CN113096245B - 基于无人机航摄的滑坡落石防护方法 - Google Patents

基于无人机航摄的滑坡落石防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于无人机航摄的滑坡落石防护方法，包括大范围边坡图片采集、无人机路径规划、危石或危岩体高精度图片采集、三维地形数据的生成、无防护网的滑坡落石模拟：利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数下的滑坡模拟分析，并统计落石运动特征值、初步拟定多种防护网方案、有防护网的滑坡落石模拟、防护网方案比较、确定最终的防护网方案；本申请将无人机航摄技术运用于滑坡落石防护设计，相对于传统方法三维地形数据获取的灵活性强、精度高、点云密度高；利用无人机采集的高精度图片生成三维地形图，直观地了解研究区域的经纬度、坡度、坡向、灾害规模、威胁对象、裂隙分布等情形，为是否设置防护措施或者防护方案的选取提供直观的依据。

Description

基于无人机航摄的滑坡落石防护方法
技术领域
本发明涉及滑坡落石防护技术领域，尤其涉及一种基于无人机航摄的滑坡落石防护方法。
背景技术
落石是指边坡上的危岩体或者危石超过临界平衡点后突然向下崩落，经过滚动、碰撞、回弹、跳跃或滑动运动方式中的一种或几种组合沿着坡面向下滚动，直至落到平地、河流、水库或者障碍物等而停止运动的一种动力演化过程。而当落石下方有居民聚居区、施工工地等人类活动区域时，可能会造成巨大的人员伤亡和财产损失，而被动防护网可以对所防护的区域形成面防护，从而阻止崩塌岩石土体的下坠，一定程度落石对防护区域的冲击。所以在实际工程中需要设置防护措施对落石的拦截。
现有的技术问题是：
(1)防护网的设置更多依赖于专家的经验和判断，且没有更多提供给专家参考的材料作为依据，通常需要专家到达现场进行人工选址，周期长且不易准确拦截落石；
(2)传统的落石轨迹模拟更多是二维平面的，无法反映整个滑坡落石过程，无法模拟滚石之间相互碰撞等实际中存在的现象，具有很大的局限性；
(3)而目前较为常用的三维激光和雷达虽然能够获取三维点云数据，但是对于山区峡谷等边坡滑坡出现频率高的地区，运输和布设不易。并且受视场角的影响，容易出现盲区和漏洞，且其制作DOM的难度较大，效果不好。
因此需要研发出一种基于无人机航摄的滑坡落石防护方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种基于无人机航摄的滑坡落石防护方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
基于无人机航摄的滑坡落石防护方法，包括以下步骤：
S1、大范围边坡图片采集：利用无人机对研究区域进行大范围拍照，通过三维建模软件生成可供无人机航线规划的正射影像；
S2、无人机路径规划：利用获得的正射影像，导入无人机路径规划软件中，针对需要重点模拟的危岩体或者危石部位，获得合理的路径；
S3、危石或危岩体高精度图片采集：将经上一步骤获得的规划路径文件导入无人机巡检系统中，利用无人机采集得到高精度图片；
S4、三维地形数据的生成：利用三维建模软件将高精度图片生成所需要的DEM和DOM文件，并进一步生成落石模拟软件需要的点云数据；
S5、无防护网的滑坡落石模拟：利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数下的滑坡模拟分析，并统计落石运动特征值；
S6、初步拟定多种防护网方案：根据上步落石轨迹结果，结合实际工程需要设置多组防护网方案；
S7、有防护网的滑坡落石模拟：利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数、不同防护网设置下的落石模拟；
S8、防护网方案比较：统计落石速度、落石弹跳高度、落石能量、落石拦截率、落石掉落区域概率以及防护网成本；
S9、确定最终的防护网方案：结合实际工程需要保护范围的落石情况、拦截率、防护网的设置成本，综合确定最终的防护网设置方案。
具体地，步骤S6中，根据落石轨迹获得多个落石弹跳后重新接触地面的位置密集处，初步拟定在此位置密集处设置防护网；再根据落石轨迹结果中的坡面二维弹跳高度视图，选取防护网高度和倾斜角度。
本发明的有益效果在于：
(1)将无人机航摄技术运用于滑坡落石防护设计，相对于传统方法三维地形数据获取的灵活性强、精度高、点云密度高；
(2)利用无人机采集的高精度图片生成三维地形图，直观地了解研究区域的经纬度、坡度、坡向、灾害规模、威胁对象、裂隙分布等情形，为是否设置防护措施或者防护方案的选取提供直观的依据。
附图说明
图1为本申请的方法流程图；
图2为本申请中隐患区域三维地形图；
图3为本申请中隐患区域采集图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1-3所示，基于无人机航摄的滑坡落石防护方法，包括以下步骤：
S1、大范围边坡图片采集：利用无人机对研究区域进行大范围拍照，通过三维建模软件生成可供无人机航线规划的正射影像；
S2、无人机路径规划：利用获得的正射影像，导入无人机路径规划软件中，针对需要重点模拟的危岩体或者危石部位，获得合理的路径；
S3、危石或危岩体高精度图片采集：将经上一步骤获得的规划路径文件导入无人机巡检系统中，可以对需要重点研究的部位进行精细航摄，利用无人机采集得到高精度图片；
S4、三维地形数据的生成：利用三维建模软件将高精度图片生成所需要的DEM(数字正射影像)和DEM(数字高程模型)文件，并进一步生成落石模拟软件需要的点云数据；
S5、无防护网的滑坡落石模拟：利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数下的滑坡模拟分析，并统计落石运动特征值；
S6、初步拟定多种防护网方案：根据上步落石轨迹结果，结合实际工程需要设置多组防护网方案；
S7、有防护网的滑坡落石模拟：将设置的防护网定义为地形数据，导入三维落石模拟软件中，利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数、不同防护网设置下的落石模拟；
S8、防护网方案比较：统计落石速度、落石弹跳高度、落石能量、落石拦截率、落石掉落区域概率以及防护网成本；
S9、确定最终的防护网方案：结合实际工程需要保护范围的落石情况、拦截率、防护网的设置成本，综合确定最终的防护网设置方案。
具体地，步骤S6中，包括以根据落石轨迹获得多个落石弹跳后重新接触地面的位置密集处，初步拟定在此位置密集处设置防护网；
再根据落石轨迹结果中的坡面二维弹跳高度视图，选取防护网高度和倾斜角度。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于无人机航摄的滑坡落石防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、大范围边坡图片采集：利用无人机对研究区域进行大范围拍照，通过三维建模软件生成可供无人机航线规划的正射影像；
S2、无人机路径规划：利用获得的正射影像，导入无人机路径规划软件中，针对需要重点模拟的危岩体或者危石部位，获得合理的路径；
S3、危石或危岩体高精度图片采集：将经上一步骤获得的规划路径文件导入无人机巡检系统中，利用无人机采集得到高精度图片；
S4、三维地形数据的生成：利用三维建模软件将高精度图片生成所需要的DEM和DOM文件，并进一步生成落石模拟软件需要的点云数据；
S5、无防护网的滑坡落石模拟：利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数下的滑坡模拟分析，并统计落石运动特征值；
S6、初步拟定多种防护网方案：根据上步落石轨迹结果，结合实际工程需要设置多组防护网方案；
S7、有防护网的滑坡落石模拟：利用三维落石模拟软件进行不同滚石参数、不同防护网设置下的落石模拟；
S8、防护网方案比较：统计落石速度、落石弹跳高度、落石能量、落石拦截率、落石掉落区域概率以及防护网成本；
S9、确定最终的防护网方案：结合实际工程需要保护范围的落石情况、拦截率、防护网的设置成本，综合确定最终的防护网设置方案；
步骤S6中，根据落石轨迹获得多个落石弹跳后重新接触地面的位置密集处，初步拟定在此位置密集处设置防护网；再根据落石轨迹结果中的坡面二维弹跳高度视图，选取防护网高度和倾斜角度。
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