基于图像识别技术的胶体颗粒判别方法

技术领域

本发明涉及地下水环境监测技术领域，具体为基于图像识别技术的胶体颗粒判别方法。

背景技术

传统的地下水流向流速监测采用示踪试剂的方法。布置投剂孔(注入孔)和观测孔(接受孔)。在地下水流向已知的基础上，沿地下水流向至少布置两个井孔，上游孔为投示踪剂(或称指示剂)孔或注入水，下游孔为观测孔或接受孔(取样孔)，为防止流向偏离，可在下游孔两侧按圆弧相距0.5～5.0m各布置一个辅助观测孔。上游孔与下游孔之间距离主要取决于岩石透水性。如为细砂，一般相距2～5m，透水性好的裂隙岩石一般为10～15m。选择示踪剂，并在注入孔中投放，在观测孔中进行接受监测。应根据试验条件和要求选择合适的示踪剂，目前我国测定实际流速主要采用的是化学试剂和染料。进行试验时，首先将示踪剂以瞬时脉冲方式注入投剂孔(注入孔)中的含水层段，然后用定深取样分析方法或定深探头(如离子探针等)定时观测观测井(接受井)中示踪剂的出现，待示踪剂晕的前缘在观测中出现后，应加密观测(取样)次数，以准确的测定出示踪剂前缘和峰值到达观测井的时间。

但是，传统方法存在工程量大、操作繁琐、实施性差等缺点；为此，我们提供了一种基于图像识别技术的胶体颗粒判别方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于图像识别技术的胶体颗粒判别方法，以解决上述背景技术中提出的现有的方法存在工程量大、操作繁琐、实施性差等缺点的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于图像识别技术的胶体颗粒判别方法，包括以下步骤；

步骤一：将井下监测装置布设在监测井附近；

步骤二：拉伸出线缆盘上的水下线缆，根据井边地质，选用吸盘或插杆将水下线缆外壁的导向盘固定于井口上方；

步骤三：将水下线缆端部的视频显微探头垂直下放至井内，通过井下电视观察下放位置，直至探头到达井筛处停止；

步骤四：启动控制器，读取视频图像信息；

步骤五：通过动态目标检测算法对每秒25帧视频相邻前后两帧图像中的颗粒进行提取，图像中捕获的颗粒物为井水中通过井筛的细小砂石；

步骤六：通过轮廓匹配算法计算前后两帧图像中距离最近颗粒间的位移距离，由于颗粒在水中是以比较缓慢的速度运动，因此从拍摄的前后两帧的图像中可以确定颗粒的位移，当颗粒运动过整个画面后，系统将会积累一定数量的颗粒位移的数据；

步骤七：启动电子罗盘读取数据，并与步骤四中颗粒位移的数据进行计算，颗粒位移的矢量方向是颗粒相对于探头的方向A，电子罗盘的读数是探头相对于地球的角度B，将A和B相加，得到颗粒相对于地球实际运动的角度；

步骤八：由控制器显示并储存计算后的流向流速矢量结果。

优选的，所述步骤一中，井下监测装置包含有线缆盘、视频显微探头、导向盘和控制器，所述线缆盘的外部安装有支架，所述线缆盘的内部安装有水下线缆，所述水下线缆的一端与视频显微探头的输入端电性连接，所述水下线缆的另一端贯穿并延伸至线缆盘的外部，且与控制器的输出端电性连接，所述导向盘安装在水下线缆的外壁上。

优选的，所述视频显微探头的下端安装有相机镜头，所述相机镜头的下方设置有背光灯，所述背光灯上端的四周通过连接杆与相机镜头固定连接，且连接杆设置有三个。

优选的，所述背光灯的下端安装有井下电视。

优选的，所述控制器的上端安装有无线数传天线，所述控制器的前端安装有触控显示屏。

优选的，所述控制器的输入端安装有供电线缆。

优选的，所述控制器的下表面安装有减震脚垫，且减震脚垫设置有四个。

优选的，所述导向盘与水下线缆的连接处安装有直线轴承，所述导向盘下表面的四周均设置有吸盘，且吸盘设置有四个。

优选的，所述直线轴承包含有内轴套、滚珠、保持架和外轴套，所述保持架安装在滚珠的外壁上，所述滚珠和保持架均设置在内轴套和外轴套之间。

优选的，所述吸盘的上端安装有螺纹接头，所述螺纹接头的内部设置有丝杆，且螺纹接头与丝杆螺纹连接，所述丝杆的上端与导向盘固定连接，所述丝杆的下端设置有插杆，且插杆与丝杆一体成型设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过利用现有地下水井,布放视频显微探头来完成图像捕捉，无需钻孔和投放示踪剂，方便快捷，在判别时，通过动态目标检测算法对每秒25帧视频相邻前后两帧图像中的颗粒进行提取，图像中捕获的颗粒物为井水中通过井筛的细小砂石，再通过轮廓匹配算法计算前后两帧图像中距离最近颗粒间的位移距离，由于颗粒在水中是以比较缓慢的速度运动，因此从拍摄的前后两帧的图像中可以确定颗粒的位移，当颗粒运动过整个画面后，系统将会积累一定数量的颗粒位移的数据，完毕后启动电子罗盘读取数据，并与测得的颗粒位移数据进行计算，颗粒位移的矢量方向是颗粒相对于探头的方向A，电子罗盘的读数是探头相对于地球的角度B，将A和B相加，得到颗粒相对于地球实际运动的角度，根据图像算法，结合视频显微参数，从而计算出每一帧画面的时间以及颗粒的实际移动距离和方向，可准确计算出流向及流速结果，显著提高了测量准确性，解决了传统方法存在工程量大、操作繁琐、实施性差等缺点的问题。

2、通过在水下线缆的外壁上安装导向盘，导向盘与水下线缆的连接处安装有直线轴承，且导向盘下表面的四周均设置有吸盘，当监测井附近为石料等硬质地质时，可以通过吸盘将导向盘直接吸附固定在井口上方，而当监测井附近为土质结构时，可旋转螺纹接头部分，使其与丝杆从而拆下吸盘，外露出丝杆底部的插杆，利用插杆插入土层实现导向盘的固定，保证稳定性，水下线缆下放至井内时，其外壁可与导向盘直线轴承内的滚珠滑动，保证下放精度，避免其发生偏移，让线缆能够保持在井口位置中心垂直下井，防止探头偏移与井壁碰撞发生损坏，延长了视频显微探头的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的使用状态结构示意图；

图3为本发明的A处结构示意图；

图4为本发明的B处结构示意图；

图5为本发明的判别方法流程示意图；

图中：1、线缆盘；2、支架；3、水下线缆；4、导向盘；5、直线轴承；501、内轴套；502、滚珠；503、保持架；504、外轴套；6、吸盘；7、视频显微探头；8、相机镜头；9、连接杆；10、背光灯；11、井下电视；12、控制器；13、无线数传天线；14、触控显示屏；15、减震脚垫；16、供电线缆；17、螺纹接头；18、丝杆；19、插杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：基于图像识别技术的胶体颗粒判别方法，包括以下步骤；

步骤一：将井下监测装置布设在监测井附近；

步骤二：拉伸出线缆盘上的水下线缆，根据井边地质，选用吸盘或插杆将水下线缆外壁的导向盘固定于井口上方；

步骤三：将水下线缆端部的视频显微探头垂直下放至井内，通过井下电视观察下放位置，直至探头到达井筛处停止；

步骤四：启动控制器，读取视频图像信息；

步骤五：通过动态目标检测算法对每秒25帧视频相邻前后两帧图像中的颗粒进行提取，图像中捕获的颗粒物为井水中通过井筛的细小砂石；

步骤六：通过轮廓匹配算法计算前后两帧图像中距离最近颗粒间的位移距离，由于颗粒在水中是以比较缓慢的速度运动，因此从拍摄的前后两帧的图像中可以确定颗粒的位移，当颗粒运动过整个画面后，系统将会积累一定数量的颗粒位移的数据；

步骤七：启动电子罗盘读取数据，并与步骤四中颗粒位移的数据进行计算，颗粒位移的矢量方向是颗粒相对于探头的方向A，电子罗盘的读数是探头相对于地球的角度B，将A和B相加，得到颗粒相对于地球实际运动的角度；

步骤八：由控制器显示并储存计算后的流向流速矢量结果；

视频显微探头通过线缆盘和水下线缆下放至监测井内，并放置在井筛位置，井筛位置为含水层处，整个检测过程线缆吊装进行，无需额外安装结构，因为单井检测，故不需要预判水流方向,根据图像算法，结合视频显微参数，从而计算出每一帧画面的时间以及颗粒的实际移动距离和方向，可准确计算出流向及流速结果，显著提高了测量准确性。

请参阅图1，步骤一中，井下监测装置包含有线缆盘1、视频显微探头7、导向盘4和控制器12，线缆盘1的外部安装有支架2，线缆盘1的内部安装有水下线缆3，水下线缆3的一端与视频显微探头7的输入端电性连接，水下线缆3的另一端贯穿并延伸至线缆盘1的外部，且与控制器12的输出端电性连接，导向盘4安装在水下线缆3的外壁上，视频显微探头7通过线缆盘1和水下线缆3下放至监测井内，并放置在井筛位置，井筛位置为含水层处，整个检测过程线缆吊装进行，由导向盘4保持线缆位于井口位置中心垂直下井，无需额外安装结构，因为单井检测，故不需要预判水流方向。

请参阅图1，视频显微探头7的下端安装有相机镜头8，相机镜头8的下方设置有背光灯10，背光灯10上端的四周通过连接杆9与相机镜头8固定连接，且连接杆9设置有三个，背光灯10与相机镜头8之间是颗粒观测区域，黑暗环境不影响测试，相机镜头8采集图像以25帧/秒的速率不间断采集图像，方便判断颗粒的位移方向。

请参阅图1，背光灯10的下端安装有井下电视11，井下电视11可在探头下井时观察到井筛，因此可以将探头准确的放置在井筛位置，如果没有井下电视11，将无法一次性准确放置。

请参阅图1，控制器12的上端安装有无线数传天线13，控制器12的前端安装有触控显示屏14，控制器12用于为视频显微探头7提供24V直流供电，并且可接受视频显微探头7发送来的图像信息，利用内部处理器对参数进行处理，无线数传天线13使得控制器12可远程控制以及上传存储数据。

请参阅图2，控制器12的输入端安装有供电线缆16，供电线缆16外接AC220交流电源，为控制器12提供必要电能。

请参阅图2，控制器12的下表面安装有减震脚垫15，且减震脚垫15设置有四个，减震脚垫15为橡胶材质，具有一定的减震效果，可以提高控制器12放置的稳定性。

请参阅图1和图2，导向盘4与水下线缆3的连接处安装有直线轴承5，导向盘4下表面的四周均设置有吸盘6，且吸盘6设置有四个，当监测井附近为石料等硬质地质时，可以通过吸盘6将导向盘4直接吸附固定在井口上方。

请参阅图2和图3，直线轴承5包含有内轴套501、滚珠502、保持架503和外轴套504，保持架503安装在滚珠502的外壁上，滚珠502和保持架503均设置在内轴套501和外轴套504之间，水下线缆3下放时，其外壁可与直线轴承5内的滚珠502滑动，保证下放精度，避免其发生偏移，让线缆能够保持在井口位置中心垂直下井，防止探头偏移与井壁碰撞发生损坏，延长了探头的使用寿命。

请参阅图2和图4，吸盘6的上端安装有螺纹接头17，螺纹接头17的内部设置有丝杆18，且螺纹接头17与丝杆18螺纹连接，丝杆18的上端与导向盘4固定连接，丝杆18的下端设置有插杆19，且插杆19与丝杆18一体成型设置，当监测井附近为土质结构时，可旋转螺纹接头17部分，使其与丝杆18从而拆下吸盘6，外露出丝杆18底部的插杆19，利用插杆19插入土层实现导向盘4的固定，保证稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。