基于深度学习的视觉水位识别技术与装备

一、文献基础信息

标题:基于深度学习的视觉水位识别技术与装备

作者:王成建,马丁

来源:汉斯

DOI/链接:10.12677/jwrr.2024.133034,2024

分类标签:开题阶段-方法类-水位检测

二、文献核心内容

  1. 研究问题:传统水位监测依赖人力或陈旧设施,洪水期间人工监测安全风险高,且难以实现高效精确的自动化;随着水文监测智能化发展,亟需在背景杂乱、光线剧变和水体波动等复杂场景下仍能保持高精度的实时测量方案 。

  2. 核心方法:

  • 图像预处理:包含裁剪、二维码透视校正、去雾、去噪及去雨算法,以增强图像语义信息,适应各类气候。

  • 多路径识别算法:武大 AiFlow 视觉水位计融合了基于 YOLO 的实体水尺检测、基于语义分割的岸线识别。

  • 数据融合:结合目标识别、语义分割与传统边缘提取方法,根据置信度进行加权处理,输出最终水位高程 。

  1. 实验设计:在贵州麦穰水文站(台阶式岸坡,纹理杂乱)和河北黄壁庄水文站(流速大,波动剧烈)进行实证研究,分别与站点的浮子式自记水位计及雷达水位计进行数据对标,实现 24 小时监控,采样频率为 5min/次,依据 GB/T 50138-2010标准,通过系统误差和综合不确定度进行评估 。

  2. 核心结果:

  • 高相关性:麦穰站枯水、低水、中水期的视觉水位与浮子水位相关系数 R2 分别达到 0.9587、0.9990、0.9996 。

  • 精度达标:综合不确定度均小于 3cm(实测在 2.45cm~2.55cm 之间),系统误差控制在 ±1cm 内,完全满足规范要求 。

  • 抗干扰能力:在黄壁庄站面对瞬时波动达 0.16m 的剧烈水面时,通过算法融合消除了波浪干扰,保持了监测稳定性 。

  1. 局限性:极端恶劣天气、水面悬浮物较多时的处理。

  2. 与文献相关:

  • 尤良全提出利用离散型 Hopfield 神经网络对分割的二进制编码字符进行修正,再通过模板匹配法算法对进行字符识别,最终获取水尺量程信息2

  • 许小华利用 YOLOX 深度学习模块提出基于水尺和水尺刻度"E"两阶段检测的识别水位智能算法,该算法可有效应对天气、采集图片角度、光照光线、水尺倾斜以及复杂背景等的影响4

三、与我的课题关联

  1. 可复用内容:水位检测的方法、实地部署的方法。

  2. 待改进方向:/

  3. 引用场景:水尺水位检测

四、疑问和待跟进

  1. 疑问:/

  2. 待跟进:/

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