水库入库流量的计算方法、装置、电子设备和存储介质

1.本技术涉及水文监测的技术领域，尤其涉及水库入库流量的计算方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.水库的入库流量数据是掌握水库水资源现状及其变化规律的重要基础资料，获得准确的入库流量数据对水库防洪决策等综合调度具有重要的意义。水库入库流量由回水末端干支流汇流、库区陆面入流和库面降雨产流组成。根据入库流量的组成可以看出，入库流量不同于坝址断面流量，不能通过直接测量得到，需要结合一定的计算方法求解。
3.相关技术中对入库流量计算方法，较为广泛使用的是水量平衡法和流量合成法。其中，水量平衡法是一种根据坝前水位、水位-库容曲线、出库流量等资料间接推算入库流量的方法，为绝大多数水库所采用。流量合成法是一种将水库回水末端干支流入流、库区陆面入流和库面降雨入流实测值进行叠加、演算以得到入库流量的方法，符合入库流量的定义且计算结果合理。
4.以上相关技术中，入库流量计算方法的计算精度有待提高。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供水库入库流量的计算方法、装置、电子设备和存储介质，计算精度较高。
6.第一方面，本技术提供一种水库入库流量的计算方法，包括：配置水库最大回水区末端干支流、库区陆面入流所对应的测流断面；针对所述测流断面对应的图像，根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，以由所述断面流量获得入库演进流量；根据库面降雨产流量和所述入库演进流量，得到水库入库流量。
7.可选地，所述配置水库最大回水区末端干支流、库区陆面入流所对应的测流断面，包括：以水库校核洪水位界定出基准水位控制线；比较水库数字地形各栅格处高程与所述水位控制线之间的高低关系，得到水库最大回水区；根据河道与回水区的交点，确定所述最大回水区对应的干支流和库区陆面入流断面。
8.可选地，所述根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，包括：在所述图像中沿水流方向设置测速线；堆叠所述测速线观测像素，逐帧提取每条测速线的灰度信息以合成所述测速线的时空图像；基于频域滤波技术得到所述时空图像中灰度变化呈现出的带状纹理；
根据所述带状纹理与竖直方向所夹的纹理角得到表面流速v，以由所述流速得到所述断面流量。
9.可选地，所述根据所述带状纹理与竖直方向所夹的纹理角得到表面流速v，按照以下公式进行：；其中，表示图像中像素代表的实际距离，fps表示相机的帧速率。
10.可选地，所述由所述断面流量得到入库演进流量，具体为：基于预置的入库演进模型，由所述断面流量得到入库演进流量。
11.可选地，所述预置的入库演进模型为按照以下方式所构建：以水库死水位为下限、校核洪水位为上限，等距拟定水库n级水位；根据水位对应的水库回水区范围确定各测流断面的入库位置，通过马斯京根模型建立各测流断面的入库演进模型，模型参数根据入库距离和河道特征估算，生成各级水位对应的入库演进模型参数方案。
12.可选的，所述马斯京根模型计算公式为：可选的，所述马斯京根模型计算公式为：其中，k和x为马斯京根模型参数，s为河道槽蓄量，t为时间，i为测流断面流量， 为入库位置断面流量。
13.可选地，所述库面降雨产流量的具体获得方式为：通过“空天地”多源感知数据根据蒸发和/或渗漏损失得到库面降雨量。
14.第二方面，本技术提供一种水库入库流量的计算装置，所述装置包括：配置模块，用以配置水库最大回水区末端干支流、库区陆面入流所对应的测流断面；第一获得模块，用以针对所述测流断面对应的图像，根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，以由所述断面流量得到入库演进流量；第二获得模块，用以根据库面降雨产流量和所述入库演进流量，获得水库入库流量。
15.第三方面，本技术提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
16.第四方面，本技术提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
17.上述水库入库流量的计算方法、装置、电子设备和存储介质，针对测流断面对应的图像，根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，相比相关技术中的水量平衡法而言，能
有效避免计算入库流量时各种中间误差的累积、放大作用影响，从而有效提高入库流量计算精度。
18.此外，上述水库入库流量的计算方法、装置、电子设备和存储介质，是一种非接触式流量测量方法，克服了传统测流方法高洪期测流困难、测验成本高等问题，满足了入库流量测算工作的实时性、稳定性与准确性要求，能有效提升水库自动化监测水平。
附图说明
19.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
20.图1为本技术实施例提供水库入库流量计算方法的流程示意图。
21.图2为本技术实施例的测流断面的配置的示意图。
22.图3为本技术实施例提供的水库入库流量计算装置的框架结构图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
27.在介绍本技术的技术方案之前，有必要阐述下本技术的发明创造的创立背景。
28.相关技术对水库入库流量较为典型的代表是水量平衡法和流量合成法。其中，水量平衡法是一种根据坝前水位、水位-库容曲线、出库流量等资料间接推算入库流量的方法，为绝大多数水库所采用。流量合成法是一种将水库回水末端干支流入流、库区陆面入流和库面降雨入流实测值进行叠加、演算以得到入库流量的方法，符合入库流量的定义且计算结果合理。
29.本发明人经过研究发现，上述相关技术主要存在的问题包括：（1）计算精度低。水量平衡法是间接计算方法，易受动库容、库水位波动和库容曲线误差等一系列因素的影响，误差的累积、放大作用较明显，得到的流量过程线往往存在明显的锯齿状震荡；（2）技术难度和测验成本高。流量合成法需要充足的监测资料，但由于干支流和区间陆面入流的随机性和不确定性，以及高昂的建站成本和维护费用，大多数水库缺乏先进的测流技术和完备的测流体系；（3）实时性和稳定性低。对于一些测站布设情况较好的水库，往往仍在采用传统的接触式测流方法进行测流作业，作业效率较低下，高洪期施测难度也较大。
30.本发明人意外地发现，鉴于视频测流技术是一类基于计算机视觉的新型非接触式流量测量方法，即主要通过在河岸一侧架设相机，利用相机拍摄的水面视频图像来分析水流示踪物运动矢量的大小。该技术克服了详见技术接触式测流方法的缺点，可以简单、快速、高效、安全地测量断面流速和流量，尤其使得高洪时期的测量工作成为可能，同时相比传统建站大大降低了成本。在此意外地技术启发下，视频测流技术可为提高入库流量计算精度和提升水库自动化监测水平提供技术支撑。由此创立了本发明创造。
31.请参阅图1，为本技术实施例水库入库流量计算方法的流程示意图，本技术实施例的执行主体可以是用户设备，也可以是服务器等不限于此。该方法包括以下步骤：s102、配置水库最大回水区末端干支流、库区陆面入流所对应的测流断面。
32.请结合图2。关于测流断面的配置的具体方式，合适但非限制性的实现方式包括：以水库校核洪水位界定出基准水位控制线；比较水库数字地形各栅格处高程与上述水位控制线之间的高低关系，得到水库最大回水区；根据河道与回水区的交点，确定上述最大回水区对应的干支流和库区陆面入流断面。
33.当然，上述所列举出的测流断面仅仅是一种较好的参考方式，并非绝对性地是否可实施本技术方案的方式。
34.s104、针对上述测流断面对应的图像，根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，以由上述断面流量获得入库演进流量。
35.这里，容易理解的是，测流断面对应的图像可以通过图像采集设备来获得，图像采集设备可采用本领域常见的形式。
36.然而，基于采集图像的信号传输等集成化效果之考虑，图像采集设备具体可以包括：前端硬件设备：视频摄像头、固定支架、视频存储设备、视频传输设备、设备供电、防水箱、辅材配件，前端硬件设备主要安装在控制断面的岸边，将采集的水面视频影像通过网络传输至监控后台，经过后台分析处理设备实现流速测量；后台分析处理设备：后台监控主机和视频测流软件，将前端传输过来的测流视频通过时空图像算法进行解析、计算得到断面流量；网络系统：本地网络和远程网络，网络系统通过光纤或网线、交换机及路由器，将前端视频设备和后台监控设备连接，将前端采集的水面图像传输至后台进行处理。
37.时空图像识别规则系本领域所熟知的方法来实施。可列举一种时空图像识别的具体操作细节，具体而言，根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，可以包括：
在上述图像中沿水流方向设置测速线；堆叠上述测速线观测像素，逐帧提取每条测速线的灰度信息以合成上述测速线的时空图像；基于频域滤波技术得到上述时空图像中灰度变化呈现出的带状纹理；根据上述带状纹理与竖直方向所夹的纹理角得到表面流速v，以由上述流速得到上述断面流量。
38.需要注意的是，上述根据所述带状纹理与竖直方向所夹的纹理角得到表面流速v，可以按照以下公式进行：；其中，表示图像中像素代表的实际距离，fps表示相机的帧速率。
39.应当知晓的是，入库演进流量是断面流量得到。
40.上述由所述断面流量得到入库演进流量，可以具体为：基于预置的入库演进模型，由所述断面流量得到入库演进流量预置的入库演进模型可以为本领域公知的形式，例如马斯京根模型、水动力学模型等不限于此。
41.至于根据入库演进模型得到入库演进流量的具体方式为所属领域技术人员惯常操作，例如，具体而言，在预先建立上述基于水库多级特征水位的河道演进模型后，根据坝前实时水位与水库多级特征水位的关系选配最适模型参数，即通过判断与坝前水位值最接近的特征水位，以该特征水位对应的模型参数作为当前演算参数，计算各断面的入库演进流量。
42.下面可简单介绍一种入库演进模型的构建方法，基于更精确地计算结果之目的考虑，具体为：以水库死水位为下限、校核洪水位为上限，等距拟定水库n级水位；根据水位对应的水库回水区范围确定各测流断面的入库位置，通过马斯京根模型建立各测流断面的入库演进模型，模型参数根据入库距离和河道特征估算，生成各级水位对应的入库演进模型参数方案。
43.此处，马斯京根模型计算公式为：此处，马斯京根模型计算公式为：其中，k和x为马斯京根模型参数，s为河道槽蓄量，t为时间，i为测流断面流量，o为入库位置断面流量。
44.s106、根据库面降雨产流量和上述入库演进流量，得到水库入库流量。
45.库面降雨产流量通常可以通过由库面降雨量所获得。具体而言，从“空天地”多源
感知数据获得库面降雨量；根据库面降雨量，以及蒸发和/或渗漏损失得到库面降雨量。
46.此处，从“空天地”多源感知数据涵盖降雨卫星、数值模型、气象雷达等已知形式。
47.容易想到的是，上述“根据库面降雨量，以及蒸发和/或渗漏损失得到库面降雨量”的具体操作为，采集降雨卫星、数值模型、气象雷达等多源降雨感知数据，将结果插值到水库当前回水区域栅格上，然后结合地面雨量站的实测降雨数据对结果进行校正，得到库面实时降雨量，扣除蒸发、渗漏损失后转化为库面降雨产流量。
48.已为所属领域技术所广泛了解的是，水库入库流量的定义为库面降雨产流量、入库演进流量之和。基于此水库入库流量的概念，入库流量合成法的计算公式容易想到的是：其中，为入库流量，为干支流断面演进流量，为区间陆面入流断面演进流量，为库面降雨产流量。
49.为了进一步说明本技术实施例上述方法与水量平衡法两者在珠江流域某水库的入库流量计算结果进行了对比发现，水量平衡法计算结果震荡严重、计算误差较大，而本技术上述方法的入库流量计算结果更加平滑，这充分证实了本技术的计算精度明显更高。
50.请参阅图3。本技术实施例水库入库流量的计算装置，上述装置包括：配置模块202，用以配置水库最大回水区末端干支流、库区陆面入流所对应的测流断面；第一获得模块204，用以针对上述测流断面对应的图像，根据预置的时空图像识别规则获得断面流量，以由上述断面流量得到入库演进流量；第二获得模块206，用以根据库面降雨产流量和上述入库演进流量，获得水库入库流量。
51.鉴于上述计算装置与前述方法存在一一对应关系，即上述计算装置所涉及的各模块的功能由前述方法所包括的步骤可以对应，此部分不再赘述。
52.本技术实施例提供一种电子设备，该电子设备包括通过系统总线连接的处理器和存储器。其中，该处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个电子设备的运行。存储器可包括非易失性存储介质及内存储器。非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该计算机程序可被处理器所执行，以用于实现以下各个实施例所提供的一种图像生成方法。内存储器为非易失性存储介质中的操作系统计算机程序提供高速缓存的运行环境。该电子设备可以是手机、平板电脑或者个人数字助理或穿戴式设备等。
53.本技术实施例中提供的图像生成装置中的各个模块的实现可为计算机程序的形式。该计算机程序可在终端或服务器上运行。该计算机程序构成的程序模块可存储在终端或服务器的存储器上。该计算机程序被处理器执行时，实现本技术实施例中所描述方法的步骤。
54.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质。一个或多个包含计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，当计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，
使得处理器执行图像生成方法的步骤。
55.本技术实施例所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。合适的非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom (eprom)、电可擦除可编程rom (eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram (sram)、动态ram (dram)、同步dram (sdram)、双数据率sdram (ddr sdram)、增强型sdram (esdram)、同步链路(synchlink) dram (sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram (drdram)、以及存储器总线动态ram (rdram)。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。