CN107610419A - 一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，通过利用温感摄像头对崩塌潜在发生区域进行监测，根据山体崩塌前零星滚动下落物体自身温度特点、温感成像、图像划分单元、单元内温度数据对比分析等手段和技术，实现对山体崩塌远距离、大范围、面覆盖、高精度、全天候、全自动的有效监测与预警，它避免传统监测手段需要涉险前往崩塌山体布设监测设备的不足的缺点，具有实现自动化监测与预警，无人值守，自动分析捕捉山体崩塌前滚落物体，自动预警的优点。

Description

一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法

技术领域

本发明涉及到山体崩塌技术领域，更加具体地说是一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法。

背景技术

危岩崩塌是一种全球性泛生型山地灾害，存在部位具有隐蔽性，失稳破坏具有突发性，致灾后果具有灾难性，是山地城市和矿山居民集中活动区域及公路交通生命线建设及运营中普遍存在的突发性重大地质安全隐患。在危岩崩塌监测及安全报警方面，工程人员通过现场监测危岩体后部主控结构面露头的宽度变化比较好地预测了南川甄子岩崩塌事件。国内相关厂家研发了配合边坡柔性防护网使用的“LC-01型落石报警系统”，铁路部门专门研发了“落石自动报警系统”、“JKB型落石报警装置”。“LC-01型落石报警系统”是基于GSM网络研发的，在险情发生后报警器用手机短信方式将险情发送到管理人员手机，并由管理人员上报相关部门予以处理；“落石自动报警系统”由落石检测装置(检知网)、中间连接设备(主控制箱)和报警防护装置3部分组成；发明专利“滑坡和崩塌的动态监测装置”(CN1338639)和实用新型专利“激光地质灾害测试仪”(CN2497325)均是通过监控滑坡及崩塌体表面变形进行灾害预警；发明专利“山体滑坡灾害远程监测系统”(CN101452629)通过雨量传感器、红外位移传感器，采用GSM/GPRS方式进行灾害信息传输。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，它包括如下步骤；

①、在崩塌危岩潜在的发生区域的对岸或附近视野开阔的稳固基岩或建筑物上安装温感摄像头，调整所述的温感摄像头角度对整个目标区域进行实时监测，以便完整的获得监控所述的目标区域的温感影像；

②、铺设电缆传输信号和供电，实现温感摄像头和监测中心计算机之间的信号传输；

③、对温感摄像头1的监控区域进行网格单元划分，实时对比分析温感影像前后时刻各个单元内温度数据，根据网格单元温度变化情况综合判断目标区域内的运动情况；

④、结合目标区域的现场实际情况，可任意选定实时分析范围，所述的温感摄像头监控范围包含崩塌危岩的潜在发生区和无风险区，可仅框选崩塌危岩潜在发生区，以减小实时分析计算量；

⑤、结合目标区域的植被情况、风向变化和非山体崩塌运动物体的干扰情况，设置温度变化识别的预警阈值，防止风吹草动发生误报警；

⑥、当某个网格单元的温度突然发生变化并超过所设阈值时，温感摄像头对网格单元内的掉落物进行温感成像，并综合判断目标区域内的山体运动情况；

⑦、结合步骤⑤和⑥的综合分析得出结果，若依然触发监测中心计算机的预警响应方案，则通过邮件、短信方式通知相关人员发出预警信息并迅速撤离危险区域。

在上述技术方案中：所述的温感摄像头可敏感测得每个单元内物体的微小温度变化小于0.05度并能测得物体表面微小能量变化。

在上述技术方案中：在步骤②中；所述的电缆传输信号和供电可集中在一根电缆中或单根电缆同时具有传输信号和供电功能。

在上述技术方案中：在步骤①中；若温感摄像头的安装位置与监测中心计算机安装位置相距较远时，可采用太阳能电池板或无线方式传输信号。

在上述技术方案中：在步骤⑤中；所述的温感摄像头会根据目标区域内的植被情况、风吹草动、非山体崩塌运动的温度散发的大小进行相应成像，以获得所述的目标区域内的温度详细数据。

在上述技术方案中：在步骤③中，所述的网格大小的划分可无限小，具体所述的网格大小和现场需求、计算机性能和实时分析计算量相关。

在上述技术方案中：在步骤③中，所述的网格单元的划分可预先设置在目标区域上。

在上述技术方案中：温感摄像头将物体发出的热辐射转换成电信号，并所述的电信号经信号处理程序处理得到热辐射分析结果，所述的热辐射分析结果图形化即可得到热辐射图像，所述的热辐射分析结果数字化即为物体热辐射数据。

本发明具有如下优点：本发明解决了传统监测方法需要涉险前往崩塌危岩实地布设监测设备、近景摄影夜间监测效果不佳、监测范围较小无法覆盖全局的不足，能够实现全天候、远距离及全覆盖崩塌监测，灾害发生前、发生时发出预警和报警，并能获取崩塌发生时的影像资料，为后期处理和相关研究提供条件。

附图说明

图1是本发明实施的监测与预警示意图。

图2是本发明监测试验山体崩塌前影像及现场情况。

图3是本发明监测影像网格单元划分示意图。

图4是本发明监测区域出现泥石运动后运动捕捉及预警情况示意图。

图5为本发明中温感摄像头的工作流程图。

图中：温感摄像头1、监测中心计算机2、目标区域3、大量的掉石现象4、动物的恒温热源动物成像5、物体6、信号处理分析程序7、热辐射分析结果8、热辐射图像9、物体热辐射数据10、可能发生山崩的网格单元A1、可能发生的山崩的网格单元A2。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已；同时通过说明对本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1-5所示：一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，它包括如下步骤；

①、在崩塌危岩潜在的发生区域的对岸或附近视野开阔的稳固基岩或建筑物上安装温感摄像头1，调整所述的温感摄像头1角度对整个目标区域3进行实时监测，以便完整的获得监控所述的目标区域3的温感影像；

②、铺设电缆传输信号和供电，实现温感摄像头1和监测中心计算机2之间的信号传输；

③、对温感摄像头1的监控区域进行网格单元划分，实时对比分析温感影像前后时刻各个单元内温度数据，根据网格单元温度变化情况综合判断目标区域3内的运动情况；

④、结合目标区域3的现场实际情况，可任意选定实时分析范围，所述的温感摄像头监控范围包含崩塌危岩的潜在发生区和无风险区，可仅框选崩塌危岩潜在发生区，以减小实时分析计算量；

⑤、结合目标区域3的植被情况、风向变化和非山体崩塌运动物体的干扰情况，设置温度变化识别的预警阈值，防止风吹草动发生误报警；

⑥、当某个网格单元的温度突然发生变化并超过所设阈值时，温感摄像头1对网格单元内的掉落物进行温感成像，并综合判断目标区域3内的山体运动情况；

⑦、结合步骤⑤和⑥的综合分析得出结果，若依然触发监测中心计算机2的预警响应方案，则通过邮件、短信方式通知相关人员发出预警信息并迅速撤离危险区域。

所述的温感摄像头1可敏感测得每个单元内物体的微小温度变化小于0.05度并能测得物体表面微小能量变化。

在步骤②中；所述的电缆传输信号和供电可集中在一根电缆中或单根电缆同时具有传输信号和供电功能。

在步骤①中；若温感摄像头1的安装位置与监测中心计算机2安装位置相距较远时，可采用太阳能电池板或无线方式传输信号。

在步骤⑤中；所述的温感摄像头1会根据目标区域3内的植被情况、风吹草动、非山体崩塌运动的温度散发的大小进行相应成像，以获得所述的目标区域3内的温度详细数据。

在步骤③中，所述的网格大小的划分可无限小，具体所述的网格大小和现场需求、计算机性能和实时分析计算量相关。

在步骤③中，所述的网格单元的划分可预先设置在目标区域3上。

本发明提供了一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，是基于山体崩塌时自身温度差异特点、热辐射温感成像和目标源温度追踪分析技术，其中监测与预警实施场景如图1所示，采用温感摄像头1对潜在发生目标区域3进行实时影像采集和观测，并与监测中心计算机2进行实时数据传输，监测中心计算机2对获取的温度数据影像划分网格单元并对比分析各单元区域的温度差异，综合捕捉和分析山体崩塌目标运动情况，进而实现对山体崩塌潜在发生区的实时监测和预警。其具体实施过程如下：

如图1所示：在山体崩塌潜在发生区对岸或附近稳固基岩或建筑物上安装温感摄像头1，对山体崩塌潜在目标区域3进行实时监测，获得监测目标区域热辐射温感影像数据。

在山体崩塌潜在发生区对岸或附近视野开阔的稳固基岩上架设监控立杆，在立杆上安装温感摄像头1，温感摄像头1也可固定在山体崩塌潜在发生区域附近建筑物上，使其可监测山体崩塌潜在发生区即目标区域3的整个范围。

铺设电缆传输信号和供电，实现温感摄像头1和监测中心计算机2之间的信号传输。温感摄像头1信号的传输和供电可集成在一根电缆中，当监测中心计算机2与监控中心距离较远时，可采用太阳能电池板供电并采用无线方式传输信号。

利用温感摄像头1对山体崩塌潜在发生区即目标区域3进行实时监测。

如图2所示：对温感摄像头1获得的监测影像温度数据实时划分网格单元，对前后时刻各单元内温度数据进行对比分析，根据相邻单元区域温度变化情况综合分析判断该区域目标物体运动情况。

如图2所示：根据温感摄像头1获取的山体崩塌潜在发生区及目标区域3的影像，将整个影像划分为微小正方形单元，每一个单元为一个监测目标。

根据山体崩塌潜在发生区及目标区域3现场实际情况，选择实时分析单元的位置和范围，仅对选定区域内单元进行实时分析并达到预警目的，以减少分析计算量，提高计算分析性能，如图3中显示的A1和A2单元的初步大小划分(即为可能发生的山体崩塌的区域)。

根据山体崩塌潜在发生区即目标区域3的植被情况、风动变化和非山体崩塌运动物体运动的干扰情况(自然界任何物体只要温度超过0度就会发出热量)，设置温度变化识别预警阈值，防止风吹草动等发生误报警。

根据温感摄像头1获得监测目标的温度数据，分别对前后时刻各单元温度进行实时对比分析，当某个网格单元内温度突然发生变化且超过所设阈值时，利用温感摄像头1对该网格单元进行温感成像，根据温感成像结果综合判断该目标区域3山体的具体的运动情况。

参照图3所示：利用温感摄像头1对选定的区域进行热辐射温感成像，发现内部无运动物体，如划定的网格单元A1和A2所示。

参照图4所示：利用温感摄像头1对选定的目标区域3进行热辐射温感成像，图4中小方框表示捕捉到的运动物体，根据以下条件判断是否发生山体崩塌：①自生网格单元内温度变化是否超过阈值；②并判定是否为个体恒温热源运动，排除动物闯入情况(如图4中动物的恒温热源动物成像5)。若①为是、②为否，综合分析后判定为发生山体崩塌，则报警通过邮件、短信方式通知相关人员发出预警信息并迅速撤离危险区域(图4中的附图标记4为现场已观察到的大量的掉石现象)。

当山体崩塌潜在目标区域3发现山体移动时触发报警和预警。触发监测中心计算机2中的预警响应方案，通过邮件、短信等方式向相关人员发出预警信息并迅速撤离危险区域。

综上所述，可以看到，本发明基于智能热辐射温感成像的山体崩塌监测与预警方法，其基于温感摄像头1和单元划分温度分析对比技术，能够对山体崩塌潜在发生区域山体的运动情况进行大范围、全天候、无人值守、自动化的监测并进行预警。

参照图5所示：温感摄像头1的工作原理如下：自然界温度高于绝对零度(-273.15℃)任何物体6，均以热辐射的形式发射能量，温感摄像头1将物体6发出的热辐射转换成电信号，并经信号处理程序7处理得到热辐射分析结果8，热辐射分析结果8图形化即可得到热辐射图像9，热辐射分析结果8数字化即为物体热辐射数据10。

上述未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (8)

1.一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：它包括如下步骤；

①、在崩塌危岩潜在的发生区域的对岸或附近视野开阔的稳固基岩或建筑物上安装温感摄像头(1)，调整所述的温感摄像头(1)角度对整个目标区域(3)进行实时监测，以便完整的获得监控所述的目标区域(3)的温感影像；

②、铺设电缆传输信号和供电，实现温感摄像头(1)和监测中心计算机(2)之间的信号传输；

③、对温感摄像头(1)的监控区域进行网格单元划分，实时对比分析温感影像前后时刻各个单元内温度数据，根据网格单元温度变化情况综合判断目标区域(3)内的运动情况；

④、结合目标区域(3)的现场实际情况，可任意选定实时分析范围，所述的温感摄像头(1)监控范围包含崩塌危岩的潜在发生区和无风险区，可仅框选崩塌危岩潜在发生区，以减小实时分析计算量；

⑤、结合目标区域(3)的植被情况、风向变化和非山体崩塌运动物体的干扰情况，设置温度变化识别的预警阈值，防止风吹草动发生误报警；

⑥、当某个网格单元的温度突然发生变化并超过所设阈值时，温感摄像头(1)对网格单元内的掉落物进行温感成像，并综合判断目标区域(3)内的山体运动情况；

⑦、结合步骤⑤和⑥的综合分析得出结果，若依然触发监测中心计算机(2)的预警响应方案，则通过邮件、短信方式通知相关人员发出预警信息并迅速撤离危险区域。

2.根据权利要求1所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：所述的温感摄像头(1)可敏感测得每个单元内物体的微小温度变化小于0.05度并能测得物体表面微小能量变化。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：在步骤②中；所述的电缆传输信号和供电可集中在一根电缆中或单根电缆同时具有传输信号和供电功能。

4.根据权利要求3所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：在步骤①中；若温感摄像头(1)的安装位置与监测中心计算机(2)安装位置相距较远时，可采用太阳能电池板或无线方式传输信号。

5.根据权利要求4所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：在步骤⑤中；所述的温感摄像头(1)会根据目标区域(3)内的植被情况、风吹草动、非山体崩塌运动的温度散发的大小进行相应成像，以获得所述的目标区域(3)内的温度详细数据。

6.根据权利要求5所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：在步骤③中，所述的网格大小的划分可无限小，具体所述的网格大小和现场需求、计算机性能和实时分析计算量相关。

7.根据权利要求6所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：在步骤③中，所述的网格单元的划分可预先设置在目标区域(3)上。

8.根据权利要求7所述的一种基于温感摄像头的山体崩塌监测与预警方法，其特征在于：温感摄像头(1)将物体(6)发出的热辐射转换成电信号，并所述的电信号经信号处理程序(7)处理得到热辐射分析结果(8)，所述的热辐射分析结果(8)图形化即可得到热辐射图像(9)，所述的热辐射分析结果(8)数字化即为物体热辐射数据(10)。