[发明专利]一种基于视频数据的城市内涝积水深度信息提取方法

说明书

本发明公布了一种基于视频数据的城市内涝积水深度信息提取方法，本发明将城市中泛在的且具有积水指示作用的地物作为积水参照物；构建非积水状态下的正负样本库，然后基于梯度方向直方图Hog和SVM分类器实现积水参照物的自动检测，得到积水参照物的外接矩形框；分别利用Grab Cut等图像分割算法提取外接矩形框中非积水状态和积水状态下的同一参照物精确目标；求取非积水状态下的参照物精确目标与积水状态下的同一参照物精确目标高度的差异，即为积水深度信息；推断积水参照物实际空间位置。本发明突破了现有内涝积水深度监测手段成本高、空间精度底、可移植性差等问题，在水利信息化、城市排水和海绵城市等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于视频数据的城市内涝积水深度信息提取方法，技术应用领域为水利信息化、城市水务和海绵城市。

背景技术

城市内涝严重威胁人民群众的生命和财产安全，已成为社会热点问题。空间详细的城市内涝积水深度信息是排水防涝的决策基础和科学依据，可以有效预防并减少内涝危害。

已有的城市内涝积水深度监测方法可分为三类：城市积水监测的人工手段、基于水位传感器的积水监测手段和基于图像处理的城市积水监测手段。城市积水监测的人工手段之一是在城市内涝的高发地点安装水位标尺，用以警示市民避开积水路段。该方式要求市民须抵达水位标尺的可视范围，才能通过水位标尺观察水深，提前预警的效果大打折扣。此外，人工视频监控是另外一种常用的水位监测手段，利用社会治安和交通等部门的视频监控平台，可对城市积水过程进行实时监控。该方式要求业务人员花费大量的时间通过目视判读、手动记录和发布积水信息，难以推送准确和实时的城市积水信息。

基于水位传感器的城市积水监测手段有压力水位计、超声波水位计、雷达水位计、激光水位计和电子水尺等。水位传感器在终端直接计算积水深度，实时性好，传输快捷；然而由于价格高昂，易受外界气温、湿度等环境因素的影响，在使用安装、日常维护等方面均存在一定的局限性，制约了其在城市中的广泛部署，一般重点部署在城市内涝的敏感地段。

为克服传统水位传感器价格高昂、安装维护困难的缺点，基于边缘检测技术的水位监测手段开始受到人们的关注。其基本原理是利用摄像头获取含有水位标记尺等水位参照物的视频或图像，基于边缘检测技术提取水体所对应的水位参照物的刻度或位置，从而实现水位(水深)的自动提取。然而，现有的人工安装水位标尺或手动选择水位参照物的方法费时费力，很难满足城市大范围积水监测的要求。现有的基于边缘检测的积水深度提取方法面向单一参照物，且需要手动设置方法参数阈值，适配性和智慧化程度较低。该方法目前尚未能在城市内涝监测中得到有效应用。

综合以上分析，现有的城市积水监测手段存在诸多问题，难以满足城市内涝监测预报的实际需求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于视频数据的城市内涝积水深度信息提取方法，能够从视频大数据中识别出城市中的泛在积水参照物，并基于泛在水位参照物自动提取城市范围内的积水深度和积水位置信息。

本发明的技术解决方案为：选取城市常见的地物作为积水参照物；构建非积水状态下的正负样本库；然后基于Hog和SVM分类器实现积水参照物的自动检测，得到积水参照物的外接矩形框；分别利用Grab Cut等图像分割算法提取外接矩形框中非积水状态和积水状态下的参照物精确目标；求取非积水状态下的参照物精确目标与积水状态下的同一参照物精确目标高度的差异，即为积水深度信息；基于摄影测量基本原理，利用摄像机焦距参数推断积水参照物实际空间位置。具体步骤如下：

(1)积水参照物类型的选取，将城市泛在的且具有积水指示作用的地物作为积水参照物(例如，行人、车辆、电线杆、隔离墩、护栏、信箱等)；