武大AiFlow視頻測流產品
本項目融合深度學習算法，通過采集和合成大量的STI（space time image ）組成數據集，建立機器學習模型，無需人工輔助，智能系統自動進行圖像識別測流。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、技術分析
（1）創新性
①融合雙目攝像機測距算法，建立物體三維模型，無需人工在河流兩岸布設地面標志點；
②融合深度學習算法，通過采集和合成大量的STI（space time image ）組成數據集，建立機器學習模型，無需人工輔助，智能系統自動進行圖像識別測流；
③基于視頻智能圖像識別和水力模型深度融合技術的水位流速測量產品打破了傳統接觸式設備和PC端算法的局限性，填補了國內流量視頻在線監測領域的空白；
④全天候非接觸式實時在線測量，簡單、高效、安全。
武漢大學授權的該產品的相關發明專利：
[1].黃凱霖，陳華，劉炳義. 基于變分原理的河道表面流速計算方法及裝置[P].湖北省：ZL202111245260.1；
[2].陳華,趙浩源,劉炳義,王俊. 基于河流表面流速的河道斷面流量計算方法[P]. 湖北省：ZL202011381025.2；
[3].黃凱霖，陳華，劉維高，劉炳義，一種基于邊緣識別與最大序列密度估計的河道流速測量方法，0；
[4].趙浩源. 基于頻域濾波技術的時空圖像測流的紋理識別方法, ZL201911180498.4；
[5].黃凱霖,陳華. 一種基于深度卷積網絡與隨機場的水位測量方法[P]. 湖北省：ZL112508986A；
（2）先進性
本技術采用方法為目前行業內領先的計算機視覺圖像智能識別和水文水動力模型交叉融合的方法，自主創新，形成了擁有完整自主知識產權的武大AiFlow視頻測流技術與產品，突破了江河流量難以實現在線監測的技術瓶頸，在斷面水位、流速、流量測量方面展現出優異的性能。武大AiFlow視頻測流技術能獲得河流表面流速與流場分布，其空間分辨率能夠達到單像素水平，并且算法效率是常規算法的10倍以上，滿足流量在線監測的需求。
成果獲得2021年湖北省第四屆“工友杯”職工創業創新大賽“十佳創新獎”，已申請國際發明專利2項，出版專著1本，發表論文10余篇，代表性成果如下：
成果獲獎：
[1].陳華，武漢大學AIFlow視頻測流產品，2021年湖北省第四屆“工友杯”職工創業創新大賽“十佳創新獎”。
受理的國際發明專利：
[1].Kailin Huang; Hua Chen.Water level measurement method based on deep convolutional network and random field, 2021-11-26, 澳大利亞, 2021277762-59092AU；
[2].Kailin Huang; Hua Chen. Method and device for calculating river surface flow velocity based on variational principle , 2022-03-09, 美國, CN20220302US；
代表性論文：
[1].Kailin Huang, Hua Chen*,Tianyuan Xiang, Yunfa Lin, Bingyi Liu, Jun Wang, Dedi Liu, Chong-Yu Xu. (2022). A photogrammetry-based variational optimization method for river surface velocity measurement. Journal of Hydrology. 605. doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.127240.
[2].Zhao, H. Y., Chen, H.*,Liu, B. Y., Liu, W. G., Xu, C. Y., Guo, S. L., & Wang, J. (2021). An improvement of the Space-Time Image Velocimetry combined with a new denoising method for estimating river discharge. Flow Measurement and Instrumentation, 77. doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2020.101864
代表性專著：
[1].陳華，趙浩源，黃凱霖，劉炳義，王俊，基于圖像智能識別的河流流量計算方法，電子工業出版社，2022
（3）獨占性
圖像識別測流技術在國內尚處于起步階段，目前國內研究的機構主要包括河海大學、武漢大學、天地偉業公司等。
河海大學計算機學院主要研究方向之一為智能視頻監控與水利量測，已經在國內外期刊發表多項相關研究成果，目前尚未形成面向市場的產品。
天地偉業自主研發基于視頻AI的測流產品于2020年8月份在第十二屆中國水文水資源技術與裝備展覽會正式發布，但天地偉業該產品目前以試點項目為主，且未對外公開相關機構的比測結果。
武漢大學研發的武大AiFlow視頻測流第一代產品于2021年6月中國水博會正式對外發布。該產品創新性地將計算機視覺圖像智能識別與水文水動力過程模型相融合，通過高精度攝像頭獲取水流表面波紋相關時空圖像數據，利用設置在后端計算機或外端邊緣計算終端里的圖像識別與人工智能算法計算水體表面實時流速值，結合水位-流速-流量耦合算法實時測算斷面平均流速和流量。第一代產品已經實現面向水文站、灌區的實時在線監測，產品已經在南水北調渠首陶岔水文站、長江委崇陽水文站、淠史杭灌區橫排頭水文站以及欒川重大自然災害試點投入使用，并獲得長江委水文局比測報告，比測結果表明產品測量誤差小于5%，滿足一級水文站測驗要求。此外該產品已經在貴州省水文局正式投入商用。
武漢大學
2022-08-15
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