基于圖像識(shí)別的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

曾旺官

摘? ? 要：為實(shí)現(xiàn)水資源的合理管控，保證水體使用的安全性、穩(wěn)定性，逐步組建起完善的水資源管理體系。相關(guān)政府部門以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)，投入大量資源，進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)升級(jí)，旨在增強(qiáng)水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)性，避免水位數(shù)據(jù)誤差的發(fā)生。基于這種背景，文章以圖像識(shí)別技術(shù)作為切入點(diǎn)，系統(tǒng)探討圖像識(shí)別技術(shù)框架下，水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，為后續(xù)技術(shù)研發(fā)以及應(yīng)用提供方向性引導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：水位監(jiān)測(cè) ;圖像識(shí)別 ;系統(tǒng)設(shè)置 ;策略方法

1? 前言

近些年來(lái)，我國(guó)加大水資源管理力度，出臺(tái)系列政策法規(guī)，完善水資源管理體系，提升水體安全，有序開展水資源保護(hù)、水污染治理以及河湖監(jiān)管執(zhí)法等相關(guān)工作。水位監(jiān)測(cè)作為水資源管理工作的重要組成部分，在洪水預(yù)警、抗洪指揮、水資源調(diào)度等方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。為有效解決水位監(jiān)測(cè)過(guò)程中面臨的水位監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性較低、操作難度大、監(jiān)測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)將圖像識(shí)別技術(shù)作為突破口，借助必要的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域水位的持續(xù)、精準(zhǔn)觀測(cè)，打造成熟的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2? 圖像識(shí)別概述

為消除思想誤區(qū)，更好地推進(jìn)圖像識(shí)別技術(shù)在水位監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，技術(shù)人員在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)工作之前，需要對(duì)圖像識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行全面梳理，通過(guò)梳理打破思想盲區(qū)，增強(qiáng)圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的針對(duì)性與指向性。

圖像識(shí)別技術(shù)主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)相關(guān)設(shè)備采集到的圖片信息進(jìn)行處理，達(dá)到對(duì)目標(biāo)對(duì)象的識(shí)別、分類的目的。在這種技術(shù)框架下，圖像識(shí)別技術(shù)可以劃分為圖像處理、圖像識(shí)別兩大模塊，圖像處理環(huán)節(jié)主要任務(wù)是對(duì)獲得的圖像進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)要求，進(jìn)行圖片的分割;圖像識(shí)別則在圖像處理的基礎(chǔ)上，對(duì)分割的圖像進(jìn)行特征的提取以及分類，最終根據(jù)要求，完成數(shù)據(jù)的匯總以及呈現(xiàn)。為確保圖像識(shí)別技術(shù)的合理化應(yīng)用，現(xiàn)階段在識(shí)別過(guò)程中，主要借助于預(yù)處理、邊緣檢測(cè)以及特征提取等技術(shù)，在較短的時(shí)間內(nèi)，完成圖像識(shí)別相關(guān)工作。具體來(lái)看，在使用圖像識(shí)別進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，為了確保水位監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，往往需要從圖像中截取關(guān)鍵幀數(shù)，并對(duì)截取獲取的關(guān)鍵幀數(shù)進(jìn)行必要的算法處理，確保圖像幀數(shù)的灰度、濾波以及差分等符合要求，在這一過(guò)程中，考慮數(shù)據(jù)體量巨大，技術(shù)人員往往采用OpenCV視覺(jué)數(shù)據(jù)庫(kù)作為圖像處理的基礎(chǔ)與前提，通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)，技術(shù)人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵幀數(shù)的獲取、分析以及處理，為后續(xù)相關(guān)工作的開展提供了極大的便利。

3? 水位識(shí)別關(guān)鍵算法分析

考慮到水位監(jiān)測(cè)的特殊性，在使用圖像識(shí)別之前，需要對(duì)水位識(shí)別的相應(yīng)算法進(jìn)行探討，可以算法為導(dǎo)向，促進(jìn)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的直觀化，保證水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也降低了水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建難度。

在使用圖像識(shí)別進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，為了快速獲取水位線的信息，技術(shù)人員往往需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，對(duì)圖像識(shí)別有關(guān)組件獲得水位圖像資料進(jìn)行處理，降低冗余信息對(duì)于水位監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性的影響。從過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，水位監(jiān)測(cè)圖像的冗余信息較多，處理難度較高，如果沒(méi)有采取相應(yīng)手段，對(duì)冗余信息做好去除，勢(shì)必影響后續(xù)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)成效，造成水位監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性的降低。在這一思路的指導(dǎo)下，技術(shù)人員可以通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)模型，建立水位識(shí)別關(guān)鍵算法，通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)冗余信息的快速識(shí)別以及有效應(yīng)對(duì)。例如在進(jìn)行水位識(shí)別的過(guò)程中，可以使用離散函數(shù)，將水位圖像中涉及到的灰度、圖片像素等進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位圖像冗余數(shù)據(jù)的有效排除。具體算法為βk=h（αk），k=0，1，2，，L-1，其中βk表示水位圖像中灰度為αk級(jí)的像素?cái)?shù)量，αk表示第k個(gè)等級(jí)下圖像的灰度值，L表示水位圖像的灰度總數(shù)，β表示水位圖像中的像素總數(shù)。通過(guò)這種算法識(shí)別方式，技術(shù)人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)，明確灰度、像素以及水位圖像之間的關(guān)系，將冗余信息排除在水位監(jiān)測(cè)工作之外，對(duì)于整個(gè)工作成效的提升有著極大的裨益。

4? 圖像識(shí)別背景下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

圖像識(shí)別背景下，水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建要求技術(shù)人員以科學(xué)性原則、實(shí)用性原則為導(dǎo)向，立足圖像識(shí)別的特點(diǎn)，結(jié)合水位關(guān)鍵算法，在此基礎(chǔ)上，采取切實(shí)可行的手段，做好圖像識(shí)別框架下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建工作。

4.1? 水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)的搭建

圖像識(shí)別框架下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)涵蓋遙測(cè)基站以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心兩部分組成。遙測(cè)基站獲取水位監(jiān)測(cè)的圖像，通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)將獲取到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心，管理中心對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)冗余信息進(jìn)行剝離，并且能夠提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢等相關(guān)工作。為保證整個(gè)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架的合理化搭建，技術(shù)人員需要著眼于遙測(cè)基站、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心對(duì)于硬件設(shè)備以及軟件系統(tǒng)的使用需求，有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)備的選型以及使用工作。例如在遙測(cè)基站設(shè)置中，需要對(duì)視頻設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行科學(xué)的選型，通過(guò)這種方式，確保整個(gè)系統(tǒng)框架的科學(xué)性、合理性。除了進(jìn)行硬件采購(gòu)選型之外，對(duì)于軟件系統(tǒng)，也需要借助于超級(jí)終端、tftp服務(wù)器等軟件系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。除了進(jìn)行上述工作之外，為保障不同環(huán)節(jié)之間的有效互動(dòng)，技術(shù)人員還需要對(duì)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及到的各類接口數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確立攝像機(jī)接口、Web服務(wù)器接口、開放接口，通過(guò)這種方式，保障水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的有效性。

4.2? 圖像識(shí)別遙測(cè)基站的創(chuàng)設(shè)方法

遙測(cè)基站主要涉及到水位視頻、圖像以及有關(guān)數(shù)據(jù)的發(fā)送，在實(shí)際的創(chuàng)設(shè)過(guò)程中，使用太陽(yáng)能供電設(shè)備、攝像機(jī)等作為硬件，由于攝像機(jī)等硬件設(shè)備往往遠(yuǎn)離人口密集區(qū)域，因此供電相對(duì)困難，影響設(shè)備的正常使用。在這種情況下，遙測(cè)基站在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往要求相關(guān)部門投入資金，進(jìn)行太陽(yáng)能供電設(shè)備的組建，以此來(lái)保障電力能源的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。并且對(duì)于遙測(cè)基站需要采取低功耗設(shè)計(jì)，增加喚醒功能，設(shè)置定時(shí)開啟以及定時(shí)發(fā)動(dòng)等相關(guān)參數(shù)，通過(guò)這種方式，確保圖像識(shí)別遙測(cè)基站能夠滿足不同場(chǎng)景下的使用需求。同時(shí)還需要配備SD卡等存儲(chǔ)設(shè)備，避免數(shù)據(jù)丟失，實(shí)現(xiàn)多途徑的數(shù)據(jù)備份。

4.3? 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心的設(shè)置方法

在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心的設(shè)置環(huán)節(jié)，技術(shù)人員需要采用Web結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管控，并針對(duì)性地開展數(shù)據(jù)的匯總、存儲(chǔ)以及查詢等服務(wù)，為防汛抗洪工作開展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。Web結(jié)構(gòu)設(shè)置環(huán)節(jié)，可以集中于前端、后端以及數(shù)據(jù)庫(kù)等幾大組成。通過(guò)這種設(shè)置方式，確保遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心能夠滿足不同場(chǎng)景下的運(yùn)行需求，使得Web結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)更為高效、更為穩(wěn)定。在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心設(shè)置過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)做好可視化處理，將水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以更為直觀的方式呈現(xiàn)出來(lái)，幫助工作人員更好地掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)化、合理化應(yīng)用，有助于地域防洪防汛工作的開展，為水資源的管理提供了數(shù)據(jù)參考。

5? 結(jié)語(yǔ)

圖像識(shí)別作為一種全新的技術(shù)手段，其在水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，無(wú)疑能夠有效彌補(bǔ)現(xiàn)階段水位監(jiān)測(cè)工作存在的不足，提升水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及獲取的連續(xù)性，為防洪防汛等工作的開展提供了數(shù)據(jù)支撐。文章從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)相關(guān)關(guān)鍵算法，對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的配置，逐步打造出成熟、高效的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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