公路工程山体滑坡安全监测装置

本发明属于公路工程山体监测，尤其涉及一种公路工程山体滑坡安全监测装置。

背景技术：

1、山体滑坡是岩石在重力作用下发生的坍塌现象，它经常发生在山区较陡的地方。山体滑坡发生后的石块、土块会对临近的公路造成安全隐患。

2、现有的山体滑坡监测方法有重力测量法、地下水位监测法等，现有的山体滑坡监测方法由于考虑的因素相对单一，没有配合视觉设备进行结合分析，一些潜在的山体滑坡风险不能被及时发现，无法实现山体滑坡的准确监测。

技术实现思路

1、本发明提供一种公路工程山体滑坡安全监测装置，旨在解决现有的山体滑坡监测方法由于考虑的因素相对单一，没有配合视觉设备进行结合分析，一些潜在的山体滑坡风险不能被及时发现，无法实现山体滑坡的准确监测的问题。

2、本发明是这样实现的，一种公路工程山体滑坡安全监测装置，包括：

3、若干组标定杆，所述标定杆埋设在待监测的山体上；

4、数据采集单元，所述数据采集单元包括激光雷达、视觉设备、陀螺仪及水分测量仪，所述水分测量仪采集山体的水分数据q，所述激光雷达获取距离m；所述陀螺仪测量标定杆倾斜角度n和水平面上岩层偏移方向变化量w；

5、图像分析单元和数据分析单元，所述数据分析单元根据数据采集单元汇总的数据计算出山体变化率x，所述图像分析单元则通过对比前后特征点比率结合山体变化率x计算出最终的风险等级y。

6、优选地，所述风险等级y通过山体变化率和图像分析单元输出两组比率数据βⅰ和βⅱ；

7、y＝(xβⅰ△qh+xβⅱ△qh)/h

8、式中，h为一定时间，所述△q为该时间段内水分变化数据，所述x同样为该时间内的山体变化率，而所述βⅰ和βⅱ对比时间起点和终点的图像特征获得的比率数据。

9、优选地，所述图像分析单元基于orb特征提取算法，提取相邻图像帧的待匹配图像的orb特征点和orb特征点描述子，并根据所述orb特征点和orb特征点描述子，对相邻图像帧的待匹配图像进行粗匹配，构建orb特征点匹配集合。

10、优选地，所述orb特征点匹配集合中每一匹配的两个orb特征点进行灰度差值计算，通过设置灰度差值阈值的方式过滤掉不符合要求的两个orb特征点后构建初级特征点匹配集合，计算出初级特征点匹配集合与orb特征点匹配集合之间数量百分比数据βⅰ。

11、优选地，所述初级特征点匹配集合中每一匹配的两个orb特征点，在对应的所述待匹配图像中，分别以orb特征点为中心，获取该orb特征点在x轴方向上和y轴方向上相邻四个像素的灰度值；分别计算两个orb特征点相同位置上，相邻像素的灰度值之间的灰度值差值；将各灰度值差值的平方求和，得到表征两个所述orb特征点的相似性的欧式灰度值，同样设置欧式灰度值阈值滤掉不符合要求的两个orb特征点后构建高级特征点匹配集合，计算出高级特征点匹配集合与orb特征点匹配集合之间数量百分比数据βⅱ。

12、优选地，所述山体变化率x的表达式如下：

13、

14、其中，x为待监测山体的一定时间h内山体数据变化率，δn为待监测山体的山体数据变化量，δn＝[(m1h-m10)a1+(n1h-n10)a2]，m1h和m10分别为经过一定时间h后的1号点位与激光雷达的距离数据和初始1号点位与激光雷达的距离数据，同理所述n1h和n10也是如此；a1为岩层偏移量转换系数，a2为岩层偏移角度转换系数，k为山体数据变化量的影响系数，hy为岩层偏移方向参数，y＝1,2,3，...，n，δw为水平面上岩层偏移方向变化量，p为岩层偏移方向影响系数，0＜k≤1，0≤hy≤1，0＜p≤≤1。优选地，所述q值预设警戒等级分别为c1、c2、c3和c4四个等级，所述c1、c2、c3、c4的数值依次增加，当所述q值超过不同等级时，提高数据采集频率来减少时间h数值，通过缩短间隔时间方式加强对山体的监测强度，提高预警的效果，减少危险发生的可能。

15、优选地，所述陀螺仪及水分测量仪设置在标定杆埋入地下一端，所述标定杆上设有用于布置陀螺仪的容纳槽，所述水分测量仪设置在容纳槽的下方。

16、优选地，所述公路工程山体滑坡安全监测装置还包括固定杆，所述激光雷达和视觉设备布置在固定杆顶端，所述固定杆设置公路两侧并将激光雷达和视觉设备朝向待监测的山体。

17、优选地，所述固定杆内部设有中控单元，所述中控单元上设有上传数据的通信模块。

18、与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

19、本发明所提供的公路工程山体滑坡安全监测装置通过基于orb特征提取算法计算出一定时间段内特征点变化情况用来表示山体在一定时间内的山体形变系数；并将山体形变系数与山体变化率进行叠加计算后，有效将视觉变化与实际方向形变变化结合起来，提升预警的准确性减少对山体滑坡风险的误判。

技术特征：

1.一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述风险等级y通过山体变化率和图像分析单元输出两组比率数据βⅰ和βⅱ；

3.如权利要求2所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述图像分析单元基于orb特征提取算法，提取相邻图像帧的待匹配图像的orb特征点和orb特征点描述子，并根据所述orb特征点和orb特征点描述子，对相邻图像帧的待匹配图像进行粗匹配，构建orb特征点匹配集合。

4.如权利要求3所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述orb特征点匹配集合中每一匹配的两个orb特征点进行灰度差值计算，通过设置灰度差值阈值的方式过滤掉不符合要求的两个orb特征点后构建初级特征点匹配集合，计算出初级特征点匹配集合与orb特征点匹配集合之间数量百分比数据βⅰ。

5.如权利要求4所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述初级特征点匹配集合中每一匹配的两个orb特征点，在对应的所述待匹配图像中，分别以orb特征点为中心，获取该orb特征点在x轴方向上和y轴方向上相邻四个像素的灰度值；分别计算两个orb特征点相同位置上，相邻像素的灰度值之间的灰度值差值；将各灰度值差值的平方求和，得到表征两个所述orb特征点的相似性的欧式灰度值，同样设置欧式灰度值阈值滤掉不符合要求的两个orb特征点后构建高级特征点匹配集合，计算出高级特征点匹配集合与orb特征点匹配集合之间数量百分比数据βⅱ。

6.如权利要求5所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述山体变化率x的表达式如下：

7.如权利要求6所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述q值预设警戒等级分别为c1、c2、c3和c4四个等级，所述c1、c2、c3、c4的数值依次增加，当所述q值超过不同等级时，提高数据采集频率来减少时间h数值。

8.如权利要求7所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述陀螺仪及水分测量仪设置在标定杆埋入地下一端，所述标定杆上设有用于布置陀螺仪的容纳槽，所述水分测量仪设置在容纳槽的下方。

9.如权利要求8所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述公路工程山体滑坡安全监测装置还包括固定杆，所述激光雷达和视觉设备布置在固定杆顶端，所述固定杆设置公路两侧并将激光雷达和视觉设备朝向待监测的山体。

10.如权利要求9所述的一种公路工程山体滑坡安全监测装置，其特征在于，所述固定杆内部设有中控单元，所述中控单元上设有上传数据的通信模块。

技术总结本发明提供了一种公路工程山体滑坡安全监测装置，包括：若干组标定杆，所述标定杆埋设在待监测的山体上；数据采集单元，所述数据采集单元包括激光雷达、视觉设备、陀螺仪及水分测量仪，所述水分测量仪采集山体的水分数据Q，所述激光雷达获取距离M；所述陀螺仪测量标定杆倾斜角度N和水平面上岩层偏移方向变化量w；图像分析单元和数据分析单元，所述数据分析单元根据数据采集单元汇总的数据计算出山体变化率X，所述图像分析单元则通过对比前后特征点比率结合山体变化率X计算出最终的风险等级Y。本发明所提供的风险等级Y是通过山体形变系数与山体变化率进行叠加计算后获取，提升预警的准确性减少对山体滑坡风险的误判。技术研发人员：卫星,赵冲,杨帆,罗辉,胡迪受保护的技术使用者：合肥工业大学智能制造技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/11