[發(fā)明專利]基于AI圖像識別的南水北調(diào)中線工程水位測量方法與裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210107308.0
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114485848A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦鴻飛;劉英杰;王海峰;薛海;趙瑞霞;吳思琪;李斌;岳爽;劉明堂
• 申請（專利權(quán)）人: 河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局
• 主分類號: G01F23/04
• 分類號: G01F23/04;G01F23/80;G06V30/148;G06V10/26;G06V20/40;G06V20/52;G06K9/62;G06V10/75
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

本發(fā)明公開了一種基于AI圖像識別的南水北調(diào)中線工程水位測量方法與裝置，根據(jù)水位尺紅色刻度特征選擇合適的色彩空間模式對所拍攝的圖像進(jìn)行水位尺具體位置的定位并剪裁出水位線以上水位尺部分；從剪裁的水位尺圖像中依次剪裁出左邊水位尺的刻度，包括數(shù)字及左邊字符“E”；用模板識別的方法識別出每個字符及數(shù)字大??；判斷最小數(shù)字大小以及其所在位置，判斷水位線位置是否在字符中間；運用多尺度的方法估算每毫米所占像素值大小，根據(jù)最后一個數(shù)字大小以及水位尺圖像垂直方向像素值計算水位準(zhǔn)確位置。本發(fā)明根據(jù)圖像的特性結(jié)合圖像色彩變化自動選擇相應(yīng)的色彩空間模式進(jìn)行智能融合處理，且利用多尺度的方式自動調(diào)整圖像區(qū)域大小進(jìn)行識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水位監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于AI圖像識別的南水北調(diào)中線工程水位測量方法與裝置。

背景技術(shù)

南水北調(diào)工程是主要解決我國北方地區(qū)水資源短缺、實現(xiàn)我國水資源南北調(diào)配、合理配置的戰(zhàn)略性調(diào)水工程。在工程的建設(shè)和運行中所涉及到的水文數(shù)據(jù)的采集是非常重要問題。其中水位數(shù)據(jù)是水文信息采集中非常關(guān)鍵的資料，它是反應(yīng)水情最直接的因素。河流、湖泊的水位會受到降雨降水、河床沖刷淤積、強烈的風(fēng)向等自然因素的影響，除此之外水庫水位的變化還會受其上游的河流湖泊的流量，蓄水量等影響。水位的測量對周邊水利工程的規(guī)劃實施、航道港口的等工程的建設(shè)有重要意義。同時，水位的測量也是防旱抗洪、含沙量檢測、冰情等調(diào)查防御及制定措施的重要資料及依據(jù)。另外，水位的測量也是有效了解水情，對水資源的輸送進(jìn)行合理安排的依據(jù)，因此需要尋找適合南水北調(diào)水位測量的計算方法。

目前已存在一些水位測量的方法，其中人工測量是最原始的測量方法，但此方法耗時耗力，在惡劣天氣的情況下在河里進(jìn)行測量的安全系數(shù)低，會威脅到工作人員的人身安全，且存在較大的誤差，無法進(jìn)行水位數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，因此逐漸被取代。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種水位計應(yīng)運而生。其中接觸式的水位計有壓力式水位計、氣泡式水位計、電子水尺等，非接觸的有激光水位計、雷達(dá)水位計、超聲波水位計等。其中接觸式水位計以壓力式、氣泡式水位計為例，壓力式水位計的精度較低，而氣泡式水位計不適合有淤泥的水體；非接觸式水位計以超聲波水位計為例，超聲波水位計易受大風(fēng)溫度的影響。因原理及制造工藝的不同，這些水位計都因其自身的特點有其自身特定的應(yīng)用環(huán)境和局限性，在實踐中若僅用一種方法測量的數(shù)據(jù)作為結(jié)果可能說服力不足而且很難規(guī)避其中的誤差，因此，在實踐中一般采用多種測量方式結(jié)合的方法來提高水位測量的精度。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用于水位測量的設(shè)備得到了進(jìn)步與改善，但在實際應(yīng)用中都是將儀器進(jìn)行不斷改進(jìn)，缺少技術(shù)方法的創(chuàng)新。所以在水位測量中采用單一的方法有時很難取得較好的效果。因此，在南水北調(diào)水位測量的應(yīng)用中，科技人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境特征與測量需求，選擇合理的南水北調(diào)水位測量組合方法。計算機技術(shù)的不斷發(fā)展使得一些工作逐漸智能化機械化。其中圖像識別的快速發(fā)展使其日漸成熟并在許多領(lǐng)域有所應(yīng)用，如人臉識別、車牌識別、二維碼識別等。因此，將圖像識別應(yīng)用于水位識別上是解決水位識別較好的途徑。

目前，南水北調(diào)中線干渠河南段上一般安裝超聲波液位計進(jìn)行水位的測量，此方法具有非接觸、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，但是超聲波易受溫度影響、會受障礙物干擾等局限性，且沒有進(jìn)行更有效地對比和分析。南水北調(diào)中線工程雖有波浪但波紋較淺，為圖像處理識別水位提供了極其大的優(yōu)勢。但是，由于其水質(zhì)較好水流清澈容易產(chǎn)生倒影，且光線較強，且背景較為復(fù)雜，一般的圖像識別測量水位容易產(chǎn)生較大的誤差；受汛期影響，南水北調(diào)中線工程項目對水位監(jiān)測有更高的要求，因此要保證水位測量的精度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明結(jié)合了南水北調(diào)工程的實際情況，分析了周圍環(huán)境對水位圖像識別的影響，針對南水北調(diào)中線水質(zhì)環(huán)境及水位特點，將圖像處理技術(shù)和AI技術(shù)相結(jié)合，提供一種全新的非接觸式水位測量方法。本發(fā)明基于AI圖像識別的方法,可根據(jù)圖像的特性結(jié)合圖像色彩變化自動選擇相應(yīng)的色彩空間模式進(jìn)行智能融合處理，且利用多尺度的方式自動調(diào)整圖像區(qū)域大小進(jìn)行識別，具有非接觸、造價低、易于操作、具有實時性等優(yōu)勢，在解放了人力的同時提高了測量精度。