基于GPRS的黄河冰凌图像远程测报系统设计

摘要

本课题是在2009年度高等学校博士学科点博导类专项科研基金项目(20091402110004)和2009年山西省研究生优秀创新项目(800104021 00171)资助下进行的一项技术应用研究。
　　 针对黄河中上游冰凌灾害预报系统的建设，本课题研究通过采用特定的技术手段，在黄河冰凌汛期远程获取河道现场实时冰凌图像信息，通过特定图像数据处理进一步获得河面冰凌分布密度和冰凌流速等凌情重要参数，从而为黄河凌汛预警和防凌管理部门提供决策依据。
　　 为实现这一目的，论文提出利用CCD摄像机采集黄河河道的现场冰凌图像数据，通过GPRS图像数据传输技术实现现场图像数据的无线远程传送，在图像数据处理中心通过专用冰凌图像处理软件对获得的数据进行处理和标定，从而获取黄河河道的实时冰凌分布密度和冰凌流速的技术方案。
　　 为了实现这一技术方案，本论文从四个方面进行了理论和实验研究：
　　 (1)基于Matlab的数字图像处理工具箱IPI的可行性仿真试验：首先利用Matlab的IPT工具箱在实验室条件下，对已有的黄河冰凌图片进行处理，从而验证通过数字图像处理方法获取黄河冰凌分布密度和冰凌流速等参数的方案是可行的。
　　 (2)摄像机标定实验：由于要进行图像的相关测量，摄像机标定的准确性直接关系到了最后测量结果的精度。论文提出在系统设计初期，前端冰凌图像采集装置采有单CCD摄像机固定位置测量系统，而暂不采用云台控制，从而减小在前期的摄像机标定任务工作量。
　　 (3)基于华为核心通讯模块GTM900C的GPRS数据传送实验。
　　 (4)上位机图像的接收解码和冰凌图像处理方法的效果最优实验。
　　 在理论研究与实验室试验的基础上，作者与课题小组共同设计了“GPRS黄河冰凌图像测报处理系统”，2009．12—2010．3采用该系统在内蒙黄河头道拐水文站黄河断面进行了三个月的连续试验，完整观测了黄河河道封河和开河的全过程，获取了大量的黄河冰凌图像数据。对工程试验和获取数据的分析表明，在恶劣的野外工作环境下“GPRS黄河冰凌图像测报处理系统”工作稳定、运行可靠，能够实现冰凌图像的无线远程传送，所编制的冰凌图像处理软件可以准确地获得河道的冰凌分布密度参数，取得了较好的效果。从试验中也发现新系统还存在一些问题。如：
　　 (1)由于当前GPRS传输速率的瓶颈，视频图像流不很流畅。
　　 (2)由于图像匹配算法的复杂性，冰凌流速参数还不能稳定正确获得。
　　 作者对这些问题的解决也提出了一些想法和建议，如关于GPRS传送图像数据速率慢，但是随着3G网络覆盖范围的不断完善，这一一问题必将得到解决；对于冰凌图像匹配失准，导致冰凌流速参数获取存在困难，作者尝试使用基于BP神经网络遗传算法对黄河冰凌图像进行相关匹配仿真实验，从目前的实验结果来看，可以有效地解决冰凌流速问题。作者相信随着课题研究的深入，这些问题完全可以得到解决。

目录

第一章绪论

第二章冰凌图像处理的原理研究

第三章基于GPRS的黄河冰凌罔像远程测报系统的硬件电路设计

第四章基于GPRS的黄河冰凌图像远程测报系统的软件设计

第五章冰凌图像测报系统的试验应用与数据分析

第六章总结与展望

参考文献

附录1冰凌图像远程测报系统在黄河头道拐河道测试数据

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文、科研及获奖情况

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