[发明专利]基于网格对象跟踪的实时泥石流表面速度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质灾害监测，尤其是泥石流发生地位置探测技术及计算机图形图像处理领域。

背景技术

泥石流表面流速是泥石流流体动力学研究的重要参数。通过测量泥石流表面流速，并根据泥石流运动模型可以估计出泥石流的平均流速和流量。目前，国内外关于流体测速的研究取得了一些研究成果。

Albrecht在“Laser doppler and phase doppler measurement techniques”中介绍了激光多普勒和相位多普勒测量技术，Kalkert等人在“Laser Doppler Velocimetry”中进一步说明了激光多普勒测速方法及其应用。但是，激光多普勒方法属于单点测速技术，难以测量流体表面的速度分布。中科院成都山地所于上世纪90年代末采用近距离立体摄影方法测量泥石流表面流速和泥石流阵流三维图像等。但是，这些方法不仅需要复杂的设备安装和调试，也不能实时地进行计算和分析。

随着计算机视觉技术的发展，通过视频图像来分析运动对象，由于其方法简单有效，因而越来越受到国内外学者的重视。其中典型的方法是PIV粒子图像测速，它是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性，具有较高的测量精度。Verestoy在“Digital PIV A Challenge for Feature Based Tracking”中进一步介绍了基于图像自身特征的PIV分析方法。但是，由于一方面实际泥石流测速中一般情况下不可能投放所需的示踪粒子，另一方面，泥石流表面形态和运动的复杂性，使得难以在整个空间范围得到稳定的特征用于分析。因此，PIV测速方法在实验环境下可以取得较为满意的结果，但用于实际泥石流的测速时则相当困难。

发明内容

鉴于以上陈述的已有方案的不足，本发明旨在提供一种泥石流表面速度测量方法，实现实时地测量泥石流表面速度及其分布。

本发明的目的通过如下手段来实现。

基于网格对象跟踪的实时泥石流表面速度测量方法，在由网络摄像头、路由器和计算机组成的监测系统中，各部分之间通过以太网连接，网络摄像头作为视频采集装置将泥石流视频图像数据通过网络传输给计算机，计算机通过对这些图像数据进行分析和处理，初始化后，采用如下的主要手段监测泥石流的实时表面流速：

(1)图像输入和网格化

计算机根据设置的获取速率，从摄像头获取连续两帧图像，作为输入图像；根据设置的网格单元格大小，将输入的第一帧图像网格化；

(2)网格对象跟踪

将网格中的每个单元格作为跟踪对象，在输入的第二帧图像中进行跟踪；

通过如下的迭代计算公式计算位移D：

D₀＝0，