复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测技术研究与应用
发布日期：2024-05-20 15:28
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| 成果名称 | 复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测技术研究与应用 | |||
| 成果登记号 | DJ101002024Y0269 | 知识产权 | 国内先进 | |
| 完成单位 | ||||
| 序号 | 单位名称 | 通讯地址 | ||
| 1 | 杭州市水文水资源监测中心 | 杭州市杭海路229号10-12F | ||
| 2 | 河海大学 | 江苏省南京市西康路1号 | ||
| 3 | 浙江省水文管理中心 | 杭州市佑圣观路72号 | ||
| 4 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 杭州市滨江区阡陌路555号 | ||
| 完成人 | ||||
| 序号 | 姓名 | 工作单位 | 对成果的贡献 | |
| 1 | 孟健 | 杭州市水文水资源监测中心 | 主持研发 | |
| 2 | 王玉明 | 杭州市水文水资源监测中心 | 流量监测系统总体设计 | |
| 3 | 张振 | 河海大学 | 水面信号提取技术研究 | |
| 4 | 刘林海 | 浙江省水文管理中心 | 流量监测系统集成 | |
| 5 | 张振林 | 杭州市水文水资源监测中心 | 现场试验设计 | |
| 6 | 姬战生 | 杭州市水文水资源监测中心 | 现场试验数据分析 | |
| 7 | 薛庆云 | 杭州市水文水资源监测中心 | 现场试验设计组织 | |
| 8 | 杨云 | 杭州市水文水资源监测中心 | 现场试验数据分析 | |
| 9 | 聂阳 | 杭州市水文水资源监测中心 | 现场试验数据收集分析 | |
| 10 | 高红民 | 河海大学 | 水面流场重建算法研究 | |
| 11 | 曾国熙 | 浙江省水文管理中心 | 现场试验数据分析 | |
| 12 | 姜阳波 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 前端摄像设备研发 | |
| 13 | 汪康 | 杭州市水文水资源监测中心 | 现场试验组织和数据收集整理 | |
| 14 | 李华宝 | 河海大学 | 水面流场重建算法研究 | |
| 15 | 木正鹏 | 河海大学 | 水面信号提取技术研究 | |
| 16 | 兰天麒 | 杭州市水文水资源监测中心 | 试验数据收集分析 | |
| 成果公报内容（成果简介、创新突破点、同行认可、引用情况、应用情况等） | ||||
| 一、课题来源与背景 我国是水旱灾害频发多发的国家，突发性重大水旱灾害严重威胁人民生命财产安全，快速有效获取河流流量数据对流域水资源保护和管理、防汛抗旱、生态环境管控至关重要。为支持河流流量监测新技术研究，杭州市科技局于2020年下达了“复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测技术研究与应用”科研项目，由杭州市水文水资源监测中心负责实施，河海大学、浙江省水文管理中心和杭州海康威视数字技术股份有限公司合作参与共同完成。 二、研究目的与意义 自然河流的复杂性使得传统的接触式测流方法在高洪水期间无法正常进行布置和测量，现有基于声学、光学、雷达等测流技术在复杂水文环境下仍面临数据率低、适应能力差等问题，监测效果不甚理想。杭州市作为国家新一代人工智能创新发展试验区，为人工智能技术赋能水文监测现代化发展提供了发展机遇。“复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测技术研究与应用”项目利用基于人工智能的图像识别技术，并结合先进的光学成像及硬件技术，在野外多因素影响下的综合试验基础上，不断迭代优化面向河流流量计算的智能算法，研制了在复杂水文环境下具有较强普适性的河流流量监测系统，进一步降低流量监测实际操作风险，提高了监测精度和运行性能。 三、主要论点与论据 项目主要开展了基于水面多波段—偏振成像的复杂水面增强成像技术、基于时空图像频谱分析的运动矢量估计方法、面向频域时空图像测速的流速有效性识别及修正方法、基于水文水力学综合分析的流量计算模型等方面的研究。提出了以下先进方法技术：基于光谱-偏振成像的水面目标增强方法，实现了复杂成像条件下高信噪比图像序列的实时获取；一种新型的解析效率、稳定性更高的流体表面运动矢量的提取方法；一种面向时空图像测速法的流速有效性识别以及修正方法，可获得更加可靠、精准的流场测量成果；引入测点流速序列的稳定性判断方法，优选用于合成代表流速的代表性测点，并基于实测资料分析定量确定合成代表流速各测点流速的相应权重。 四、创见与创新 项目研究创新提出了一种基于时空图像中目标运动的连续性来直接估计测速线上时均流速的运动矢量估计技术、一种基于幅度谱分析和断面水深的水面流场错误矢量识别与修正技术、一种基于水文水力学综合分析的河流流量计算模型等3项关键共性技术，有效实现了利用非接触、低成本方式实时在线获取相对准确的河流流量的目标。项目研发了基于图像智能识别的河流流速流量监测系统。该系统集硬件、软件、网络通信于一体，可实现复杂水文环境下天然河流的流量自动监测。通过水文站现场实验比测分析，监测成果在中高水位级下精度较好，可一定程度上作为防汛防台、水资源保护与管理等相关工作参考使用。 五、社会经济效益、存在的问题 该项技术的成功研究，将大幅提升复杂水文环境下流量智能化监测水平，提升监测安全性和服务经济社会发展的能力，推动数字信息和水利水文融合技术在公共安全和生态环境治理中发挥更积极作用，有力催生人工智能在水文监测领域的新兴产业发展，在数字赋能防汛防台、生态环境保护等工作方面取得了具有可复制、可推广的创新成果和实践经验。 六、历年获奖情况 无 七、成果简介 “复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测技术研究与应用”项目对复杂水面增强成像、水面运动矢量估计、流速有效性识别及修正、河流流量计算模型等进行了深入研究，进一步优化了复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测方法技术，创新的提出并解决了3项关键共性技术，发表论文2篇，申报专利2件（其中发明专利1项），获得软件著作权1项，成果达到国内先进水平，有效实现了利用非接触、低成本方式实时在线获取相对准确的河流流量的目标。项目研发了基于图像智能识别的河流流速流量监测系统，通过在国家基本水文站现场实验比测分析，监测成果在中高水位级下精度较好，可一定程度上作为防汛防台、水资源保护与管理等相关工作参考使用，市场前景广阔，经济效益和社会效益显著。 | ||||
| 评价（鉴定、验收）委员会名单 | ||||
| 序号 | 姓名 | 单位 | 专业领域 | 职称 |
| 1 | 耿洛桑 | 浙江省水利信息管理中心 | 水利信息化 | 正高 |
| 2 | 钱镜林 | 浙江水利水电学院 | 水文水资源 | 正高 |
| 3 | 章柳 | 杭州励诚财务咨询有限公司 | 财务管理 | 副高 |
| 4 | 王超 | 南京信息工程大学 | 计算机图像处理 | 副高 |
| 5 | 汤春义 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 水文水资源 | 副高 |
| 6 | 李最森 | 浙江省水利河口研究院 | 水力学与河流动力学 | 副高 |
| 7 | 施征 | 浙江同济科技职业学院 | 水文水资源 | 副高 |
| 组织评价单位:杭州市科学技术局、杭州市林业水利局 | ||||
| 评价（鉴定、验收）意见 | ||||
| 2023年7月5日，受杭州市科技局委托，杭州市林业水利局组织专家对杭州市水文水资源监测中心承担的杭州市农业与社会发展科研一般项目“复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测技术研究与应用”（项目批准号：20201203B103）进行会议验收。验收组审阅了相关材料，听取了项目实施情况总结、技术总结、经费审计等报告，经质询、讨论，形成验收意见如下： 一、提供的验收资料齐全、规范，符合验收要求。 二、项目具体实施安排合理，对复杂水面增强成像、水面运动矢量估计、流速有效性识别及修正、河流流量计算模型等进行了深入研究，进一步优化了复杂水文环境下基于图像智能识别的河流流量监测方法技术，创新的提出并解决了一种基于时空图像中目标运动的连续性来直接估计测速线上时均流速的运动矢量估计技术、一种基于幅度谱分析和断面水深的水面流场错误矢量识别与修正技术、一种基于水文水力学综合分析的河流流量计算模型等3项关键共性技术，达到国内先进水平，有效实现了利用非接触、低成本方式实时在线获取相对准确的河流流量的目标。 三、项目研发了基于图像智能识别的河流流速流量监测系统，通过在国家基本水文站现场实验比测分析，监测成果在中高水位级下精度较好，可一定程度上作为防汛防台、水资源保护与管理等相关工作参考使用，市场前景广阔，经济效益和社会效益显著。 四、项目组发表论文2篇，专利2件（其中发明专利1项），软件著作权1项，培养研究生3名。 五、项目预算总经费60.00万元，其中财政科技补助经费20.00万元。经浙江恒惠会计师事务所有限公司专项审计﹝浙恒惠专审字（2023）第A0099号﹞，实际经费支出17.13万元，其中财政科技经费11.66万元，结余经费8.34万元用于项目后期支出。经费使用基本合理。 验收组一致认为，该项目已完成了项目合同书规定的全部内容和任务，同意通过验收。 | ||||
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