域紅外圖像呈現(xiàn)類似圓形的中心輻射狀特征時(shí)，則判斷該區(qū)域?yàn)槲鬯蹬趴诳梢牲c(diǎn)。
[0011]步驟S3、對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)紅外拍攝并對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn);對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，作出溫度頻數(shù)直方圖，并根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀確認(rèn)污水暗排口可疑點(diǎn)是否存在污水暗排口；若存在污水暗排口，所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀呈現(xiàn)出從低溫到高溫逐漸下降的左偏分布趨勢(shì);若不存在污水暗排口，所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀是正態(tài)分布。
[0012]進(jìn)一步，本發(fā)明所述對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)紅外拍攝時(shí)，無(wú)人機(jī)至少懸停5秒，以拍攝完整的紅外圖像。
[0013]本發(fā)明還提供一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0014]無(wú)人機(jī)，用于在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)；
[0015]飛行控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)飛行操作；
[0016]圖像采集單元，用于實(shí)時(shí)采集觀測(cè)區(qū)域的區(qū)域紅外圖像以及定點(diǎn)拍攝污水暗排口可疑點(diǎn)的紅外圖像；
[0017]圖像處理單元，用于對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)的紅外圖像信息進(jìn)行處理并作出溫度頻數(shù)直方圖；
[0018]判斷單元，用于根據(jù)所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征判斷是否存在污水暗排口可疑點(diǎn)以及根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明所述圖像采集單元采用高精度紅外測(cè)溫成像鏡頭。
[0020]本發(fā)明提供的一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)檢測(cè)精度高，可實(shí)現(xiàn)小尺度上污水暗排口的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)；
[0022](2)不受時(shí)間與空間的限制，可避免企業(yè)事先對(duì)暗排放口進(jìn)行隱蔽處理，從而獲得真實(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。
【附圖說(shuō)明】
[0023]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0024]圖1是本發(fā)明一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法的流程圖；
[0025]圖2是本發(fā)明一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)系統(tǒng)的模塊圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一排污前后水面熱紅外圖像；
[0027]圖4是本發(fā)明實(shí)施例一排污前后水面熱紅外圖像溫度頻數(shù)分布直方圖；
[0028]圖5是本發(fā)明實(shí)施例一模擬污水暗排口排污時(shí)熱紅外圖像動(dòng)態(tài)變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明提出了本發(fā)明提供一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，請(qǐng)參閱圖1，包括如下步驟:
[0031]步驟S1、控制無(wú)人機(jī)在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)拍攝區(qū)域紅外圖像并記錄拍攝圖像時(shí)所對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)的拍攝位置。
[0032]步驟S2、提取所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征并結(jié)合異質(zhì)水體的紅外圖像特征以識(shí)別污水暗排口可疑點(diǎn)。具體的，異質(zhì)水體區(qū)域的熱紅外圖像會(huì)呈現(xiàn)類似圓形的中心輻射狀特征，當(dāng)某觀測(cè)區(qū)域所述區(qū)域紅外圖像呈現(xiàn)類似圓形的中心輻射狀特征時(shí)，則判斷該區(qū)域?yàn)槲鬯蹬趴诳梢牲c(diǎn)。
[0033]步驟S3、對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)紅外拍攝并對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。具體的，對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，作出溫度頻數(shù)直方圖，并根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀確認(rèn)污水暗排口可疑點(diǎn)是否存在污水暗排口 ；若存在污水暗排口，所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀呈現(xiàn)出從低溫到高溫逐漸下降的左偏分布趨勢(shì);若不存在污水暗排口，所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀是正態(tài)分布。具體方式為飛機(jī)懸停在可疑暗排口上空5到10米，每隔10秒拍攝一次紅外圖像，至熱紅外圖像高溫區(qū)域邊界逐漸模糊直至無(wú)異常高溫區(qū)域，飛機(jī)停止拍攝并返航，取出紅外圖像，利用圖像處理軟件進(jìn)行分析，并進(jìn)一步確認(rèn)是否存在污水暗排口。
[0034]本發(fā)明還提供一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)系統(tǒng)，請(qǐng)參閱圖2，包括:
[0035]無(wú)人機(jī)，用于在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)；
[0036]飛行控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)飛行操作；
[0037]圖像采集單元，用于實(shí)時(shí)采集觀測(cè)區(qū)域的區(qū)域紅外圖像以及定點(diǎn)拍攝污水暗排口可疑點(diǎn)的紅外圖像;所述圖像采集單元采用高精度紅外測(cè)溫成像鏡頭；
[0038]圖像處理單元，用于對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)的紅外圖像信息進(jìn)行處理并作出溫度頻數(shù)直方圖；
[0039]判斷單元，用于根據(jù)所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征判斷是否存在污水暗排口可疑點(diǎn)并以及根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。
[0040]實(shí)際拍攝時(shí)，通過(guò)遙控器控制飛機(jī)飛至預(yù)定作業(yè)區(qū)域，根據(jù)地面圖像顯示裝置的實(shí)時(shí)取景情況，控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整拍攝角度。在最佳角度，控制紅外成像儀調(diào)焦、拍攝。[0041 ] 具體實(shí)施例一:
[0042]本實(shí)施例采用模擬實(shí)驗(yàn)，模擬地點(diǎn)為某人工湖，無(wú)污染，當(dāng)日補(bǔ)水口正在補(bǔ)水，水流方向?yàn)閺臇|南到西北向，比較符合本專利對(duì)實(shí)施對(duì)象的要求;實(shí)驗(yàn)氣象條件，晴，無(wú)風(fēng)。
[0043]實(shí)驗(yàn)步驟:①選擇人工湖的一小片水域，對(duì)凈水水域進(jìn)行拍攝;②用該水域中的水與90°C的水按一定的體積比混合，配置10升水溫為37攝氏度的混合水，用來(lái)模擬真實(shí)污水暗排口中的“污水”，并將其裝入一個(gè)自帶水龍頭的水桶;③將水桶放置高于湖面15厘米處，模擬污水暗排口 ；④人工操控?zé)o人機(jī)，使其停留在“污水暗排口”上空5至10米處，對(duì)焦;⑤模擬排污過(guò)程:打開(kāi)水桶水龍頭，模擬污水排放;與此同時(shí)，開(kāi)始對(duì)“暗排口 ”附近水域進(jìn)行連續(xù)拍攝，拍攝間隔為1s，直到“污水”全部排完，水面溫度恢復(fù)原狀時(shí)停止拍攝。
[0044]污水暗排口可疑點(diǎn)初判依據(jù):請(qǐng)參閱圖3，圖3a表明水面溫度分布均勻，圖3b是同一水域紅外圖像，呈現(xiàn)橢圓形的中心輻射狀，表明中心區(qū)域的溫度最高，對(duì)比可初判這一區(qū)域內(nèi)存在污水暗排口。
[0045]請(qǐng)參閱圖4，利用圖像處理軟件進(jìn)行分析，進(jìn)一步確認(rèn)。圖4a是圖3a的溫度頻數(shù)分布直方圖，大致呈現(xiàn)以整幅圖平均值為中心的正態(tài)分布，可確認(rèn)此水域此時(shí)為凈水區(qū)域。
[0046]圖4b是圖3b的溫度頻數(shù)分布直方圖，呈現(xiàn)出從低溫到高溫逐漸下降的左偏分布趨勢(shì)，綜合上述分析，可確認(rèn)此處存在污水暗排口。
[0047]拍攝持續(xù)時(shí)間的依據(jù):總體上，依據(jù)污水排放時(shí)連續(xù)過(guò)程的熱紅外圖像特征決定拍攝的持續(xù)時(shí)間，圖5為模擬實(shí)驗(yàn)中隨時(shí)間推移的“污水”擴(kuò)散熱紅外圖像。圖5a為“排污”前凈水的圖像；圖5b為“污水”剛剛被觀測(cè)到時(shí)的圖像，“污水”區(qū)域呈現(xiàn)以橢圓形的中心輻射狀，并順應(yīng)水流出現(xiàn)一定偏移；圖5c和圖5d表明“排污口”附近溫度仍然最高，擴(kuò)散面積沿水流方向進(jìn)一步擴(kuò)大，但隨著“污水”的擴(kuò)散，高溫區(qū)的邊界變得模糊；圖5e為“排污”停止時(shí)的熱紅外圖像，此時(shí)“污水”區(qū)域溫度比周圍的周圍水域略高；圖5f為停止排放一段時(shí)間后的熱紅外圖像，其特征與排放前相似。
[0048]以上所述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟S1、控制無(wú)人機(jī)在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)拍攝區(qū)域紅外圖像并記錄拍攝圖像時(shí)所對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)的拍攝位置； 步驟S2、提取所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征并結(jié)合異質(zhì)水體的紅外圖像特征以識(shí)別污水暗排口可疑點(diǎn)； 步驟S3、對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)紅外拍攝并對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，其特征在于，所述提取所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征并結(jié)合異質(zhì)水體的紅外圖像特征以識(shí)別污水暗排口可疑點(diǎn)，進(jìn)一步包括: 所述異質(zhì)水體區(qū)域的熱紅外圖像會(huì)呈現(xiàn)類似圓形的中心輻射狀特征，當(dāng)某觀測(cè)區(qū)域所述區(qū)域紅外圖像呈現(xiàn)類似圓形的中心輻射狀特征時(shí)，則判斷該區(qū)域?yàn)槲鬯蹬趴诳梢牲c(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，其特征在于，所述對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，進(jìn)一步包括: 對(duì)所拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理，作出溫度頻數(shù)直方圖，并根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀確認(rèn)污水暗排口可疑點(diǎn)是否存在污水暗排口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀確認(rèn)污水暗排口可疑點(diǎn)是否存在污水暗排口，進(jìn)一步包括: 若存在污水暗排口，所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀呈現(xiàn)出從低溫到高溫逐漸下降的左偏分布趨勢(shì)； 若不存在污水暗排口，所述溫度頻數(shù)直方圖的形狀是正態(tài)分布。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)方法，其特征在于，所述對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)紅外拍攝時(shí)，無(wú)人機(jī)懸停時(shí)間為至少5秒。6.一種基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 無(wú)人機(jī)，用于在觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)； 飛行控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)飛行操作； 圖像采集單元，用于實(shí)時(shí)采集觀測(cè)區(qū)域的區(qū)域紅外圖像以及定點(diǎn)拍攝污水暗排口可疑點(diǎn)的紅外圖像； 圖像處理單元，用于對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)的紅外圖像信息進(jìn)行處理并作出溫度頻數(shù)直方圖； 判斷單元，用于根據(jù)所述區(qū)域紅外圖像的圖像特征判斷是否存在污水暗排口可疑點(diǎn)，以及根據(jù)所述溫度頻數(shù)直方圖對(duì)污水暗排口可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于無(wú)人機(jī)的污水暗排口檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集單元采用高精度紅外測(cè)溫成像鏡頭。
【文檔編號(hào)】G01J5/10GK106094872SQ201610712821
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月24日
【發(fā)明人】邱國(guó)玉, 秦龍君, 李瑞麗, 于小惠
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)深圳研究生院