[發明專利]一種黃河凌汛期流凌速度測量方法

在審

• 申請號: 201510053561.2
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104597286A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 徐路凱;鄧宇;李書霞;于國卿;張彬;岳瑜素;李建軍;曾賀;張曉華;張丙奪
• 申請（專利權）人: 黃河水利委員會黃河水利科學研究院
• 主分類號: G01P5/18
• 分類號: G01P5/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍

技術領域

本發明涉及水利工程技術領域，具體的說是一種黃河凌汛期流凌速度測量方法。

背景技術

黃河是我國凌汛出現最為頻繁的河流，其中以寧蒙河段最為嚴重，這是由其特殊的地理位置、水文氣象條件和河道特性所決定的。因此，準確預報出河段封、開河日期以及冰塞冰壩可能出現的位置，對該河段防凌工作具有十分重要的意義。一直以來，國內外學者也圍繞上述問題開展了諸多研究，特別是在運用數值模擬技術以及人工智能算法進行的冰情預報取得了顯著的進步。但是通過研究發現，基于上述技術開發的冰情模型，在其建立和應用過程中都存在著眾多的不確定性，特別是關鍵參量流凌速度的獲取方式嚴重依賴于人工觀測或者經驗公式的推導。數據的代表性、連續性、準確度都無法得到可靠保障。由此可知，改變傳統落后的原型觀測模式，提高觀測精度，是有效提高模型預報精度及效率的重要方式之一。

近年來，視頻測量技術以及數字圖像信息處理技術的快速發展為上述問題的解決提供了思路，相比較其他測量手段，視頻測量具有非接觸式測量、測量精度高、適于運動和動態目標的測量、實時性較強等特點，在越來越多的領域得到應用。當前這一技術已經在海冰監測領域有了初步嘗試，但是在國內河流冰凌觀測中還沒有系統的研究與應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種黃河凌汛期流凌速度測量方法，，可大幅度減少人為因素對于流凌速度參數獲取的影響，從而使得黃河冰凌預報模型更加準確。

一種黃河凌汛期流凌速度測量方法，包括如下步驟：

(1)采用OpenCV和C#開發平臺，對攝像機固定視場內的河道區域影像進行分割提取，作為目標興趣區域；

(2)采用二維平面標定法對視場中興趣區域進行標定；具體標定方法為在河道封凍期間，將制作好的標定板平坦的放置在河面，位于攝像機視場的中心位置，手動提取4個以上關鍵角點，基于點對應關系計算單應矩陣；

(3)采用L-K光流法作為其運動目標檢測的基礎算法，在L-K光流法的基礎上加入金字塔模型；

(4)在目標跟蹤階段，依據黃河冰凌特性使用強角點集作為冰凌跟蹤特征，進行多運動目標同時追蹤；

(5)通過單目視頻測量原理測量出視場范圍內多個冰凌目標的運動實際位移量，從而計算獲取多目標平均速度；

(6)搭建面向客戶的軟件操作平臺。

步驟(2)中所述標定板長寬均為2.2米，以防水廣告布為原材料，標定板上標記有4個長1米寬0.5米的矩形，4個矩形共有12個關鍵角點，相鄰關鍵角點間的最短距離為0.5米。

步驟(2)中，當有四組以上的對應點時，采用最小二乘方法來提高精度。

本發明一種黃河凌汛期流凌速度測量方法的優點是：

(1)測量精度較高，數據代表性強：本發明針對河流冰凌的自身特點以及野外作業、遠距離數據傳輸可能遇到問題，采用基于強角點特征點集的L-K光流法完成動態多目標檢測追蹤，并運用二維平面標定技術構建單應矩陣，實現目標位移量測，獲取多目標平均流速，數據具有較強代表性；

(2)通用性強，投資少，操作簡便：本發明采用的測量方法可在現有的大多數單目視頻監控系統的基礎上完成量測，無需重復投資，沒有特殊的技術要求，本發明所采用的單目視頻測量技術與傳統的雙目立體量測方法相比，具有無需進行匹配，計算過程簡單快捷的特點，可以在許多不具備立體觀測條件的環境下完成幾何量測的任務；

(3)工作效率顯著提高：本發明可有效改變過去人工觀測的模式，可最大化的減少人為因素的干擾，使用該方法僅需一人即可在短時間內完成流凌速度量測，避免了野外觀測作業風險，大幅減少人力成本，工作效率顯著提高。

綜上所述，本發明采用單目視頻測量技術與基于強角點特征點集的L-K光流對興趣區域內的多冰凌目標進行同步追蹤、測量，算法魯棒性強，測量結果精確度較現行方法大幅提升，無需特殊測量設備，投資較少，操作簡單，操作人員無需專業背景，可廣泛適用于水文站的凌汛期日常水文監測。

附圖說明

圖1為標定板的結構示意圖。

圖中，1為標定板，2為關鍵角點。

具體實施方式

一種黃河凌汛期流凌速度測量方法，包括如下步驟：

(1)使用OpenCV和C#開發平臺，對攝像機固定視場內的河道區域影像進行分割提取，作為目標興趣區域；