【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水电站导流洞来水检测，尤其涉及一种水电站导流洞来水变化量动态检测方法及系统。
技术介绍
1、导流洞作为水电站施工阶段的临时建筑物，在水电站施工结束后部分进行上游封堵，用于导引厂房渗漏积水。导流洞来水量会随着气候、降雨、山体开裂等因素发生变化，有必要动态检测来水变化，以应对可能出现的极端来水情况。当来水少时，通过末端集水池排水系统正常疏导；当来水急、流量大时，可以调整排水系统机组启动台数和运行效率，以及临时投运便携式排水泵车等进行强排。
2、导流洞来水检测的关键包括以下两点：一是实时获取导流洞积水水位；二是通过当前水位获取积水容积，再通过前后时间点的容积变化量计算来水流量。对于导流洞这种不规则空间指定高程的容积计算，较多采用三维空间扫描传感设备获取空间点云数据，再采用三维建模软件搭建高程-容积模型。其中，机载激光雷达(light detection andranging，lidar)在三维成像领域具有穿透性高、灵活性好、抗干扰能力强等优势，已广泛应用于遥感侦察、无人驾驶、航空航天等领域。如，有学者采用lidar技术构建了煤矿巷道三维空间模型，精度达到厘米级；有学者基于lidar点云提取出了桃树结构参数，桃树株高、主干直径、等误差率均控制在10％以内；有学者基于lidar点云对城市级实景三维模型重建，有效提高了城市级实景三维模型的重建效率和质量；还有学者采用激光雷达与惯性测量单元同步融合方案，提高了学校园区三维建图精度。
3、但在水位自动化测量方面，最常见的方案还是通过水位传感器采集，如压阻式压
4、但在具体实现中，由于导流洞内水质钙化严重，水位标尺表面易结钙，导致刻度信息被覆盖，难以精准识别导流洞内的水位；同时，现有水位检测模型精度对训练样本质量高度依赖，导流洞内钙化的水质也并不符合现有水位检测模型对水质的要求，这都导致了现有水位测量方法难以精准计算导流洞积水水位，相应地，也就难以基于导流洞的当前水位精准计算导流洞的可积水容积和来水变化量。因此，如何克服导流洞空间不规则，无法精准计算可积水容积的难点，同时克服水位标尺刻度识别对高水质要求的局限性，以实现对水电站导流洞内当前水位的可积水容积和来水变化量的精准检测，提高在不同检测环境下的适应性，成为一个亟待解决的问题。
5、上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供了一种水电站导流洞来水变化量动态检测方法及系统，旨在解决现有技术无法克服导流洞空间不规则，无法精准计算可积水容积的难点，同时克服水位标尺刻度识别对高水质要求的局限性，以实现对水电站导流洞内当前水位的可积水容积和来水变化量的精准检测，提高在不同检测环境下的适应性的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种水电站导流洞来水变化量动态检测方法，所述方法包括以下步骤：
3、通过机载激光雷达获取水电站导流洞的三维空间点云数据，并根据所述三维空间点云数据通过地理信息系统软件计算不同高程的可积水容积，得到导流洞高程-可积水容积数学模型；
4、通过canny边缘检测算法识别水电站导流洞监控画面中的水位边缘，并将所述水位边缘的像素高度换算为实际水位高度；
5、将所述实际水位高度代入所述导流洞高程-可积水容积数学模型中，得到当前水位的可积水容积；
6、按照预设频率获取下个时间检测点的可积水容积，并计算所述当前水位的可积水容积和所述下个时间检测点的可积水容积之间的容积差，以实现对水电站导流洞来水变化量的动态检测。
7、可选地，所述通过机载激光雷达获取水电站导流洞的三维空间点云数据，并根据所述三维空间点云数据通过地理信息系统软件计算不同高程的可积水容积，得到导流洞高程-可积水容积数学模型的步骤，包括：
8、通过机载激光雷达获取水电站导流洞的三维空间点云数据，并根据所述三维空间点云数据通过地理信息系统软件绘制淹没区等高线和纵剖面；
9、根据所述淹没区等高线和纵剖面计算不同高程的可积水容积，得到导流洞高程-可积水容积数学模型。
10、可选地，所述通过canny边缘检测算法识别水电站导流洞监控画面中的水位边缘，并将所述水位边缘的像素高度换算为实际水位高度的步骤，包括：
11、对水电站导流洞监控画面中的原始图像依次进行灰度化处理和高斯滤波处理，获得滤波后的灰度图像；
12、利用sobel算子计算所述滤波后的灰度图像的梯度大小和梯度方向，并根据所述梯度大小和所述梯度方向进行非极大值抑制处理，获得梯度极大值；
13、通过canny边缘检测算法根据所述梯度极大值利用双阈值法识别水位边缘；
14、根据实际水位高度与像素高度之间的拟合关系将所述水位边缘的像素高度换算为实际水位高度。
15、可选地，所述利用sobel算子计算所述滤波后的灰度图像的梯度大小和梯度方向，并根据所述梯度大小和所述梯度方向进行非极大值抑制处理，获得梯度极大值的步骤，包括：
16、利用sobel算子通过下式计算所述滤波后的灰度图像的梯度大小及方向；
17、
18、式中，sobel算子为两个3×3的矩阵，即sx和sy，sx用于计算图像x方向梯度矩阵gx，即gx表示水平方向上的梯度值，sy用于计算图像y方向梯度矩阵gy，即gy表示垂直方向上的梯度值，i为滤波后的灰度图像矩阵，*表示互相关运算，m(x,y)表示该像素点的梯度强度，gx(x,y)表示该像素点在水平方向上的梯度值，gy(x,y)表示该像素点在垂直方向上的梯度值，θ(x,y)表示该像素点的梯度方向；
19、根据所述梯度大小和所述梯度方向通过下式进行非极大值抑制处理，获得梯度极大值；
20、
21、式中，m‘(x,y)为梯度极大值，ml为梯度强度的低阈值，δx和δy为所述梯度方向的偏移量，δx＝cosθ(x,y)，δy＝sinθ(x,y)。
22、可选地，所述通过canny边缘检测算法根据所述梯度极大值利用双阈值法识别水位边缘的步骤，包括：
23、通过canny边缘检测算法根据所述梯度极大值利用双阈值法由下式识别水位边缘；
24、
25、式中，canny(x,y)为canny边缘检测算法检测出的边界点，m‘(x,y)为梯度极大值，mh为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水电站导流洞来水变化量动态检测方法，其特征在于，所述水电站导流洞来水变化量动态检测方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的水电站导流洞来水变化量动态检测方法，其特征在于，所述通过机载激光雷达获取水电站导流洞的三维空间点云数据，并根据所述三维空间点云数据通过地理信息系统软件计算不同高程的可积水容积，得到导流洞高程-可积水容积数学模型的步骤，包括：
3.如权利要求1所述的水电站导流洞来水变化量动态检测方法，其特征在于，所述通过Canny边缘检测算法识别水电站导流洞监控画面中的水位边缘，并将所述水位边缘的像素高度换算为实际水位高度的步骤，包括：
4.如权利要求3所述的水电站导流洞来水变化量动态检测方法，其特征在于，所述利用Sobel算子计算所述滤波后的灰度图像的梯度大小和梯度方向，并根据所述梯度大小和所述梯度方向进行非极大值抑制处理，获得梯度极大值的步骤，包括：
5.如权利要求4所述的水电站导流洞来水变化量动态检测方法，其特征在于，所述通过Canny边缘检测算法根据所述梯度极大值利用双阈值法识别水位边缘的步骤，包括：
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