一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测方法及系统与流程

本发明涉及边坡监测，更具体的说是涉及一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测方法及系统。

背景技术：

1、高陡斜坡坡体顶部往往发育有风化卸荷带、危岩体、变形拉裂岩体等不良地质体，经常突发高位崩塌、滑坡等地质灾害，对下方公路、建筑物等构成严重危害。由于高陡边坡通行困难，调查人员很难到达高陡边坡顶部，传统调查和测绘方法难以准确获取高陡边坡上方不良地质体的分布、位置和几何尺寸等信息，给灾害体的分析、评价和防治造成困难。

2、近年来在地质灾害调查中，三维激光扫描技术在高陡边坡地质灾害调查中得到了广泛应用，可进行边坡快速编录和岩体结构面参数测量。三维扫描技术利用架设在地面的扫描仪进行工作，很难对边坡顶部、隐蔽部位进行扫描。当前，实景三维建设主要集中在地形三维和城市三维两个层级。传统卫星和航空遥感系统可为大范围地形和城市三维建设提供基础观测数据。但是，这类遥感平台的飞行高度和观测方式决定了所获取数据的分辨率和完整度有限，难以满足复杂场景精细三维模型建设和更新所亟须的高空间分辨率、高时间分辨率和多视角观测的数据需求。

3、因此，如何提供一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测方法及系统，在较为复杂和难以接近的区域获取高分辨率的影像数据，清楚地展示高陡边坡区域的地形特征是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测方法及系统，采用优视摄影技术能够在较为复杂和难以接近的区域获取高分辨率的影像数据，包括较高位置和隐蔽部位，为高陡边坡的监测和灾害调查提供更全面和详细的信息。能够清楚地展示高陡边坡区域的地形特征，为灾害监测、风险评估和应对措施提供重要的数据基础和科学依据。本发明提高了高陡边坡监测的精度，实现了监测工作的自动化以及非接触式测量，减少劳动力投入。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测方法，包括：

3、通过传感器以及gps设备获取高陡边坡的初始数据，并构建高陡边坡的初始三维模型；通过地面传感器监测高陡边坡的参数数据；如倾斜仪、位移传感器、应变仪等，可以实时监测高陡边坡的倾斜角度、位移变化、应力情况等参数。这些数据能够提供边坡的实时变化情况；

4、通过优视摄影测量设备获取高陡边坡各点的精准影像数据；采用优视摄影测量设备可以获取高分辨率的影像数据，能够覆盖整个高陡边坡的各个部位，包括顶部和隐蔽部位。

5、根据所述精准影像数据，结合图像处理技术，对所述初始三维模型进行优化，生成高陡边坡的优化三维模型；

6、建立实时监测与预警机制，实时采集高陡边坡各点的精准影像数据，对所述优化三维模型进行变形分析，及时发现边坡变形情况，并进行报警。识别潜在的地质灾害风险，以减少灾害风险。

7、优选的，通过优视摄影测量设备，获取高陡边坡各个部位的影像数据，包括：

8、通过调整优视摄影测量设备的拍摄角度，规划无人机飞行路径，使无人机能够飞越高陡边坡上方，并覆盖到隐蔽部位，确定最优飞行路径。

9、优选的，根据所述高陡边坡的初始数据，采用改进的dijkstra算法进行飞行路径规划，配置飞行方案，并将飞行方案加载到无人机飞控系统中；所述初始数据包括高陡边坡的各种参数信息，具体包括倾斜角度、高度和gps位置等。

10、根据所述高陡边坡的初始数据，制定飞行计划，将飞行计划加载到无人机飞控系统中，使无人机飞行系统执行飞行方案时，通过优视摄影测量设备获取边坡图像；所述飞行计划包括飞行高度、飞行速度、拍摄角度和拍摄频率值的选取。

11、根据高陡边坡的初始数据进行飞行路径规划、配置飞行方案，并使用优视摄影测量设备进行边坡图像的采集和处理，最终获取完整连续的高陡边坡图像，为边坡监测和分析提供可靠的数据支持。

12、优选的，根据所述高陡边坡的初始数据，采用改进的dijkstra算法进行飞行路径规划，配置飞行方案，并将飞行方案加载到无人机飞控系统中，包括：

13、根据所述高陡边坡的初始数据确定飞行方案的执行区域，调用初始三维模型以及gps设备的位置坐标；并从初始三维模型的源点起对点集进行层序遍历进而简化初始三维模型，生成dijkstra算法的直接用图，并得到边坡三维简化模型；所述初始三维模型的源点为模型中的任一点；

14、从一个源点开始，依照最短路径原则依次将隐蔽点纳入路径中，直至全部隐蔽点的最短路径生成完毕，以针对边坡三维简化模型采用改进dijkstra算法完成路径的计算，得到覆盖所有隐蔽点的不重复飞行路径点；

15、导出实际算路和路径规划途经点信息，以配置飞行方案。

16、优选的，飞行计划的制定过程包括：

17、根据公式h＝df/a计算飞行高度，其中h为飞行高度，f为镜头焦距，a为优视摄影测量设备的尺寸参数，d为边坡宽度；

18、根据公式v＝thb/f(1-r)计算飞行速度，其中v为飞行速度，t为拍摄间隔，r为图片重合率，h为无人机飞行高度，b为优视摄影测量设备的尺寸参数；

19、通过调整拍摄角度确保能够全面拍摄到高陡边坡隐蔽部位的图像；

20、将边坡的范围通过dijkstra算法算路得到的只飞一次路径的坐标点，根据飞行高度、飞行速度、拍摄角度和各个坐标点确定飞行方案。

21、优选的，根据所述精准影像数据，结合图像处理技术，对所述初始三维模型进行优化，生成高陡边坡的优化三维模型，包括：

22、将优视摄影测量设备根据不同拍摄角度拍摄的边坡图像传输到地面计算机设备，对边坡图像进行去镜头畸变处理后，采用图像融合算法进行图像融合，获得完整连续的高陡边坡图像。

23、优选的，采用图像融合算法进行图像融合，获得完整连续的高陡边坡图像，包括：

24、提取多张边坡图像中目标特征点像素在图像中的位置，计算特征点像素在空间中的相对坐标，得到所有特征点像素的相对坐标；

25、将所有特征点像素的相对坐标拟合得到优化三维模型。

26、优选的，提取多张边坡图像中目标特征点像素在图像中的位置，计算特征点像素在空间中的相对坐标，得到所有特征点像素的相对坐标，包括：根据每张边坡图像的拍摄角度和拍摄距离，将图像放置在空间内，在首张图片拍摄后，建立一个特定的基准坐标系，后续的每一张图片，都被两个约束条件所约束，以确保坐标系的融合准确性；

27、计算图像中特征点像素在空间中的相对坐标，得到所有特征点像素的相对坐标，将所有特征点像素的相对坐标加权平均换算得到加权平均后的更准确的相对坐标。

28、优选的，将所有特征点像素的相对坐标拟合得到优化三维模型，包括：

29、第一拟合子步骤：通过直线拟合方式拟合相邻第一距离内的特征点像素；

30、第二拟合子步骤：通过多顶点贝塔曲线拟合方式拟合相邻第二距离内的特征点像素；

31、第三拟合子步骤：通过多顶点折直线拟合方式拟合相邻第三距离内的特征点像素；

32、其中，第一距离的长度小于第二距离的长度，第二距离的长度小于第三距离的长度。

33、优选的，一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测系统，包括：

34、初始模型构建模块，用于通过传感器以及gps设备获取高陡边坡的初始数据，并构建高陡边坡的初始三维模型；

35、数据获取模块，用于通过优视摄影测量设备获取高陡边坡各点的精准影像数据；

36、优化模型构建模块，用于根据所述精准影像数据，结合图像处理技术，对所述初始三维模型进行优化，生成高陡边坡的优化三维模型；

37、预警模块，用于建立实时监测与预警机制，实时采集高陡边坡各点的精准影像数据，对所述优化三维模型进行变形分析，及时发现边坡变形情况，并进行报警。

38、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于优视摄影测量的高陡边坡灾害监测方法及系统，包括：通过传感器以及gps设备获取高陡边坡的初始数据，并构建高陡边坡的初始三维模型；通过地面传感器监测高陡边坡的参数数据能够提供边坡的实时变化情况；通过优视摄影测量设备获取高陡边坡各点的精准影像数据；采用优视摄影测量设备可以获取高分辨率的影像数据，能够覆盖整个高陡边坡的各个部位，包括顶部和隐蔽部位。根据所述精准影像数据，结合图像处理技术，对所述初始三维模型进行优化，生成高陡边坡的优化三维模型；建立实时监测与预警机制，实时采集高陡边坡各点的精准影像数据，对所述优化三维模型进行变形分析，及时发现边坡变形情况，并进行报警。识别潜在的地质灾害风险，以减少灾害风险。本发明采用优视摄影技术能够在较为复杂和难以接近的区域获取高分辨率的影像数据，包括较高位置和隐蔽部位，为高陡边坡的监测和灾害调查提供更全面和详细的信息。本发明能够清楚地展示高陡边坡区域的地形特征，为灾害监测、风险评估和应对措施提供重要的数据基础和科学依据。本发明提高了高陡边坡监测的精度，实现了监测工作的自动化以及非接触式测量，减少劳动力投入。