基于视觉分析的淤积河道流量测量方法的研究

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传统的河道侧流方法大部分是依靠测流船、铅鱼等设备通过人工定时读取流道进、出口处水尺得到水位值,然后通过查有关河道形状、流态等参数对应的曲线取修正参数后,借助于经验公式,通过计算得到流量值。这种方法不仅费时费力,不能连续或实时计量,而且其准确性也受到人为因素等影响。尤其是对于像黄河这种多泥沙河流,由于受到淤积情况的影响,其引水渠道河底形成淤积,渠道底面形成不规则的形状,往往得不到较为理想的流量曲线,进而影响测量结果,用传统的测流方法无法完成全自动测流。本文针对这一情况,提出了一种计算机自动视觉和测流铅鱼相结合的流量测量的新方法,解决了淤积河道无法全自动测流的问题。利用计算机视觉在子像素分辨率下自动分析河水表面的宽度,控制铅鱼沿横向进行多点的水深和流速的测量,从而得到淤积河道河水横断面的形状,依此计算河水的瞬时流量。该方法已经在黄河引水河道中得到了成功的应用,应用结果表明了该方法的有效性。 本文以位山引黄涵闸为实例,介绍基于视觉分析的淤积河道流量测量新方法。系统地介绍了本课题的的设计思想、硬件构成和软件实现,其中重点叙述对视觉图像的分析和处理。首先根据河边图像的特点,采用迭代阈值法对图像进行二值化,对二值化后的图像利用形态学方法进行滤波并进行细化处理,除去非边缘图像,得到动态水面的边缘图像,再采用HOUGH变换求得子像素分辨率下的河面边缘和标志杆的直线方程,从而自动分析河水表面的宽度。再根据河面宽度,确定测点数及测点位置,利用PLC控制测流铅鱼,测量水深和瞬时流速,从而计算出瞬时流量。系统根据控制要求还可以实现三种不同的工作方法,即远程自动测流和远程半自动测流及现场手动测流三种方式,三种测流方式的测流数据(瞬时流量、累计流量、流速等)都能够自动进入计算机系统。 系统由PLC控制测流铅鱼进行实时测量,并将数据传送到上位机进行处理,本文介绍了PLC输入输出信号的分配、采样信号的获取以及PLC与上位机的通讯,给出了较为详细的接线图、程序流程图。
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