CN104180760A - 一种越浪形态观测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种越浪形态观测方法及系统，所述方法包括以下步骤：于越浪区域构建一防浪墙，并于所述防浪墙上的预设位置依据三维坐标系布设包括有水平网格标尺、竖直网格标尺、摄像装置、以及照明装置的观测装置；以及建立终端视频监控系统并通过有线或无线的方式连接所述观测装置；分别依据所述水平网格标尺及竖直网格标尺的网格点于所述终端视频监控系统中建立系统测量的基准数据；以及所述观测装置观测到越浪时将其撷取的视频图像数据传输至所述终端视频监控系统中进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数，用以达到直观并可靠地捕捉到越浪形态的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种越浪形态观测方法及系统，特别是涉及一种基于视频图像空间识别技术的越浪形态观测方法及系统。
背景技术
随着大量促淤和圈地造地项目的快速实施使高滩资源区域枯竭，就围堤建设本身而言，目前很多地区均不允许越浪设计，堤顶高程较高，投资相对较大，而在我国浙江等沿海省市，已经开始了允许越浪海堤建设的实践，按照允许最大越浪量作为海堤高程的控制标准，但由于波浪的随机性、连续性特点，经过调研，目前还没有有效的方式能够捕捉到波浪越过设计防汛墙墙后的越浪形态，而使得堤顶高程很难较为精确设计，因此，如何设计一种越浪形态观测方法，能够直观可靠地反映越浪形态，并捕捉到真实的越浪形态，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于视频图像空间识别技术的越浪形态观测方法及系统，用以达到直观并可靠地捕捉到越浪形态的目的。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种越浪形态观测方法，所述方法包括以下步骤：于越浪区域构建一防浪墙，并于所述防浪墙上的预设位置依据三维坐标系布设包括有水平网格标尺、竖直网格标尺、摄像装置、以及照明装置的观测装置；以及建立终端视频监控系统并通过有线或无线的方式连接所述观测装置；分别依据所述水平网格标尺及竖直网格标尺的网格点于所述终端视频监控系统中建立系统测量的基准数据；以及所述观测装置观测到越浪时将其撷取的视频图像数据传输至所述终端视频监控系统中进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数。
于一实施方式中，所述摄像装置以及照明装置分别藉由预埋件固定于所述防浪墙的顶部。
于一实施方式中，所述防浪墙呈围墙式构造，所述水平网格标尺沿围墙的顶部在横向和纵向上进行水平布设；所述竖直网格标尺沿围墙的顶部在垂向上进行竖直布设。
于一实施方式中，当测量所述浪高数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪的最高点位置，依据竖直网格标尺在所述三维坐标系中撷取一垂向平面并选取样点，计算该样点对应的网格点，再利用映射算法计算出浪高值。当测量所述浪宽数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一横向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的左、右两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的横向映射距离，最后将两个横向映射距离相减得出浪宽值。当测量所述浪距数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一纵向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的前、后两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的纵向映射距离，最后将两个纵向映射距离相减得出浪距值。
本发明还提供一种越浪形态观测系统，所述系统包括：防浪墙，构建于一越浪区域；观测装置，设置于所述防浪墙上的预设位置，包括摄像装置、照明装置、以及依据三维坐标系布设的水平网格标尺及竖直网格标尺；用于观测到越浪时将其撷取的视频图像数据输出；以及终端视频监控系统，通过有线或无线的方式连接所述观测装置，用于分别依据所述水平网格标尺及竖直网格标尺的网格点于所述终端视频监控系统中建立系统测量的基准数据；以及用于对所述观测装置撷取的视频图像数据进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数。
于一实施方式中，所述摄像装置以及照明装置分别藉由预埋件固定于所述防浪墙的顶部。
于一实施方式中，所述防浪墙呈围墙式构造，所述水平网格标尺沿围墙的顶部在横向和纵向上进行水平布设；所述竖直网格标尺沿围墙的顶部在垂向上进行竖直布设。
于一实施方式中，当测量所述浪高数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪的最高点位置，依据竖直网格标尺在所述三维坐标系中撷取一垂向平面并选取样点，计算该样点对应的网格点，再利用映射算法计算出浪高值。当测量所述浪宽数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一横向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的左、右两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的横向映射距离，最后将两个横向映射距离相减得出浪宽值。当测量所述浪距数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一纵向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的前、后两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的纵向映射距离，最后将两个纵向映射距离相减得出浪距值。
如上所述，本发明的越浪形态观测方法及系统，具有以下有益效果：
1、该越浪形态观测系统通过摄像头适时捕捉越浪形态，并通过三维坐标系统及后期配套图像分析软件相结合，能够直观准确定出越浪三要素，即溅浪距离、高度及宽度，解决了越浪的随机且难于定量分析问题，同时该观测系统也便与安装与维护。
2、通过水平网格标尺与竖直网格标尺的设置，可精确定位越浪形态的三维坐标系。
3、通过摄像头的安装，能够方便捕捉越浪形态。
4、通过路灯的安装，利于夜晚或者恶劣气候条件下摄像头能见度问题，从而较为清晰捕捉到越浪图像。
附图说明
图1显示为由X轴、Y轴、以及Z轴组成的三维坐标系。
图2显示为水平网格标尺于防浪墙上的布设示意图。
图3显示为水平网格标尺、摄像装置以及照明装置于防浪墙上的布设示意图。
图4显示为观测装置及终端视频监控系统的连接示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供一种越浪形态观测方法，具体是指基于视频空间识别技术的越浪形态观测方法，应用于由防浪墙、观测装置及测站控制系统三部分组成的观测系统中。所述方法包括以下步骤：
于越浪区域构建一防浪墙，于本实施例中，所述防浪墙为混凝土或者钢筋混凝土结构，为大堤组成部分且为最高防浪建筑物，且所述防浪墙呈围墙式构造，所述围墙式构造藉由四侧墙体围设而成。
并于所述防浪墙上的预设位置依据三维坐标系布设包括有水平网格标尺、竖直网格标尺、摄像装置、以及照明装置的观测装置；于本实施例中，所述摄像装置为摄像头，所述的摄像头藉由摄像头杆基柱通过预埋件固定在钢筋混凝土挡墙上部；所述照明装置例如为路灯等灯光设备，所述路灯藉由路灯杆基柱通过预埋件固定在钢筋混凝土挡墙上部。
于本实施例中，三维坐标系为由X轴、Y轴、以及Z轴组成的三维坐标系，其中，X轴表示横向轴，Y轴表示纵向轴，Z轴表示垂向轴，上述X轴、Y轴、以及Z轴的坐标原点为O，相应地，由原点O、X轴及Z轴构成的OXZ平面为垂向平面，由原点O、X轴及Y轴构成的OXY平面为横向或纵向平面。
于本实施例中，所述水平网格标尺沿围墙的顶部在横向和纵向上进行水平布设；所述竖直网格标尺沿围墙的顶部在垂向上进行竖直布设。
建立终端视频监控系统并通过有线或无线的方式连接所述观测装置；于本实施例中，所述观测装置可以通过有线连接所述终端视频监控系统，当然，亦可通过无线通信的方式连接终端视频监控系统，所述无线通信例如为WIFI和3G网络等通信方式。
分别依据所述水平网格标尺及竖直网格标尺的网格点于所述终端视频监控系统中建立系统测量的基准数据；于本实施例中，在OXZ平面和OXY平面分别搭建竖直网格标尺、水平网格标尺，系统先采集到带有网格的背景图，然后将网格点作为系统测量的基准数据。
所述观测装置观测到越浪时将其撷取的视频图像数据传输至所述终端视频监控系统中进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数。
当需要测量浪高数据时，系统先下载视频文件，然后打开该视频文件，逐帧定位到该波浪最高点位置，再利用浪高定位工具在OXZ平面选取样点，计算该样点落在哪个网格点，然后利用映射算法即可计算浪高值。于本实施例中，当测量所述浪高数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪的最高点位置，依据竖直网格标尺在所述三维坐标系中撷取一垂向平面并选取样点，计算该样点对应的网格点，再利用映射算法计算出浪高值。
计算浪宽数据时，需要在OXY平面采集浪覆盖范围的左右两个点，然后利用网格计算每个点与坐标原点的X轴映射距离，最后将映射距离相减即得到浪宽数据。于本实施例中，当测量所述浪宽数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一横向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的左、右两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的横向映射距离，最后将两个横向映射距离相减得出浪宽值。
计算浪距数据方法是在OXY平面选择浪最大距离的样点，然后利用三维映射算法将该点映射到Y轴即可得到浪距数据。于本实施例中，当测量所述浪距数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一纵向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的前、后两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的纵向映射距离，最后将两个纵向映射距离相减得出浪距值。
本发明提供一种越浪形态观测方法通过摄像头适时捕捉越浪形态，并通过三维坐标系及后期配套图像分析相结合，能够直观准确定出越浪三要素，即溅浪距离、高度及宽度，解决了越浪的随机且难于定量分析问题，同时该观测系统也便与安装与维护。
本发明还提供一种越浪形态观测系统，具体是指基于视频空间识别技术的越浪形态观测系统，请参阅图1至图4。图1显示为由X轴、Y轴、以及Z轴组成的三维坐标系；图2显示为水平网格标尺于防浪墙上的布设示意图；图3显示为水平网格标尺、摄像装置以及照明装置于防浪墙上的布设示意图；图4显示为观测装置及终端视频监控系统的连接示意图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图所示，所述系统包括：防浪墙21、观测装置以及终端视频监控系统41。
所述防浪墙21构建于一越浪区域；于本实施例中，所述防浪墙21为混凝土或者钢筋混凝土结构，为大堤组成部分且为最高防浪建筑物，且所述防浪墙21呈围墙式构造，所述围墙式构造藉由四侧墙体围设而成。
所述观测装置设置于所述防浪墙21上的预设位置，包括摄像装置33、照明装置34、以及依据三维坐标系布设的水平网格标尺31及竖直网格标尺32；用于观测到越浪时将其撷取的视频图像数据输出；于本实施例中，所述摄像装置33为摄像头，所述的摄像头藉由摄像头杆基柱22通过预埋件固定在钢筋混凝土挡墙上部；所述照明装置34例如为路灯等灯光设备，所述路灯藉由路灯杆基柱23通过预埋件固定在钢筋混凝土挡墙上部。
于本实施例中，三维坐标系为由X轴、Y轴、以及Z轴组成的三维坐标系，其中，X轴表示横向轴，Y轴表示纵向轴，Z轴表示垂向轴，上述X轴、Y轴、以及Z轴的坐标原点为O，相应地，由原点O、X轴及Z轴构成的OXZ平面为垂向平面，由原点O、X轴及Y轴构成的OXY平面为横向或纵向平面。
于本实施例中，所述水平网格标尺31沿围墙的顶部在横向和纵向上进行水平布设；所述竖直网格标尺32沿围墙的顶部在垂向上进行竖直布设。
所述终端视频监控系统41通过有线或无线的方式连接所述观测装置，于本实施例中，所述观测装置可以通过有线连接所述终端视频监控系统41，当然，亦可通过无线通信的方式连接终端视频监控系统41，所述无线通信例如为WIFI和3G网络等通信方式。
所述终端视频监控系统41用于分别依据所述水平网格标尺31及竖直网格标尺32的网格点于所述终端视频监控系统41中建立系统测量的基准数据；于本实施例中，在OXZ平面和OXY平面分别搭建竖直网格标尺32、水平网格标尺31，系统先采集到带有网格的背景图，然后将网格点作为系统测量的基准数据。
所述终端视频监控系统41用于对所述观测装置撷取的视频图像数据进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数。
当需要测量浪高数据时，系统先下载视频文件，然后打开该视频文件，逐帧定位到该波浪最高点位置，再利用浪高定位工具在OXZ平面选取样点，计算该样点落在哪个网格点，然后利用映射算法即可计算浪高值。于本实施例中，当测量所述浪高数据时，所述终端视频监控系统41依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪的最高点位置，依据竖直网格标尺32在所述三维坐标系中撷取一垂向平面并选取样点，计算该样点对应的网格点，再利用映射算法计算出浪高值。
计算浪宽数据时，需要在OXY平面采集浪覆盖范围的左右两个点，然后利用网格计算每个点与坐标原点的X轴映射距离，最后将映射距离相减即得到浪宽数据。于本实施例中，当测量所述浪宽数据时，所述终端视频监控系统41依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺31在所述三维坐标系中撷取一横向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的左、右两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的横向映射距离，最后将两个横向映射距离相减得出浪宽值。
计算浪距数据方法是在OXY平面选择浪最大距离的样点，然后利用三维映射算法将该点映射到Y轴即可得到浪距数据。于本实施例中，当测量所述浪距数据时，所述终端视频监控系统41依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺31在所述三维坐标系中撷取一纵向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的前、后两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的纵向映射距离，最后将两个纵向映射距离相减得出浪距值。
本发明提供一种越浪形态观测系统通过摄像头适时捕捉越浪形态，并通过三维坐标系及后期配套图像分析相结合，能够直观准确定出越浪三要素，即溅浪距离、高度及宽度，解决了越浪的随机且难于定量分析问题，同时该观测系统也便与安装与维护。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种越浪形态观测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
于越浪区域构建一防浪墙，并于所述防浪墙上的预设位置依据三维坐标系布设包括有水平网格标尺、竖直网格标尺、摄像装置、以及照明装置的观测装置；以及建立终端视频监控系统并通过有线或无线的方式连接所述观测装置；
分别依据所述水平网格标尺及竖直网格标尺的网格点于所述终端视频监控系统中建立系统测量的基准数据；以及
所述观测装置观测到越浪时将其撷取的视频图像数据传输至所述终端视频监控系统中进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数。
2.根据权利要求1所述的越浪形态观测方法，其特征在于：所述摄像装置以及照明装置分别藉由预埋件固定于所述防浪墙的顶部。
3.根据权利要求1所述的越浪形态观测方法，其特征在于：所述防浪墙呈围墙式构造，所述水平网格标尺沿围墙的顶部在横向和纵向上进行水平布设；所述竖直网格标尺沿围墙的顶部在垂向上进行竖直布设。
4.根据权利要求1所述的越浪形态观测方法，其特征在于：当测量所述浪高数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪的最高点位置，依据竖直网格标尺在所述三维坐标系中撷取一垂向平面并选取样点，计算该样点对应的网格点，再利用映射算法计算出浪高值。
5.根据权利要求1所述的越浪形态观测方法，其特征在于：当测量所述浪宽数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一横向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的左、右两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的横向映射距离，最后将两个横向映射距离相减得出浪宽值。
6.根据权利要求1所述的越浪形态观测方法，其特征在于：当测量所述浪距数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一纵向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的前、后两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的纵向映射距离，最后将两个纵向映射距离相减得出浪距值。
7.一种越浪形态观测系统，其特征在于，所述系统包括：
防浪墙，构建于一越浪区域；
观测装置，设置于所述防浪墙上的预设位置，包括摄像装置、照明装置、以及依据三维坐标系布设的水平网格标尺及竖直网格标尺；用于观测到越浪时将其撷取的视频图像数据输出；以及
终端视频监控系统，通过有线或无线的方式连接所述观测装置，用于分别依据所述水平网格标尺及竖直网格标尺的网格点于所述终端视频监控系统中建立系统测量的基准数据；以及用于对所述观测装置撷取的视频图像数据进行视频图像处理，并计算出包括浪高数据、浪宽数据、以及浪距数据的越浪形态参数。
8.根据权利要求7所述的越浪形态观测系统，其特征在于：所述摄像装置以及照明装置分别藉由预埋件固定于所述防浪墙的顶部。
9.根据权利要求7所述的越浪形态观测系统，其特征在于：所述防浪墙呈围墙式构造，所述水平网格标尺沿围墙的顶部在横向和纵向上进行水平布设；所述竖直网格标尺沿围墙的顶部在垂向上进行竖直布设。
10.根据权利要求7所述的越浪形态观测系统，其特征在于：当测量所述浪高数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪的最高点位置，依据竖直网格标尺在所述三维坐标系中撷取一垂向平面并选取样点，计算该样点对应的网格点，再利用映射算法计算出浪高值。
11.根据权利要求7所述的越浪形态观测系统，其特征在于：当测量所述浪宽数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一横向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的左、右两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的横向映射距离，最后将两个横向映射距离相减得出浪宽值。
12.根据权利要求7所述的越浪形态观测系统，其特征在于：当测量所述浪距数据时，所述终端视频监控系统依据所述观测装置撷取的视频图像数据逐帧定位波浪图像，依据水平网格标尺在所述三维坐标系中撷取一纵向平面，并在所述横向平面中撷取波浪覆盖范围的前、后两个样点，计算该两个样点分别对应的网格点，利用各网格点计算出各样点与坐标原点的纵向映射距离，最后将两个纵向映射距离相减得出浪距值。
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