[发明专利]基于AI图像识别的南水北调中线工程水位测量方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于AI图像识别的南水北调中线工程水位测量方法与装置，根据水位尺红色刻度特征选择合适的色彩空间模式对所拍摄的图像进行水位尺具体位置的定位并剪裁出水位线以上水位尺部分；从剪裁的水位尺图像中依次剪裁出左边水位尺的刻度，包括数字及左边字符“E”；用模板识别的方法识别出每个字符及数字大小；判断最小数字大小以及其所在位置，判断水位线位置是否在字符中间；运用多尺度的方法估算每毫米所占像素值大小，根据最后一个数字大小以及水位尺图像垂直方向像素值计算水位准确位置。本发明根据图像的特性结合图像色彩变化自动选择相应的色彩空间模式进行智能融合处理，且利用多尺度的方式自动调整图像区域大小进行识别。

技术领域

本发明属于水位监测领域，具体涉及一种基于AI图像识别的南水北调中线工程水位测量方法与装置。

背景技术

南水北调工程是主要解决我国北方地区水资源短缺、实现我国水资源南北调配、合理配置的战略性调水工程。在工程的建设和运行中所涉及到的水文数据的采集是非常重要问题。其中水位数据是水文信息采集中非常关键的资料，它是反应水情最直接的因素。河流、湖泊的水位会受到降雨降水、河床冲刷淤积、强烈的风向等自然因素的影响，除此之外水库水位的变化还会受其上游的河流湖泊的流量，蓄水量等影响。水位的测量对周边水利工程的规划实施、航道港口的等工程的建设有重要意义。同时，水位的测量也是防旱抗洪、含沙量检测、冰情等调查防御及制定措施的重要资料及依据。另外，水位的测量也是有效了解水情，对水资源的输送进行合理安排的依据，因此需要寻找适合南水北调水位测量的计算方法。

目前已存在一些水位测量的方法，其中人工测量是最原始的测量方法，但此方法耗时耗力，在恶劣天气的情况下在河里进行测量的安全系数低，会威胁到工作人员的人身安全，且存在较大的误差，无法进行水位数据的实时监控，因此逐渐被取代。随着技术的发展，各种水位计应运而生。其中接触式的水位计有压力式水位计、气泡式水位计、电子水尺等，非接触的有激光水位计、雷达水位计、超声波水位计等。其中接触式水位计以压力式、气泡式水位计为例，压力式水位计的精度较低，而气泡式水位计不适合有淤泥的水体；非接触式水位计以超声波水位计为例，超声波水位计易受大风温度的影响。因原理及制造工艺的不同，这些水位计都因其自身的特点有其自身特定的应用环境和局限性，在实践中若仅用一种方法测量的数据作为结果可能说服力不足而且很难规避其中的误差，因此，在实践中一般采用多种测量方式结合的方法来提高水位测量的精度。

随着科学技术的发展，用于水位测量的设备得到了进步与改善，但在实际应用中都是将仪器进行不断改进，缺少技术方法的创新。所以在水位测量中采用单一的方法有时很难取得较好的效果。因此，在南水北调水位测量的应用中，科技人员应根据现场的环境特征与测量需求，选择合理的南水北调水位测量组合方法。计算机技术的不断发展使得一些工作逐渐智能化机械化。其中图像识别的快速发展使其日渐成熟并在许多领域有所应用，如人脸识别、车牌识别、二维码识别等。因此，将图像识别应用于水位识别上是解决水位识别较好的途径。

目前，南水北调中线干渠河南段上一般安装超声波液位计进行水位的测量，此方法具有非接触、稳定可靠等优势，但是超声波易受温度影响、会受障碍物干扰等局限性，且没有进行更有效地对比和分析。南水北调中线工程虽有波浪但波纹较浅，为图像处理识别水位提供了极其大的优势。但是，由于其水质较好水流清澈容易产生倒影，且光线较强，且背景较为复杂，一般的图像识别测量水位容易产生较大的误差；受汛期影响，南水北调中线工程项目对水位监测有更高的要求，因此要保证水位测量的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明结合了南水北调工程的实际情况，分析了周围环境对水位图像识别的影响，针对南水北调中线水质环境及水位特点，将图像处理技术和AI技术相结合，提供一种全新的非接触式水位测量方法。本发明基于AI图像识别的方法,可根据图像的特性结合图像色彩变化自动选择相应的色彩空间模式进行智能融合处理，且利用多尺度的方式自动调整图像区域大小进行识别，具有非接触、造价低、易于操作、具有实时性等优势，在解放了人力的同时提高了测量精度。