【技术实现步骤摘要】
本公开涉及水利监测，具体涉及为一种干旱地区野外河流的洪水预警方法和系统。
技术介绍
1、对于干旱地区，自然环境条件恶劣的野外河流，由于降雨次数少，常常难以布置长期有人值守的水文站，缺少专业人员的监测，获取长期不间断的在线监测数据难度很大。且干旱地区降雨量与洪量大小相关性不强，仅根据降雨量无法判断是否会在下游防护区发生洪涝灾害。因此在干旱地区发生洪涝灾害时，往往无法提前预警做出防护措施，将会对流经区域的居民及相关设施造成严重威胁。例如常年干旱少雨的柴达木盆地，从2006年至今多次发生公路水毁事件，冲毁公路桥梁，阻断交通，为国民经济带来了巨大损失。为了减小干旱地区野外河流发生洪水时对人们造成的财产安全的损失，加强干旱地区野外河流的安全监管，亟需一种针对干旱地区野外河流的洪水预警方法和系统。
技术实现思路
1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、为此，本公开提供的一种干旱地区野外河流的洪水预警方法和系统，能对干旱地区野外河流流量等信息进行实时监测，为防汛疏导提供及时、准确的数据信息。
3、为了实现上述专利技术目的，本公开第一方面提供的一种旱地区野外河流的洪水预警方法，包括：
4、在野外河流的河堤上选择合适位置布置摄像头，且所述摄像头斜向于野外河流的水流方向设置，在野外河流中选择固定参照物，在所述固定参照物附近布设水尺；
5、利用所述摄像头实时拍摄野外河流表面，得到河流流动的斜视视频，采集干旱地区的实时降雨量；
7、对所述野外河流图像进行图像识别并借助图像中的水尺信息，得到野外河流的水深与河宽，对所述野外河流图像使用piv方法计算野外河流表面实时流速，根据所述野外河流的水深与河宽及所述野外河流表面实时流速计算得到野外河流的实时流量；
8、若所述实时降雨量小于降雨量临界值时，则继续对所述实时降雨量进行监测，直至所述实时降雨量大于或者等于降雨量临界值时，表明野外河流的下游防护区有发生洪水的可能，需向下游防护区发出第一次预警信号，并进一步判断所述野外河流的实时流量与流量临界值的大小关系，若所述野外河流的实时流量小于流量临界值，则继续对所述野外河流的实时流量进行监测，直至所述野外河流的实时流量大于或者等于流量临界值，表明下游防护区即将发生洪水，需向下游防护区发出第二次预警信号，同时根据所述野外河流表面实时流速以及上游监测区与下游防护区之间的距离计算洪水到达下游防护区的时间。
9、在一些实施例中，对所述摄像头实时拍摄的斜视视频进行单帧图像提取时，每帧图像之间采用相等的时间间隔。
10、在一些实施例中，当提取的单帧图像用于野外河流表面实时流速及河宽计算时，对提取的每幅单帧图像进行的预处理包括依次进行的消抖校正处理、视角矫正处理、增强所选流动区域对比度处理和强反射光区域识别修复处理；当提取的提取的单帧图像用于水深计算时，对提取的每幅单帧图像进行的预处理包括对提取的每幅单帧图像进行边缘提取，并对图像进行二值化处理。
11、在一些实施例中，所述消抖校正处理为采用互相关算法及图像仿射变换矩阵来消除抖动，具体包括：
12、在图像中选取多个特征区域，每个特征区域需包含位于河岸边处于非运动状态的标志物；对于同一视频产生的多帧图像的灰度图，每一帧都与第一帧图像进行互相关运算，求出各个特征区域的旋转和位移，通过旋转和位移求解出图像中所选特征区域的位置的仿射变换矩阵；根据仿射变换矩阵对各帧图像做逆变换，使得图像上各点恢复原本的位置，从而完成对图像的消抖校正处理。
13、在一些实施例中，所述视角矫正处理采用透视变换算法，以消除图像的倾斜投影畸变。
14、在一些实施例中，所述对强反射光区域进行识别修复处理，具体包括：
15、设是图像中强反射光区域ω与正常区域φ的边界，p和ψp表示边界上当前优先级最高的像素点以及以该像素点为中心的样本块，在强反射光区域ω与正常区域φ的边界上选取一系列样本块，分别赋予各样本块中心像素点p的置信度c(p)，并赋予各样本块的优先权p(p)，根据该优先权p(p)的大小选择相应的样本块进行修复，所述优先权p(p)按照下式计算得到：
16、p(p)＝c(p)d(p)
17、
18、
19、其中，d(p)表示样本块ψp中像素点p的数据量，np是边界上像素点p的单位法向量，是边界上像素点p的等照度线向量，β为归一化因子；初始时刻c(p)的计算公式如下：
20、
21、根据样本块ψp中的已知像素值，在正常区域φ中寻找相关性最大的样本块作为最佳匹配样本块，将其复制到样本块ψp中，即完成一次修复工作，重复以上步骤，以填充完强反射光区域。
22、在一些实施例中，所述预警指标的设定过程为：将mike she模型和mike11模型进行耦合构建洪水淹没模型，所述洪水淹没模型用于构建流域下垫面信息；将历史时期降雨时间序列文件或流量水位序列文件输入所述洪水淹没模型，根据洪水淹没模型模拟河道洪水淹没地图，当洪水淹没范围溢出河道，则将此时输入洪水淹没模型的数据作为所述预警指标。
23、本公开第二方面提供的根据本公开第一方面任一实施例所述洪水预警方法的洪水预警系统，包括：
24、数据采集单元，包括摄像头、雨量传感器和水尺，利用所述摄像头实时拍摄野外河流表面，以得到河流流动的斜视视频，利用所述雨量传感器采集干旱地区的实时降雨量；
25、供电单元，用于为所述数据采集单元供电；
26、数据传输存储单元，用于将所述数据采集单元采集的数据传输至云平台；
27、流量计算单元，用于对云平台中存储的摄像头实时拍摄的斜视视频进行单帧图像提取，对每帧图像进行预处理，得到野外河流图像，对所述野外河流图像进行图像识别并借助图像中的水尺信息，得到野外河流的水深与河宽，对所述野外河流图像使用piv方法计算野外河流表面实时流速，根据所述野外河流的水深与河宽及所述野外河流表面实时流速计算得到野外河流的实时流量，并将该实时流量传输至云平台；
28、洪水预警单元，用于根据设定的预警指标分两次进行预警，具体地：若云平台中存储的实时降雨量小于降雨量临界值时，则继续对实时降雨量进行监测，直至实时降雨量大于或者等于降雨量临界值时，表明野外河流的下游防护区有发生洪水的可能，需向下游防护区发出第一次预警信号，并进一步判断云平台中存储的野外河流的实时流量与流量临界值的大小关系，若野外河流的实时流量小于流量临界值，则继续对野外河流的实时流量进行监测，直至野外河流的实时流量大于或者等于流量临界值，表明下游防护区即将发生洪水，需向下游防护区发出第二次预警信号，同时根据野外河流表面实时流速以及上游监测区与下游防护区之间的距离计算洪水到达下游防护区的时间；
29、云平台，与所述数据采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种干旱地区野外河流的洪水预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的洪水预警方法，其特征在于，对所述摄像头实时拍摄的斜视视频进行单帧图像提取时，每帧图像之间采用相等的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的洪水预警方法，其特征在于，当提取的单帧图像用于野外河流表面实时流速及河宽计算时，对提取的每幅单帧图像进行的预处理包括依次进行的消抖校正处理、视角矫正处理、增强所选流动区域对比度处理和强反射光区域识别修复处理；当提取的提取的单帧图像用于水深计算时，对提取的每幅单帧图像进行的预处理包括对提取的每幅单帧图像进行边缘提取，并对图像进行二值化处理。
4.根据权利要求3所述的洪水预警方法，其特征在于，所述消抖校正处理为采用互相关算法及图像仿射变换矩阵来消除抖动，具体包括：
5.根据权利要求3所述的洪水预警方法，其特征在于，所述视角矫正处理采用透视变换算法，以消除图像的倾斜投影畸变。
6.根据权利要求3所述的洪水预警方法，其特征在于，所述对强反射光区域进行识别修复处理，具体包括：
7.根据权利要求1所述的洪水
8.一种根据权利要求1～7中任一项所述洪水预警方法的洪水预警系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的洪水预警系统，其特征在于，所述数据采集单元、所述流量计算单元及所述洪水预警单元与所述云平台之间通过4G网络进行数据通讯。
10.根据权利要求8所述的洪水预警系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括安装架和百叶箱，所述安装架为一具有横向延伸支架的立杆，固定于野外河流的河堤上，所述百叶箱安装于所述立杆顶部的横向延伸支架上，所述百叶箱的底部设有4P航空插口和3P航空插口；
...【技术特征摘要】
1.一种干旱地区野外河流的洪水预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的洪水预警方法，其特征在于，对所述摄像头实时拍摄的斜视视频进行单帧图像提取时，每帧图像之间采用相等的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的洪水预警方法，其特征在于，当提取的单帧图像用于野外河流表面实时流速及河宽计算时，对提取的每幅单帧图像进行的预处理包括依次进行的消抖校正处理、视角矫正处理、增强所选流动区域对比度处理和强反射光区域识别修复处理；当提取的提取的单帧图像用于水深计算时，对提取的每幅单帧图像进行的预处理包括对提取的每幅单帧图像进行边缘提取，并对图像进行二值化处理。
4.根据权利要求3所述的洪水预警方法，其特征在于，所述消抖校正处理为采用互相关算法及图像仿射变换矩阵来消除抖动，具体包括：
5.根据权利要求3所述的洪水预警方法，其特征在于，所述视角矫正处理采用透视变换算法，以消除图像的倾斜投影畸变。
6.根据权利要求3所述的洪水预警方法，其特征在于，所述对强反射光...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰梁，陈梦婷，刘昂，胡刚，郭俊良，钟强，陈启刚，
申请(专利权)人：中交基础设施养护集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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