【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水文测流，具体涉及一种基于视频扫描河流表面流量测量方法及测量装置。
技术介绍
1、天然河道与人工渠道中的水流监测是防范山洪等地质灾害的重要监测手段。视频测流是一种利用视频技术来测量水流速度和流量的方法。它基于图像处理和分析技术，通过捕捉水面上的特征点或纹理变化，进而估算出水流的速度和流量，现有技术如专利文献cn110530441a、cn112686204a、cn117058219a等都提供了相应的视频测流方法。对于窄水面，流速分布可能相对均匀，摄像头可以更容易地捕捉到整个断面的水流情况，使得视频测流的测量结果更为稳定可靠；但是，面对宽河道时，视频测流方式会存在以下几点更加深刻和复杂的问题：1、目前用于视频测流的各种算法在计算和分析流速时，都无法很好地应对整个河道的全部流速范围，难以给出一个全面和准确的测量结果；2、由于视频拍摄画面的固定性质，一般无法同时捕捉较宽河流断面的全部流动情况，这对于进行全面和准确的测流工作是一大挑战。此外，由于河道较宽，光线和视角的限制也会对视频画面的质量和分辨率产生一定影响，从而降低了测流的准确度。
2、总体来说，面对宽河流，当前视频测流方式和算法的应用还存在一定局限性，需要进一步改进以提高测量的全面性和准确性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供基于视频扫描河流表面流量测量方法，通过视频扫描和特征点轨迹跟踪，能够实时获取河流表面流速信息，结合像素单元分辨率和特征点轨迹计算实际流速，从而准确计算河流流量。
2
3、一方面，本专利技术提供基于视频扫描河流表面流量测量方法，包括如下步骤：
4、s1 根据河流断面设置预置点，并获取预置点处的视频图像；
5、s2 根据相机的参数和地面标定点计算获得像素单元分辨率；
6、s3 对预置点的视频图像进行特征点检测和轨迹跟踪，获取特征点的轨迹，根据特征点的轨迹在图像坐标上配置测速线，根据测速线坐标生成时空图像，对时空图像进行分析，筛选异常的轨迹并予以剔除，得到有效轨迹；
7、s4 根据像素单元分辨率计算测速线的第一流速，并根据对应的特征点的有效轨迹计算测速线的第二流速，根据第一流速和第二流速计算得到实际流速，作为测速线的流速结果，进而得到预置点的流速结果；
8、s5 将预置点处的有效轨迹进行合并，根据部分面积流量法，计算获得河流流量。
9、进一步地，预置点的个数至少为1个。
10、进一步地，步骤s3包括：
11、s301 针对预置点处的视频图像，获取视频图像中第一帧的特征点，对特征点进行二值化处理，基于二值化图像提取特征点的轮廓，根据轮廓阈值筛除异常特征点，利用特征跟踪算法跟踪筛选后的特征点，得到特征点的轨迹；
12、s302 根据特征点的轨迹，在图像坐标上自动配置测速线，根据测速线坐标和透视变换矩阵合成时空图像，利用傅里叶变换，将时空图像从时域变换到频域，得到时空图像的幅度谱图像；
13、s303 利用筛选算法对幅度谱图像进行轨迹的异常筛选，将异常的轨迹予以剔除，得到有效轨迹。
14、进一步地，步骤s303包括：
15、步骤一、在幅度谱图像上设置等长的角度搜索线，角度搜索线的长度为图像最短边长的一半；
16、步骤二、求取中轴线上各个像素点在不同角度 θi下的能量积分值 e(x i ,θ i )；
17、步骤三、获取中轴线上各能量积分值的最大值 e(x 1 ,θ 1 ),e(x 2 ,θ 2 ),e(x 3 , θ 3 ),··· e(x n ,θ n )，根据各能量积分值的最大值形成幅度谱图像的最大能量值 max(e(x 1 , θ 1 ),e(x 2 ,θ 2 ),e(x 3 ,θ 3 ),···e(x n ,θ n ))；
18、步骤四、判断最大能量值对应的位置是否与幅度谱图像的中心重合，若不重合，则剔除对应的轨迹，若重合，则将对应的轨迹加入过滤轨迹集合中；
19、步骤五、针对过滤轨迹集合中的每个轨迹，计算其幅度谱图像的中心点在不同角度下的能量积分值的平均值；
20、步骤六、计算最大能量值 max(e(x 1 ,θ 1 ),e(x 2 ,θ 2 ),e(x 3 ,θ 3 ),···e(x n ,θ n ))与平均值的比值，若比值小于能量阈值，则剔除对应的轨迹，若比值大于或等于能量阈值，则将对应的轨迹加入有效轨迹集合。
21、进一步地，步骤s4包括：
22、s401 根据像素单元分辨率 s x，按照第一公式计算测速线的第一流速 v1；
23、s402 根据特征点的有效轨迹获取其在图像坐标中的坐标序列，计算每条本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，预置点的个数至少为1个。
3.如权利要求1所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，步骤S3包括：
4.如权利要求3所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，步骤S303包括：
5.如权利要求1所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，步骤S4包括：
6.如权利要求5所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，第一公式如下：
7.如权利要求5所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，第二公式如下：
8.如权利要求5所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，融合公式如下：
9.如权利要求2所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，当预置点为多个时，步骤S1中，在获取预置点处的视频图像之前，包括：
10.如权利要求9所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，相邻两个预置
11.如权利要求2所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，当预置点为1个时，采用非云台相机或云台相机不转动拍摄待测河流表面，预置点即相机的角点，其位于所测河道断面中线的中点处。
12.一种实施权利要求1~11任一项所述基于视频扫描河流表面流量测量方法的装置，其特征在于，所述装置包括：
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述视频采集终端模块根据预置点的个数采用是否包含云台及角度传感器的相机。
...【技术特征摘要】
1.基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，预置点的个数至少为1个。
3.如权利要求1所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，步骤s3包括：
4.如权利要求3所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，步骤s303包括：
5.如权利要求1所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，步骤s4包括：
6.如权利要求5所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，第一公式如下：
7.如权利要求5所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，第二公式如下：
8.如权利要求5所述的基于视频扫描河流表面流量测量方法，其特征在于，融合公式如下：
9.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘炳义，刘维高，游锋生，王静，万朕华，郭圣逸，张雨，陈华，郑晓燕，
申请(专利权)人：武汉大水云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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