CN106323243A - 一种基于无人机的大坝变形观测预警系统及方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及基于无人机的大坝变形观测预警系统及方法。使用无人机搭载数据采集模块来进行数据采集和观测工作，不需要架设复杂的地面设备也可以实现对大坝变形的全面、实时监测。在对大坝结构的变形情况进行全面监测时，对大坝结构的重点变形监控区域进行更详细的观测和分析，保证监测的准确性和前瞻性。对于基于无人机的大坝变形观测预警方法，可以通过建立功能模块，组合成功能模块构架，由存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实施。对于基于无人机的大坝变形观测预警系统，该系统的控制器具有功能模块构架，能够录入实施该功能模块构架的计算机程序，从而实现该基于无人机的大坝变形观测预警方法。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及基于无人机的大坝变形观测预警系统及方法。
背景技术
通常情况下，为了准确获取大坝的变形数据，需要在大坝上安置监测点，并且在大坝周围的稳定区域设置控制点，然后用高精度测量仪器定期或不定期的对大坝进行监测，以获得其上各监测点的位移偏量，然后进行数据处理和运算，最终得到整个监测网的监测精度。
对大坝进行变形监测，所需要做的工作一般有沉降监测、水平位移监测和倾斜变形监测，一般的三维测量得到的监测数据只能体现分散监测点的位移偏量分析，很少能做到对大坝整体的稳定性分析，不能够详尽的反映整个大坝的结构变形规律。随着信息技术的进步和测量仪器的快速发展，运用静态GPS进行变形监测的方式因为具有不需要直接接触被测物体、可以实时进行监测等优势，越来越得到工程师们的重视。但这种技术需要在天线与处理设备之间架设光纤，这对地形就有了一定的要求，存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种基于无人机的大坝变形观测预警系统及方法，不需要架设复杂的地面设备也可以实现对大坝变形的全面、实时监测。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种基于无人机的大坝变形观测预警方法，包括以下步骤：
影像采集步骤，控制无人机采集大坝结构的二维图像，具体地，通过无人机装载的取像装置采集大坝结构的全部二维图像；
三维建模步骤，根据大坝结构的全部二维图像构建大坝原始三维模型，获得大坝的标准数据；
观测步骤，通过无人机装载的三维激光扫描仪获取大坝结构的三维模型数据，把大坝结构的重点变形监控区域设为详细扫描区域，获取该详细扫描区域的实时三维模型数据；
变形分析步骤，比较当前获取的三维模型数据和标准数据，根据比较结果确定大坝当前的变形量；根据详细扫描区域的实时三维模型数据的变化趋势预计大坝的变形量；
预警步骤，若大坝当前或预计的变形量超出安全值，发出预警信号。
其中，变形分析步骤中的比较结果是指大坝在沉降距离、水平位移和倾斜角度上的偏移量。
其中，所述无人机是四旋翼无人机。
其中，所述取像装置是数码相机。
本发明的基于无人机的大坝变形观测预警方法，使用无人机搭载数据采集模块来进行数据采集和观测工作，不需要架设复杂的地面设备也可以实现对大坝变形的全面、实时监测。通过比较当前获取的三维模型数据和标准数据确定大坝当前的变形量，或者根据详细扫描区域的实时三维模型数据的变化趋势预计大坝的变形量，在对大坝结构的变形情况进行全面监测时，对大坝结构的重点变形监控区域进行更详细的观测和分析，保证监测的准确性和前瞻性。
对于基于无人机的大坝变形观测预警方法，可以通过建立功能模块，组合成功能模块构架，由存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实施。
还提供了一种基于无人机的大坝变形观测预警系统，包括无人机、控制器和搭载在无人机上的数据采集模块，该系统的控制器具有功能模块构架，能够录入实施该功能模块构架的计算机程序，从而实现该基于无人机的大坝变形观测预警方法。具体地，使用无人机搭载数据采集模块来进行数据采集和观测工作，不需要架设复杂的地面设备也可以实现对大坝变形的全面、实时监测。并且，对大坝结构的重点变形监控区域进行更详细的观测和分析，保证监测的准确性和前瞻性。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
大坝的控制人员为了确认大坝的工作状态，构建了本实施例中的基于无人机的大坝变形观测预警系统，该系统包括四旋翼无人机、控制器和搭载在无人机上的数据采集模块，数据采集模块把采集到的数据信息发送给控制器，控制器通过与该预警系统对应的预警方法对大坝结构的变形量进行监控。
控制人员在无人机上装载普通的数码相机作为取像装置，这里没有采用专门的测量型相机，是因为数码相机采集到的影像能直接发送给控制器，减少了对专业设备的依赖，极大的加快了数据处理速度和效率，而且现在普通的数码相机的成像质量也足以满足建模需求。控制人员通过控制器控制无人机的行进路线，从垂直角度和大坝前后的上、下倾斜角度采集大坝结构的全部二维图像。通过采集同一大坝结构在垂直角度和倾斜角度的全部二维图像，能够全面、真实地反映该大坝结构的实际情况。影像采集结束后，控制器获得大坝结构的全部二维图像，然后利用二维图像三维重构技术，通过成像几何原理计算不同角度的二维图像的像素间的位置偏差，从而获取大坝结构的三维信息，快速构建大坝的原始三维模型。该原始三维模型中大坝结构的尺寸、位置等信息构成了大坝的标准数据。
在日常监测管理中，大坝的控制人员控制无人机观测大坝的状态，并操作控制器从无人机装载的三维激光扫描仪获取大坝结构的三维模型数据。控制人员把大坝结构的重点变形监控区域，如承受应力较大的区域，设为详细扫描区域，获取该详细扫描区域的实时三维模型数据。三维激光扫描仪可以记录大坝表面密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，从而快速复建出大坝的三维模型及线、面、体等数据，以此实现大坝结构变形量的全覆盖、自动化监测。使用无人机搭载数码相机、三维激光扫描仪等数据采集模块来进行数据采集、观测工作，不需要架设复杂的地面设备也可以实现对大坝变形的全面、实时监测。
大坝的控制人员通过控制器比较当前获取的三维模型数据和标准数据中的尺寸、位置信息，根据大坝在沉降距离、水平位移和倾斜角度上的偏移量来确定大坝当前的变形量。同时，根据详细扫描区域的实时三维模型数据的变化趋势预计大坝的变形量。若识别到大坝当前的变形量超出安全值，或者按当前的变化趋势预计大坝的变形量会超出安全值，控制器就发出预警信号。控制人员收到预警信号后对大坝结构的变形量以及变形原因进行确认，然后采取对应的处理措施。在对大坝结构的变形情况进行全面监测时，对大坝结构的重点变形监控区域进行更详细的观测和分析，保证了监测的准确性和前瞻性。
对于基于无人机的大坝变形观测预警方法，可以通过建立功能模块，组合成功能模块构架，由存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实施。
对于基于无人机的大坝变形观测预警系统，该系统的控制器具有功能模块构架，能够录入实施该功能模块构架的计算机程序，从而实现该基于无人机的大坝变形观测预警方法。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种基于无人机的大坝变形观测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
影像采集步骤，控制无人机从垂直角度和倾斜角度采集大坝结构的二维图像，具体地，通过无人机装载的取像装置采集大坝结构的全部二维图像；
三维建模步骤，根据大坝结构的全部二维图像构建大坝原始三维模型，获得大坝的标准数据；
观测步骤，通过无人机装载的三维激光扫描仪获取大坝结构的三维模型数据，把大坝结构的重点变形监控区域设为详细扫描区域，获取该详细扫描区域的实时三维模型数据；
变形分析步骤，比较当前获取的三维模型数据和标准数据，根据比较结果确定大坝当前的变形量；根据详细扫描区域的实时三维模型数据的变化趋势预计大坝的变形量；
预警步骤，若大坝当前或预计的变形量超出安全值，发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大坝变形观测预警方法，其特征在于，变形分析步骤中的比较结果是指大坝在沉降距离、水平位移和倾斜角度上的偏移量。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大坝变形观测预警方法，其特征在于，所述无人机是四旋翼无人机。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大坝变形观测预警方法，其特征在于，所述取像装置是数码相机。
5.一种基于无人机的大坝变形观测预警装置，其特征在于，包括：
影像采集模块，其控制无人机采集大坝结构的二维图像，具体地，通过无人机装载的取像装置采集大坝结构的全部二维图像；
三维建模模块，其根据大坝结构的全部二维图像构建大坝原始三维模型，获得大坝的标准数据；
观测模块，其通过无人机装载的三维激光扫描仪获取大坝结构的三维模型数据，把大坝结构的重点变形监控区域设为详细扫描区域，获取该详细扫描区域的实时三维模型数据；
变形分析模块：包括变形量确定模块，其比较当前获取的三维模型数据和标准数据，根据比较结果确定大坝当前的变形量；还包括变形量预计模块，其根据详细扫描区域的实时三维模型数据的变化趋势预计大坝的变形量；
预警模块，若大坝当前或预计的变形量超出安全值，则运行该预警模块，发出预警信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的大坝变形观测预警装置，其特征在于，变形量确定模块中得到的比较结果是指大坝在沉降距离、水平位移和倾斜角度上的偏移量。
7.根据权利要求5所述的一种基于无人机的大坝变形观测预警装置，其特征在于，所述无人机是四旋翼无人机。
8.根据权利要求5所述的一种基于无人机的大坝变形观测预警装置，其特征在于，所述取像装置是数码相机。
9.一种基于无人机的大坝变形观测预警系统，包括无人机、控制器和搭载在无人机上的数据采集模块，数据采集模块把采集到的数据信息发送给控制器，其特征在于：所述控制器执行权利要求1~4当中任一项所述的基于无人机的大坝变形观测预警方法，或者所述控制器具有权利要求5～8当中任一项所述的基于无人机的大坝变形观测预警装置。
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