基于多点水位的明渠量水新方法

摘要

一种基于多点水位的明渠量水新方法。本发明提供一种基于数字图像处理的水位检测方法，采用传统的水位标尺，模拟工作人员采集水位数据的原理，通过摄像头获取水位标尺的实时彩色图像数据，采用现代智能数字图像处理技术，分割出水位线，通过计算得到实际的水位数据，最后根据曼宁公式计算渠段内的过流量。通过模拟工作人员采集水位数据的原理，利用摄像头及图像处理软件，能够快速、简单、实时地反映渠段内的过流量。本发明方法所涉及硬件仅为摄像头和计算机，安装简单，易于维护。

主权项

基于多点水位的明渠量水新方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1）将水位标尺设置在水流断面，将摄像头安设在水位标尺前方，保证能够获取水位标尺顶部至水面的原始图像，水位标尺在原始图像中的位置方向为垂直方向正负6度；步骤2）对原始图像进行去噪处理：分别进行彩色增强和高斯平滑处理，然后将处理后的图像数据由ＲＧＢ空间转换到ＨＳＶ空间，提取其中的标尺刻度对应的颜色分量；步骤3）对HSV空间图像进行倾斜校正处理：通过在旋转角度允许空间内对每一个旋转角度进行遍历，以投影面积进行度量，选择投影面积最小时的旋转角度作为实际倾斜角度，根据实际倾斜角度对HSV空间图像进行旋转变换，将水位标尺局部区域图像旋转使水位标尺严格竖直；步骤4）对经过旋转变换后图像的水位标尺，在竖直方向上进行分析，根据水位标尺的刻度分布规律求解水位标尺每个刻度格子所占的像素数n及水位标尺起点位置，将水位标尺的颜色深浅交界处确定为水面位置；步骤5）根据水位标尺起点位置和水面位置得到水位标尺在水面上的像素数N，计算水位标尺在水面以上占的刻度格子数量i=N/n，根据一个刻度格子代表的实际高度值d得到水位标尺在水面以上的高度D=d*i，最终得到水深H=L‑D，其中L为水位标尺总长；步骤6）根据水深H，通过加权平均法，用曼宁公式Q = FR2/3I1/2/n计算该时刻渠段内的过流量Q；其中F为断面面积，I为洪水坡降，n为粗糙系数，R为水力半径，本方法中R即为水深H；所述的水位标尺底色为白色，刻度格子为红色；所述的彩色增强处理具体包括：对全图进行扫描，分别获取彩色图片的R、G分量pRed和pGreen，设定阀值T，通过每个像素点中pRed与pGreen分量的差值，在与阀值T对比判断是否为红色像素点，如果是红色点，则改变pRed与pGreen 的值来增强图片中刻度格子的效果；所述高斯平滑处理具体通过opencv高斯平滑函数对图像进行3*3的核卷积操作，对图像降噪滤波。