一种水位波动过程非接触量测装置及方法
专利汇可以提供一种水位波动过程非接触量测装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 水 位 波动 过程非 接触 量测装置及方法，包括设置并测量标定点和检验点实际 位置 坐标；侧向拍摄参照平面，获得视频数据；将视频数据分解为图像，矫正图像至参照平面的正射投影面；识别图像内标定点和检验点，将标定点的 像素 坐标与实际位置坐标匹配，获得标定系数；根据标定系数和检验点像素坐标计算检验点实际位置坐标，计算比较检验点实际位置的计算值与测量值的偏差，当两者的偏差值小于预设偏差值时，执行下一步骤；根据被测水面特征点像素坐标获取被测水面特征点的实际高程值。本发明属于非接触方法，对测量对象无扰动；仪器架设简单，操作便携，成本低；侧向观测，适于复杂环境；自动化程度高，不存在临时观测人员操作安全隐患。，下面是一种水位波动过程非接触量测装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种水位波动过程非接触量测方法，其特征在于：包括：
（1）在观测水位断面附近设置标定点和检验点，所述观测水位断面铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点和检验点均与水位特征点位于同一参照平面内；
（2）测量所述标定点和检验点的实际位置坐标；
（3）侧向拍摄参照平面，所述标定点和检验点位于拍摄图像范围内，获得水位变化过程的视频数据；
（4）将视频数据分解为系列图像；
（5）依据已知实际位置坐标的标定点，矫正图像至所述参照平面的正射投影面；
（6）识别图像内的标定点和检验点，提取图像内标定点的像素坐标，依据标定点的像素坐标与标定点的实际位置坐标的等比映射关系，计算像素坐标与实际坐标的换算系数，即标定系数；
（7）依据图像内检验点的像素坐标，通过检验点的像素坐标和标定系数计算检验点的实际位置坐标或高程值，比较计算得到的检验点实际位置坐标或高程值与测量值的偏差，当两者的偏差值小于预设偏差值时，执行步骤（8）；
（8）对图像进行预处理；
（9）识别图像中观测水位断面上的瞬时水面特征点，计算图像内水面特征点的像素坐标，根据水面特征点的像素坐标和标定系数计算水面特征点的实际位置坐标，进而得到水面特征点的实际高程值，即实际的瞬时水位值；
（10）循环计算每帧图像内观测水位断面上的水面特征点的实际高程值。
2.根据权利要求1所述的水位波动过程非接触量测方法，其特征在于，所述的步骤（1）至步骤（10）具体包括：
（1）在观测水位断面设置4个标定点或2个标定点；
四点标定时设置4个标定点，标定点位于观测水位断面的两侧，标定点连线呈凸四边形，此时在观测水位断面上设置检验点，所述检验点铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点、检验点和水位特征点位于同一参照平面内，且标定点和检验点均高出最高测量水位；或者：
两点标定时设置2个标定点，此时两个标定点均设置于观测水位断面上，所述检验点位于所述观测水位断面上且与标定点不共点，所述检验点铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点、检验点和水位特征点位于同一参照平面内，且标定点和检验点均高出最高测量水位；
（2）测量所述标定点和检验点的实际位置坐标；
（3）选择满足测量频率要求的摄像机，使用无人机携带摄像机，在操控台的操纵下选择摄像机与所述参照平面的距离和视角，使参照平面内的观测水位断面、标定点、检验点和瞬时被测水面线位于摄像视野范围中部，侧向拍摄并记录参照平面的视频数据；
（4）将获取的视频数据传输到计算机内，将视频数据分解为系列图像，选取第一帧图像作为当前图像；
（5）四点标定时，依据已知实际位置坐标的标定点，矫正当前图像至所述参照平面的正射投影面，或者两点标定时，矫正当前图像至观测水位断面的正射投影线；
（6）识别当前图像内的标定点和检验点，提取当前图像内标定点的像素坐标，依据标定点的像素坐标与标定点的实际位置坐标的等比映射关系，计算像素坐标与实际位置坐标的换算系数，即标定系数；
（7）依据当前图像内检验点的像素坐标，通过检验点的像素坐标和标定系数计算检验点的实际位置坐标或高程值，比较计算得到的检验点实际位置坐标或高程值与测量值的偏差，当两者的偏差值小于预设偏差值时，执行步骤（8）；
（8）对当前图像进行预处理；
（9）识别当前图像中观测水位断面的瞬时水面特征点，计算当前图像内瞬时水面特征点的像素坐标，根据瞬时水面特征点的像素坐标和标定系数计算瞬时水面特征点的实际位置坐标，进而得到瞬时水面特征点的实际高程值，即实际瞬时的水位值；
（10）判断当前图像是否为最后一帧图像，若不是，则选取下一帧图像为当前图像，并返回执行步骤（5），若是，则执行步骤（11）；
（11）根据所计算图像的水面特征点的实际瞬时水位高程值，计算水位变化过程的平均值、最大值、最小值和紊动均方根值。
3.一种根据权利要求1所述的水位波动过程非接触量测装置，其特征在于，包括设置于同一个参照平面的多个标定点、摄像机和计算机，所述标定点位于最高测量水位的上方，所述摄像机频率和像素，满足识别水位清晰度和水位采样频率，拍摄视频数据传输到计算机内，所述计算机用于处理视频数据。
4.根据权利要求3所述的水位波动过程非接触量测装置，其特征在于，所述的摄像机搭载在无人机上，由无人机携带摄像机拍摄所述参照平面。
一种水位波动过程非接触量测装置及方法
技术领域
背景技术
目前，随着现场观测等对水位观测需求和要求不断提高，亟需寻找一些新的水位观测的技术和方法。
发明内容
（1）在观测水位断面附近设置标定点和检验点，所述观测水位断面铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点和检验点均与水位特征点位于同一参照平面内；
（2）测量所述标定点和检验点的实际位置坐标；
（3）侧向拍摄参照平面，所述标定点和检验点位于拍摄图像范围内，获得水位变化过程的视频数据；
（4）将视频数据分解为系列图像；
（5）依据已知实际位置坐标的标定点，矫正图像至所述参照平面的正射投影面；
（6）识别图像内的标定点和检验点，提取图像内标定点的像素坐标，依据标定点的像素坐标与标定点的实际位置坐标的等比映射关系，计算像素坐标与实际坐标的换算系数，即标定系数；
（7）依据图像内检验点的像素坐标，通过检验点的像素坐标和标定系数计算检验点的实际位置坐标或高程值，比较计算得到的检验点实际位置坐标或高程值与测量值的偏差，当两者的偏差值小于预设偏差值时，执行步骤（8）；
（8）对图像进行预处理；
（9）识别图像中观测水位断面上的瞬时水面特征点，计算图像内水面特征点的像素坐标，根据水面特征点的像素坐标和标定系数计算水面特征点的实际位置坐标，进而得到水面特征点的实际高程值，即实际的瞬时水位值；
（10）循环计算每帧图像内观测水位断面上的水面特征点的实际高程值。
四点标定时设置4个标定点，标定点位于观测水位断面的两侧，标定点连线呈凸四边形，此时在观测水位断面上设置检验点，所述检验点铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点、检验点和水位特征点位于同一参照平面内，且标定点和检验点均高出最高测量水位；或者：
两点标定时设置2个标定点，此时两个标定点均设置于观测水位断面上并分布于最高测量水位以上，所述检验点位于所述观测水位断面上且与标定点不共点，所述检验点铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点、检验点和水位特征点位于同一参照平面内，且标定点和检验点均高出最高测量水位；
（2）测量所述标定点和检验点的实际位置坐标；
（3）选择满足测量频率要求的摄像机，使用无人机携带摄像机，在操控台的操纵下选择摄像机与所述参照平面的距离和视角，使参照平面内的观测水位断面、标定点、检验点和瞬时被测水面线位于摄像视野范围中部，侧向拍摄并记录参照平面的视频数据；
（4）将获取的视频数据传输到计算机内，将视频数据分解为系列图像，选取第一帧图像作为当前图像；
（5）四点标定时，依据已知实际位置坐标的标定点，矫正当前图像至所述参照平面的正射投影面，或者两点标定时，矫正当前图像至观测水位断面的正射投影面；
（6）识别当前图像内的标定点和检验点，提取当前图像内标定点的像素坐标，依据标定点的像素坐标与标定点的实际位置坐标的等比映射关系，计算像素坐标与实际位置坐标的换算系数，即标定系数；
（7）依据当前图像内检验点的像素坐标，通过检验点的像素坐标和标定系数计算检验点的实际位置坐标或高程值，比较计算得到的检验点实际位置坐标或高程值与测量值的偏差，当两者的偏差值小于预设偏差值时，执行步骤（8）；
（8）对当前图像进行预处理；
（9）识别当前图像中观测水位断面的瞬时水面特征点，计算当前图像内瞬时水面特征点的像素坐标，根据瞬时水面特征点的像素坐标和标定系数计算瞬时水面特征点的实际位置坐标，进而得到瞬时水面特征点的实际高程值，即实际瞬时的水位值；
（10）判断当前图像是否为最后一帧图像，若不是，则选取下一帧图像为当前图像，并返回执行步骤（5），若是，则执行步骤（11）；
（11）根据所计算图像的水面特征点的实际瞬时水位高程值，计算水位变化过程的平均值、最大值、最小值和紊动均方根值。
具体实施方式
（1）在观测水位断面附近设置标定点5和检验点6，所述标定点5和检验点6均与被测水面线1位于同一参照平面内，如挡墙、墩柱或人为设置标尺等，对参照平面内的标定点5和检验点6作标记（标定点5和检验点6可以是现有特征点，测量时出现于摄像机7视野内，并可辨识其标记），本实施例的标定点5为四个，分别为图1中的点B1~B4，所述检验点6选于观测水位断面2上，并位于最高测量水位4以上，检验点6为图1中的点J1，检验点6垂直向下延伸与被测水面线1相交，交点t为被测水面特征点3；本实施例的标定点5位置均高出最高测量水位4（水面线最高水位），以防测量时视野中看不到标定点5。特别地，4个标定点5位于观测断面2两侧，各有2个标定点5，4个标定点5分散呈凸四边形分布，间距拉开，使得测量对象在标定点之间区域。
面积一半以上），可提高计算精度，优选地，摄像过程中保持摄像头固定。
（1）在观测水位断面2附近设置四个标定点5（点B1~B4）和检验点6（J1），所述标定点5和检验点6均与被测水面线1位于同一参照平面内，如挡墙、墩柱或人为设置标尺等。对参照平面内的标定点5和检验点6作标记（标定点5和检验点6可以是现有特征点，测量时出现于无人机携带摄像机7视野内，并可辨识其标记），所述的标定点5位于参照平面内的观测水位断面2两侧，且观测水位断面2两侧分别有两个标定点5，四个标定点5（点B1 B4）分散且呈凸四~
边形分布，间距拉开，使得测量对象区域在标定点之间区域。检验点6垂直向下延伸与被测水面线1相交，交点t为被测水面特征点3，所述被测水面特征点3和检验点6均位于观测水位断面2上，且检验点6和四个标定点5均高于最高测量水位4。
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