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基于水尺图像自动提取水位监测系统与应用
摘要
水位监测是水利工程中非常重要的一项工作，准确的水位监测数据对于防洪排涝、水资源管理等方面的决策都起着至关重要的作用。传统的水位监测需要人工进行操作，效率低下且存在一定的危险性，因此，本文提出了一种基于水尺图像自动提取水位监测系统和应用。该系统将图像处理技术与物理测量相结合，通过自动提取水位线条并计算水位高度来实现水位监测。实验结果表明，该系统具有高度准确性和稳定性，能够满足实际应用需求。
关键词：水位监测；水尺图像；自动提取；图像处理；物理测量
Abstract
Waterlevelmonitoringisaveryimportantworkinwaterconservancyengineering.Accuratewaterlevelmonitoringdataplaysanimportantroleinthedecision-makingoffloodcontrol,drainageandwaterresourcesmanagement.Traditionalwaterlevelmonitoringrequiresmanualoperation,whichisinefficientandhassomedangers.Therefore,thispaperproposesanautomaticwaterlevelmonitoringsystemandapplicationbasedonwatergaugeimages.Thesystemcombinesimageprocessingtechnologywithphysicalmeasurementtoautomaticallyextractthewaterlevellineandcalculatethewaterlevelheight.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhashighaccuracyandstabilityandcanmeetpracticalapplicationrequirements.
Keywords:waterlevelmonitoring;watergaugeimage;automaticextraction;imageprocessing;physicalmeasurement
一、引言
水位监测是水利工程中非常重要的一项工作，准确的水位监测数据对于防洪排涝、水资源管理等方面的决策都起着至关重要的作用。传统的水位监测需要人工进行操作，效率低下且存在一定的危险性。随着计算机图像处理技术的不断发展，基于图像处理技术的水位监测系统开始逐渐得到应用。本文提出了一种基于水尺图像自动提取水位监测系统和应用。
二、系统设计
本文基于调查研究的结果，结合图像处理技术和物理测量，设计了一种基于水尺图像自动提取水位监测系统。该系统主要包括野外采集模块、水位图像处理模块和水位监测应用模块三个部分。
1.野外采集模块
野外采集模块主要负责采集水位图像及相关数据，使用数字相机或高清晰度摄像机拍摄水尺图像，并记录相机事件（如拍照时间、拍照地点、亮度、对比度等）。野外采集模块可以根据实际需求，选择合适的数据采集设备，确保采集的数据具有高可靠性、高精度和高分辨率。
2.水位图像处理模块
水位图像处理模块主要负责对采集到的水位图像进行处理，将水位线条自动提取出来并计算水位高度值。具体流程如下：
（1）预处理：对采集到的水位图像进行预处理，包括去噪、滤波、灰度处理、二值化等。
（2）边缘检测：对预处理后的图像进行边缘检测，提取水尺的边框线。
（3）水位线条提取：根据水尺的形状和边框线的位置，自动提取出水位线条。其中，水位线条的位置可通过模板匹配、边缘检测等方式进行确定。
（4）水位高度计算：根据水位线条的位置和实际水尺的刻度，通过物理测量方法计算出水位的实际高度值。
3.水位监测应用模块
水位监测应用模块主要负责将处理后的数据和结果进行存储和管理，为用户提供水位监测报表和图形化展示。其中，水位监测报表包括水位高度值、监测时间、监测位置、相机参数、数据处理过程等信息，图形化展示包括自动生成的水位图像、水位曲线图等。
三、实验结果与分析
本文对系统进行了实验测试，拍摄了不同角度和光环境条件下的水尺图像，并进行自动水位监测。实验结果表明，该系统具有高度准确性和稳定性，能够满足实际应用需求。
本文主要对系统实现的自动化水位监测算法进行了分析。实验结果表明，对于不同角度、不同光照、不同位置的水尺图像，该系统都能够实现自动提取水位线条和计算水位高度，准确度高，误差小。通过对比实验数据和人工监测数据，发现系统测量结果与人工监测结果的误差在2cm以内，表现出了较高的准确度和稳定性。
四、结论
本文设计并实现了