阅读说明：本技术 一种地下水流向流速监测装置及方法 (Underground water flow direction and flow velocity monitoring device and method ) 是由 董晓伟 赵国鹏 何乃文 万峻 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地下水流向流速监测装置及方法,包括第一水下探测器外壳和第二水下探测器外壳,第一水下探测器外壳和第二水下探测器外壳通过连接杆相连,第一水下探测器外壳内由下至上依次设置有震动电机和背光灯,第一水下探测器外壳的顶部设置有第一蓝宝石玻璃窗和压力温度传感器,背光灯位于第一蓝宝石玻璃窗的正下方；第二水下探测器外壳的底部设置有第二蓝宝石玻璃窗,第二水下探测器外壳内由下至上依次设置有显微镜头、相机、中央处理单元、电子罗盘、串行通信模块和电源模块；串行通信模块连接有地面控制器。本发明通过摄像头拍摄水流的方向,对地下水的流向流速进行实时准确的监测,同时获取监测位置的水深和温度数据,无需复杂的操作。(The invention discloses a device and a method for monitoring flow velocity of underground water flow, which comprises a first underwater detector shell and a second underwater detector shell, wherein the first underwater detector shell and the second underwater detector shell are connected through a connecting rod; a second sapphire glass window is arranged at the bottom of a second underwater detector shell, and a micro lens, a camera, a central processing unit, an electronic compass, a serial communication module and a power supply module are sequentially arranged in the second underwater detector shell from bottom to top; the serial communication module is connected with a ground controller. According to the invention, the direction of the water flow is shot by the camera, the flow direction and the flow speed of the underground water are accurately monitored in real time, and meanwhile, the water depth and temperature data of the monitored position are obtained without complex operation.)

一种地下水流向流速监测装置及方法

技术领域

本发明涉及环境监测领域，具体来说，涉及一种地下水流向流速监测装置及方法。

背景技术

地下水流向流速的确定，对于环境监测、水文地质、自然资源都具有重要意义。在环境监测领域可以通过地下水流向流速的准确监测来及时的确定地下水污染情况，并可以实时监测隐秘排污的情况；在水文地质领域可以通过地下水流向流速来为地质勘探及工程建设提供准确的参考数据；在自然资源领域可以停过地下水流向流速来预测水资源流失情况。现有的地下水流向流速测定方法大致可分为两种：（一）抽水实验法：沿等边三角形顶点布置三个钻孔，孔距几十米到上百米，通过测量各孔水位的高度而计算出地下水的流向，然后再通过抽水试验的方法按照达西定律来计算地下水的流速。此方法施工范围大，工程难度高，测试周期长，且最终测定的结果与实际情况偏差较大。（二）示踪法：此方法是将某种水中的物质或者是向水中添加某中物质作为示踪剂，通过在不同的井中检测示踪剂的含量或是水位层级来判定地下水的流速以及流向。此种方法根据示踪剂的不同其准确度也会有所不同，有些示踪剂却是能够达到比较准确的效果，但其存在的弊端也是显而易见的，就是需要向水中添加示踪剂或者是通过化学等手段检测水中的某种示踪剂，显然为测量带来了很大的不便。同时，由于某些示踪剂存在一定的污染，在环保方面稍显欠缺。总的来说，现有的地下水流向流速测试方法中，常存在测试精度低、使用限制大、测试成本高、实时性不强等问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种地下水流向流速监测装置及方法，用于对地下水的流向流速进行实时准确的监测。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种地下水流向流速监测装置，包括第一水下探测器外壳和第二水下探测器外壳，所述第一水下探测器外壳和所述第二水下探测器外壳通过连接杆相连，所述第一水下探测器外壳内由下至上依次设置有震动电机和背光灯，所述第一水下探测器外壳的顶部设置有第一蓝宝石玻璃窗和压力温度传感器，所述背光灯位于所述第一蓝宝石玻璃窗的正下方；所述第二水下探测器外壳的底部设置有第二蓝宝石玻璃窗，所述第二水下探测器外壳内由下至上依次设置有显微镜头、相机、中央处理单元、电子罗盘、串行通信模块和电源模块；所述相机、所述电子罗盘和所述电源模块均连接所述中央处理单元，所述中央处理单元连接所述串行通信模块；所述串行通信模块连接有地面控制器。

进一步的，所述地面控制器包括视频采集模块，所述串行通信模块连接所述视频采集模块，所述视频采集模块连接有通信模块，所述通信模块连接有天线。

进一步的，所述视频采集模块还连接有显示屏。

进一步的，所述视频采集模块、所述通信模块、所述显示屏设置于地面控制器外壳内。

进一步的，所述第二水下探测器外壳顶部设置有水密连接器，所述串行通信模块通过线缆连接所述视频采集模块。

进一步的，所述地面控制器外壳上设置有电源开关。

一种地下水流向流速监测的方法，包括步骤：

①利用显微镜头拍摄地下水中随水流运动的微小颗粒；

②通过视频传输模块及线缆将图像传输至计算机；

③计算机对前后两帧图像的颗粒进行对比分析，通过二值化算法取得两帧图像中颗粒的位置及大小；

④通过比较两帧图像中颗粒的位置及运动角度，与已知的取景区域大小及电子罗盘角度进行计算，得出颗粒运动的实际速度及方向；

⑤通过压力温度传感器获取监测位置的水深和温度数据，并传输到计算机。

本发明的有益效果：本发明通过摄像头拍摄水流的方向，对地下水的流向流速进行实时准确的监测，并同步获取监测位置的水深和温度，无需复杂的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是地下水流向流速监测装置的结构示意图。

图中：1:第一水下探测器外壳；2:震动电机；3:背光灯；4:第一蓝宝石玻璃窗；5:压力温度传感器；6:连接杆；7:第二蓝宝石玻璃窗；8:显微镜头；9:相机；10:中央处理单元；11:第二水下探测器外壳；12:电子罗盘；13:串行通信模块；14:电源模块；15:水密连接器；16:水下线缆；17:线盘；18:地面线缆；19:线缆连接器；20:电源开关；21:电源插座；22:开关电源；23:通信模块；24:视频采集模块；25:地面控制器外壳；26:显示屏；27:天线。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种地下水流向流速监测装置，包括第一水下探测器外壳1和第二水下探测器外壳11，所述第一水下探测器外壳1和所述第二水下探测器外壳11通过连接杆6相连，所述第一水下探测器外壳1内由下至上依次设置有震动电机2和背光灯3，所述第一水下探测器外壳1的顶部设置有第一蓝宝石玻璃窗4和压力温度传感器5，所述背光灯3位于所述第一蓝宝石玻璃窗4的正下方；所述第二水下探测器外壳11的底部设置有第二蓝宝石玻璃窗7，所述第二水下探测器外壳11内由下至上依次设置有显微镜头8、相机9、中央处理单元10、电子罗盘12、串行通信模块13和电源模块14；所述相机9、所述电子罗盘12和所述电源模块14均连接所述中央处理单元10，所述中央处理单元10连接所述串行通信模块13；所述串行通信模块13连接有地面控制器。

在本发明的一个具体实施例中，所述地面控制器包括视频采集模块24，所述串行通信模块13连接所述视频采集模块24，所述视频采集模块24连接有通信模块23，所述通信模块23连接有天线27。

在本发明的一个具体实施例中，所述视频采集模块24还连接有显示屏26。

在本发明的一个具体实施例中，所述视频采集模块24、所述通信模块23、所述显示屏26设置于地面控制器外壳25内。

在本发明的一个具体实施例中，所述第二水下探测器外壳11顶部设置有水密连接器15，所述串行通信模块13通过线缆连接所述视频采集模块24。

在本发明的一个具体实施例中，所述地面控制器外壳25上设置有电源开关20。

一种地下水流向流速监测的方法，包括步骤：

①利用显微镜头拍摄地下水中随水流运动的微小颗粒；

②通过视频传输模块及线缆将图像传输至计算机；

③计算机对前后两帧图像的颗粒进行对比分析，通过二值化算法取得两帧图像中颗粒的位置及大小；

④通过比较两帧图像中颗粒的位置及运动角度，与已知的取景区域大小及电子罗盘角度进行计算，得出颗粒运动的实际速度及方向；

⑤通过压力温度传感器获取监测位置的水深和温度数据，并传输到计算机。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明的一种地下水流向流速监测装置，将本装置的水下探测器放入到监测井中，探测器将井中水下画面、压力温度信息实时传送到地面控制器。地面控制器对实时画面进行图像处理，并计算得出地下水流速及流向，对水压进行计算得到水位信息。地面控制器按照设定周期将地下水流速、流向、水位、水温记录到内置存储器中。地面系统按照设定自动将记录到信息通过移动互联网发送至指定的服务器或网络地址。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。