[发明专利]一种基于机器视觉的涌潮监测方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的涌潮监测方法，包括如下步骤：利用监控设备采集水面视频序列图像；对采集到的水面视频序列图像进行背景消除处理得到前景图；对前景图进行前景波纹噪声抑制处理；对经过前景波纹噪声抑制处理后的前景图进行潮头线检测；基于获取的潮头线信息，对潮头线的距离进行测量以及速度估计。本发明能够用于涌潮的在线监测预警，并且具有程序效率高、背景干扰抑制明显、突出潮头线轮廓、检测精度高、实时性强等诸多优点，解决了现有技术中存在的一系列问题，具备更好的涌潮监测效果。

技术领域

本发明属于智慧水利领域，涉及一种涌潮监测方法，具体涉及一种基于机器视觉的涌潮监测方法。

背景技术

潮波进入河口以后变形进一步加剧，在一定条件下形成水位遽然升高的涨潮潮波前峰线，即为涌潮。涌潮是向河口上游推进的波列，强度比较小时，表面无破碎，为波状涌潮；强度变大时，表面破碎，发展成漩滚涌潮，即为强涌潮。强涌潮潮波与落潮流相遇后，潮波破碎，卷入大量空气，潮头形成乳白色的水气混合体，溯源挺进，气势汹涌，甚为壮观。然而壮观的同时，涌潮也存在一些安全隐患，给沿岸的生产以及观潮人带来许多不便。以我国钱塘江为例，根据不完全统计，自1998年以来，已经有超过数百人被钱塘江潮水卷走，至少上百人因此丧生。一次次的悲剧使得浙江省把涌潮灾害列入首要解决的问题列表中，同时，为了防止“吞人”事件的再次发生，政府部门和当地群众，自发组织“喊潮人”，劝告那些涌潮来临时还在游泳、处在危险地带的游客。水文部门也根据涌潮规律进行涌潮预报，但由于受风向和地理位置等自然因素的影响，水文部门对涌潮到达的预测时间误差很大，并且无法预测涌潮的强度大小。因此，只有准确的检测到涌潮，计算出涌潮强度和移动速度，评判其危险系数并及时发布预警信息才能真正解决钱塘江涌潮可能存在的安全隐患。此外，强烈掺气的涌潮潮头具有强烈的紊动特性，其必然会对水域的环流结构、泥沙的输移、污染物的扩散，甚至于整个河口区域的生态平衡等都产生巨大的影响。因此涌潮监测具有重要的社会意义和科学研究价值。

传统的涌潮监测方式主要有接触式和非接触式两类，接触式测量方法采用水位计和流速流向仪，利用涌潮到达时水位升高、涌潮流向与江水相反和涌潮流速等等水文数据来实施监控，但是这种接触式设备的缺点是：涌潮中会带来大量泥沙，导致测量误差较大，同时设备与潮水长期接触会被不断的腐蚀造成系统故障。非接触式测量采用在岸边架设设备，通过雷达、音频、视频等信号来实现对涌潮的检测。非接触式设备的优点是能够避免因涌潮冲击和潮水腐蚀造成的设备损坏，设备安装维修都相对方便。目前大部分涌潮检测的方式都是基于涌潮音频特征，基于音频的涌潮检测方式通过收集钱塘江沿岸布设的音频数据传感器信号，然后对收集到的信号进行带通滤波，计算涌潮频段信号的能量大小判断是否有涌潮到达。

但是，传统的基于音频的涌潮监测技术无法在观潮人众多声音干扰严重时实现监测，同时实现方法单一，不能对下一监测点提供有效信息，实现后续监测点的预测功能。然而基于视频的监测方法，首先从成本上考虑，以钱塘江为例，目前钱塘江沿岸具有完善的监控系统，不需要额外布控设备，投资成本低，此外，基于视频的涌潮监测方法能够通过图像处理技术和平面摄影测量技术实现跟踪测量涌潮的位置和运动信息，可为下一监测点提供相对准确的预报信息。