一种用于边坡的监测方法及监测系统与流程

本发明涉及公路边坡监测，更具体地，涉及一种用于边坡的监测方法及监测系统。

背景技术：

1、近几年，随着智能化技术、信息化水平的不断跃升，高速公路边坡监测与灾害预警领域涌现出众多新视角和新思路。这些创新技术不仅提升了边坡监测的效率和精度，更为高速公路的安全运营提供了坚实的技术保障。在边坡监测技术方面，对复杂环境的适应能力尤为关键。高速公路边坡往往处于地形复杂、气候多变的自然环境中，因此，边坡监测技术必须具备强大的环境适应性，才能确保在各种条件下都能准确、稳定地运行。此外，边坡变形的量化分析也成为研究的热点。通过对边坡位移、变形速率等关键参数的精确测量和量化分析可以更深入地了解边坡的变形规律，为灾害预警提供更为科学的依据。

2、通过高清摄像头和图像处理技术，可以实时获取边坡的实景视频，直观地观察和分析边坡的形态、变形、裂缝等特征。这不仅提高了监测的直观性和准确性，还为灾害预警提供了更为丰富的信息。然而，尽管图像分析技术在边坡监测中发挥了重要作用，但其精度问题仍然不容忽视。由于边坡的变形是一个缓慢且持续的过程，现有监测图像在转换和处理过程中往往会产生误差，导致一些明显图像变化产生的位移变形特征未能被及时发现。这不仅影响了监测的准确性，还可能给高速公路的安全运营带来潜在风险。为了解决这一问题，现有技术通过优化图像处理算法，减少图像转换过程中的误差；或者采用更先进的相机和传感器，提高图像的质量和分辨率。然而，这些方法往往需要增加监测设备的数量和复杂度，例如常见的是通过采集设备与监测点位对应的方式，在大范围的监测中，每增加一个监测点就需要多增加一套采集设备，导致监测成本的提升。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种用于边坡的监测方法及监测系统，用于解决现有边坡监测精确度不足，成本高的问题。

2、本发明采取的技术方案是，一种用于边坡的监测方法，包括以下步骤：在边坡上设置若干个靶标；在靶标的靶面建立坐标系，获取靶标的世界坐标；获取包含各个靶面的图像，在图像上建立像素坐标系；通过靶标在像素坐标中的变化，获取靶标在世界坐标中的位移；通过靶标的位移控制边坡预警的触发。

3、步骤“获取包含各个靶面的图像，在图像上建立像素坐标系”具体为：对靶面上的任意点的世界坐标进行刚体变换，转换为采集坐标；对采集坐标进行透视投影，转换成图像坐标；将图像坐标进行二次转换，从而获取像素坐标。

4、设为旋转矩阵，为平移矩阵，为0矩阵，世界坐标的点通过变换矩阵转换为采集坐标上的点；

5、设为焦距，采集坐标上的点通过变换矩阵转换为图像坐标上的点；

6、设，为像素点在的物理尺寸，像素坐标上的点通过变换矩阵转换为像素坐标上的点；

7、世界坐标与像素坐标的关系式为：，其中，像素的坐标为；世界坐标中的坐标值为，为比例因子，为像素坐标系的中心。

8、步骤“获取靶标在世界坐标中的位移”后，还包括以下步骤：在图像的视觉范围内设置锚固靶标；通过锚固靶标获取修正参数；通过修正参数修正位移数据。

9、步骤“通过靶标的位移控制边坡预警的触发”，具体为：在时间内连续获取个图像；

10、从个图像中获取靶标在世界坐标中的位移变化；位移变化包括：轴的变化和轴的变化；靶标的轴的变化为，靶标的轴的变化为；获取轴的幅值=，轴的幅值，；获取幅值的极差，；设预警阈值，当和/或，且；

11、获取局部斜率，，其中为或，为时间；

12、若，作出预警。

13、进一步，提供一种用于边坡的监测系统，包括单目图像采集器，多个监测靶标、控制主机和储存器； 所述监测靶标分散设于所需监测的边坡上，所述监测靶标的靶面设有监测点；所述单目图像采集器，固定在所需监测的边坡外，且将所有监测靶标框于自身的视场范围内，用于获取数字图像；控制主机，建立各监测点在数字图像中的像素坐标，根据监测点在像素坐标中的位移变化获取监测靶标的位移变化，实现边坡的监控和预警。

14、所述监测靶标的靶面包括：第一单元和第二单元；所述第一单元和第二单元采用一对反差色；所述第一单元和所述第二单元在所述靶面采用不规则分布，以使得在像素坐标中的监测点随任意位移的变化而变化。

15、监测系统还包括锚固靶标；所述锚固靶标设于边坡外且位于所述单目图像采集器和所述监测靶标之间；所述锚固靶标位于所述单目图像采集器的视场范围内；所述单目图像采集器正对所述锚固靶标；所述单目图像采集器与所述锚固靶标的距离小于所述单目图像采集器与所述监测靶标的距离。

16、监测系统还包括补光设备；所述补光设备采用波长为800nm至900nm的阵列红外光源，所述阵列红外光源与所述单目图像采集器的朝向一致。

17、所述监测靶标包括靶板、靶杆和固定基础，所述固定基础通过混凝土制成，所述固定基础四周还设有围绕所述固定基础而设的除草布

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：能够同时进行边坡上多点的监测，根据实际情况灵活布设监测点的位置，通过较低的成本实现边坡的大范围监测。所获取的监测数据能直接关联边坡的位移，在应对正在发生的预警时，还能根据采集的图像直接观测边坡的真实状态。区别于间接的监测数据，无需二次进行现场的排查，有效减少边坡监测的运维成本和人力成本。通过加装特定的补光设备，有效解决了大范围监测，容易发生光照度不足，导致无法准确识别靶标的问题。并通过不规则靶面的设计，加装除草布等方式优化了目前单目视觉监测系统在实际工程实施过程出现的问题。为了进一步提高数据的精度，创新地将针对单目图像采集器晃动导致的监测干扰修正纳入计算之中，基于锚固靶标的同步修正，解决不可控的晃动问题。还结合实际工程预警效果，提供了一种基于时间、幅值和局部斜率的预警算法，极大的提高了预警的准确性。

技术特征：

1.一种用于边坡的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于边坡的监测方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种用于边坡的监测方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种用于边坡的监测方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种用于边坡的监测方法，其特征在于，

6.一种用于边坡的监测系统，其特征在于，包括单目图像采集器，多个监测靶标、控制主机和储存器；

7.根据权利要求6所述的一种用于边坡的监测系统，其特征在于，所述监测靶标的靶面包括：第一单元和第二单元；所述第一单元和第二单元采用一对反差色；所述第一单元和所述第二单元在所述靶面采用不规则分布，以使得在像素坐标中的监测点随任意位移的变化而变化。

8.根据权利要求6所述的一种用于边坡的监测系统，其特征在于，还包括锚固靶标；所述锚固靶标设于边坡外且位于所述单目图像采集器和所述监测靶标之间；

9.根据权利要求6所述的一种用于边坡的监测系统，其特征在于，还包括补光设备；所述补光设备采用波长为800nm至900nm的阵列红外光源，所述阵列红外光源与所述单目图像采集器的朝向一致。

10.根据权利要求6所述的一种用于边坡的监测系统，其特征在于，所述监测靶标包括靶板、靶杆和固定基础，所述固定基础通过混凝土制成，所述固定基础四周还设有围绕所述固定基础而设的除草布。

技术总结本发明涉及公路边坡监测技术领域，具体是一种用于边坡的监测方法及监测系统，监测方法包括以下步骤：在边坡上设置若干个靶标；在靶标的靶面建立坐标系，获取靶标的世界坐标；获取包含各个靶面的图像，在图像上建立像素坐标系；通过靶标在像素坐标中的变化，获取靶标在世界坐标中的位移；通过靶标的位移控制边坡预警的触发。解决现有边坡监测精确度不足，成本高的问题。实现同时进行边坡上多点的监测，根据实际情况灵活布设监测点的位置，通过较低的成本实现边坡的大范围监测。所获取的监测数据能直接关联边坡的位移，在应对正在发生的预警时，还能根据采集的图像直接观测边坡的真实状态。技术研发人员：夏叶媚,李清,李佩峻,黄震东,段杰,黄迎军,张立鹏,雷东霖,周楷,张溪受保护的技术使用者：广东交科检测有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29