[发明专利]一种基于点云的河流水位检测系统、检测方法

说明书

本发明公开一种基于点云的河流水位检测系统、检测方法，属于计算机视觉应用的技术领域。本发明包括：点云信息匹配模块、水面分割模块、测试点分析模块和水位分析模块。本发明用于通过计算机视觉的方法结合点云信息，确定点云数据和平面图像的映射关系，由此，通过对图片计算机数据技术进行处理得到水位测量数据，从而解决了：通过水位尺等算法效果不准确和水位检测系统受环境影响的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于点云的河流水位检测系统、检测方法，属于计算机视觉应用的技术领域。

背景技术

随着科技的发展，智慧化已经普及至社会管理的各个方面，本发明主要聚焦在水利管理方面，由于河流水位受自然影响的不确定性，导致日常在水利管理方面需要投入大量的人力物力进行防控，然而防控效果依然不佳。

为了降低人员的监控工作强度，在水位测量中检测方法呈现出多样性：例如，传统的测量方法通过人为测量方式进行防控，但是在遇到特殊情况时，不但无法做到实时监测，而且还会使一线监测人员的人身安全受到威胁。

进而开始采用计算机视觉技术对水利安全进行监测：例如，最初是利用摄像头结合水位尺等检测设备，人员通过对采集到的图像综合判断被监测河流水利情况是否处于安全情况。随着应用的推广，实际中也发现，该技术方式需要人员实时关注采集到的视频图像，导致监测工作强度较大，进而影响风险监测结果的及时输出。除此之外，还由于水利环境易受天气等不确定因素影响，导致突发监测事故，从而造成人员和财产的重大损失。

由此，本技术领域开始尝试利用信息处理和通信技术辅助对实时采集的水位图像进行处理：

例如：中国专利文献CN108917860A于2018年11月30日公开了一种基于航拍激光点云的河道流量测验方法，采用无人机搭载三维激光扫描仪、照像机和定位系统，在固定水文断面或者选择规则顺直河段的非固定水文测流断面，从上游沿河道中轴线向下游飞行，获取测验河段三维激光点云数据、影像图；水情中心通过定位系统资料，实现影像图和激光点云图的坐标配准；在枯水季节，利用三维激光点云数据和水下断面测验方法，获取河道上、中、下三个大断面图；在需要测流时，依据点云数据获得上、中、下三个断面的实时水位；依据影像图和激光点云数据确定中断面附近多个天然浮标，计算某一固定时间内天然浮标的运行距离，由此通过天然浮标测流法或比降面积测流法得出河道流量，从而实现河道断面自动化测流。该文献的主要目的是实现流量检测，使用了无人机搭载三维激光点云扫描仪获取河道点云信息，通过浮标法测流速，实现流量检测，但文中每次测量都需要去扫描点云信息，无法实现点云信息复用。

中国专利文献CN114353905A于2022年04月15日公开了一种水位监测装置及水位监测方法，水位监测装置包括测量设备、陀螺仪及处理设备；所述测量设备用于扫描水位液面与一目标物的交接点并得到初始扫描面的点云图，并将所述初始扫描面的点云图传输至所述处理设备；所述陀螺仪用于检测所述测量设备的当前倾角信息并传输至所述处理设备；所述处理设备用于根据所述当前倾角信息获取与所述初始扫描面的点云图相对应的真实扫描面的点云图，并根据所述真实扫描面的点云图获取水位液面的高度。该文献通过测量设备获取初始三维点云信息，通过处理设备将初始点云信息处理获取真实的点云图，然后在点云图周昂获取水位液面的高度。这样水位下降或上升后，点云需要更新，也就是需要重新采集点云信息。

中国专利文献CN114266796A于2022年04月01日公开了一种基于激光点云数据与平均大潮高潮面的自然岸线自动获取方法，包括：获取海洋退潮时陆地至潮间带的激光点云数据；获取水位数据，计算若干年每年及整体平均大潮高潮面及各自对应的高程值；若激光点云数据与每年平均大潮高潮面高程值作差结果在激光点云误差范围内，则将激光点云数据作为自然岸线关联点数据；对自然岸线关联点数据进行处理，得到自然岸线数据，预测未来走向，分析自然岸线数据升降的周期性变化与海岸侵蚀的相关性。

综上，现有技术方法虽然通过扫描点云直接拿到数据，但是无法对图片利用计算机数据技术实时后期的水位测量。因此，现有技术有必要提供一种基于点云的河流水位检测系统及方法解决上述技术问题。