CN113138364A - 一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，包括：水下机器人、水面无人母船和地面控制中心间；所述水面无人母船和所述水下机器人通过第一无线通讯线路进行连接；所述水面无人母船与所述地面控制中心间通过第二无线通讯线路进行连接。本发明以船载水下机器人为核心，联合水下声呐和水下双目成像定位技术，采用无线控制与通讯传输系统，实现水下滑坡变形的监测信息和环境数据的信号采集、处理分析和无线传输需求一体化，可为复杂地质条件下库岸边坡和滑坡的水下淹没坡体的安全监测和预警系统构建提供有力支持，具有重要的应用价值和工程意义。
Description
技术领域
本发明属于地质灾害智能检测和实时预报预警技术领域，特别是涉及一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置及定位方法。
背景技术
随着我国西南水电资源的持续开发，相继形成大量的河道型大型水库，伴随着库区水位的升降波动和降雨等因素的联合作用，库区内众多涉水边坡逐渐发生变形破坏而形成滑坡等地质灾害。单次滑坡及其次生灾害如环境污染，滑坡产生的涌浪和堰塞湖等严重威胁着库区人们的生命财产安全和大坝的长期运行，因此滑坡成为了我国西南地区的主要地质灾害之一。近几十年来，随着卫星遥感、无人机和水下机器人技术的快速发展，运用遥感、GPS卫星定位和机载视觉定位技术，对不稳定边坡及潜在滑坡进行“天-地-空”一体化监测预警逐渐成为滑坡类地质灾害防灾减灾工作的一项研究重点和热点。
库区变形边坡和滑坡体多处于地势险峻的高山峡谷区域，其内部地质构造复杂且周围环境复杂，且由于库区水位波动高差大，多数滑坡体的前沿变形部分会随着水位上涨而淹没于水位之下，使得对涉水滑坡体整体变形的长期精确监测成为了一项极具挑战性的工作。
现阶段在应对库区滑坡灾害的监测预警研究中，如今应用广泛的卫星遥感和GPS定位监测技术大多适用于水上滑坡地质体的变形监测，且对监测目标区域的天气、周边环境和卫星信号覆盖等环境因素依赖性高，而对于因水库水位蓄涨被淹没的滑坡体水下前沿部分的变形等物理量的监测无法有效开展。同时，特别是对于牵引式滑坡，其滑坡体前沿的变形演化规律的精确监测对整体滑坡的实时预测-预警至关重要，在已有的相关文献和研究报告中，现阶段暂未有较好的解决方案和监测设备能够很好地解决所述的水下滑坡体变形的持续精确监测问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置和定位方法，克服了因库区水位蓄涨淹没部分地质体导致原有基于遥感和GPS定位技术的常规变形监测技术无法继续对水下淹没体的变形及其它物理量实施监测的不足，本发明以船载水下机器人为核心，联合水下声呐和水下双目成像定位技术，采用无线控制与通讯系统实现了水下滑坡的监测信息和环境数据的信号采集、处理分析和无线传输需求一体化，可为复杂地质条件下库岸边坡和滑坡的水下淹没坡体的安全监测预警系统构建提供有力支持，具有重要的应用价值和工程意义。
为实现上述目的，本发明提出一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，包括：水下机器人、水面无人母船和地面控制中心间；
所述水面无人母船和所述水下机器人通过第一无线通讯线路进行连接；所述水面无人母船与所述地面控制中心间通过第二无线通讯线路进行连接。
优选地，所述水下机器人包括：机器人本体、储能装置、目标识别定位子系统、水下环境感应设备、无线通讯装置、动力控制子系统；
所述机器人本体内部设有储能装置；所述机器人本体的上方设有所述水下环境感应设备和所述无线通讯装置；所述机器人本体的后方设有动力控制子系统；所述机器人本体的前方设有目标识别定位子系统。
优选地，所述水下环境感应设备包括水压传感器和水温传感器，分别用于测定水下机器人的下潜深度和当前深度的水体温度。
优选地，所述目标识别定位子系统包括机载水下双目成像设备，用于拍摄标识目标场景，确定标识目标的坐标信息和识别水滑坡体的表面变形特性和宏观变形特征。
优选地，所述水下机器人为潜艇式结构；所述机载水下双目成像设备为两个水下相机，其成像镜头均在同一水准线上。
优选地，所述水面无人母船包括：母船船体、船载阵列式声呐装置、船载动力控制系统、船载GNSS定位装置、数据处理与传输装置和太阳能自主供能装置；
所述母船船体的上方设有所述船载GNSS定位装置、数据处理与传输装置和所述太阳能自主供能装置；所述母船船体的后方设有所述船载动力控制系统；所述母船船体的下方设有所述船载阵列式声呐装置。
优选地，所述船载阵列式声呐装置个数为4，分别为：第一阵列式声呐装置、第二阵列式声呐装置、第三阵列式声呐装置和第四阵列式声呐装置；
所述母船船体的底部是一个边长均为L的四等边形；所述四等边形的4个顶点分别设置所述第一阵列式声呐装置、第二阵列式声呐装置、第三阵列式声呐装置和第四阵列式声呐装置。
优选地，所述船载GNSS定位装置个数为1，且布置于所述母船船体的底部四等边形的中心处，用于结合GPS导航系统和北斗系统测定当前所述水面无人母船在大地坐标系下的位置信息。
本发明还提出一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置的定位方法，具体包括以下步骤：
步骤一、水面无人母船利用无线通讯装置对水下机器人传输移动操作的指令，动力控制子系统驱动所述水下机器人下潜至机载水下双目成像设备的有效视距内；
步骤二、所述水下机器人利用水下环境感应设备获取当前水下机器人周边的水温和水压数据，同时利用目标识别定位子系统对水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征进行识别；然后基于双目成像原理和水压计，得到标识目标相对于所述水下机器人的第一空间坐标信息，并通过无线通讯装置将坐标信息和水下环境监测信息传输到所述水面无人母船；
步骤三、所述水面无人母船利用自身船底的船载阵列式声呐装置获取水下机器人相对于所述水面无人母船的第二空间坐标信息；同时结合自身船顶的船载GNSS定位装置获取所述水面无人母船相对于大地坐标系下的第三空间坐标信息，并利用数据处理与传输装置将所述第一空间坐标信息、第二空间坐标信息和所述第三空间坐标信息进行坐标转换，得到水下滑坡标识目标相对于大地坐标系下的第四空间坐标信息；
步骤四、基于网络通讯技术，所述水面无人母船将当前时间、当前水下标识目标的第四空间坐标信息、水温数据、水压数据和水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征传输到地面控制中心间的数据中心系统，然后由所述数据中心系统建立相应的位移和环境因素监测时间序列，用于建立库岸边坡整体变形预测和预警系统。
优选地，所述第二空间坐标信息是通过船载阵列式声呐装置发射和采集到的声呐反射信号、信号发射时间、反射信号与发出信号间的波形相位差，然后通过对应几何关系和边界约束条件，由混合蛙跳优化算法快速优化求解出当前水下机器人的第二空间坐标信息；
所述第四空间坐标信息是通过机载水下双目成像设备进行标定，得到世界坐标系、相机坐标系和像素坐标系间的对应关系，然后求取相机的摄影矩阵和标定点在左右两张图像上的投影点坐标，得到标识目标在大地坐标系下的空间坐标信息。
本发明的有益效果在于：
(1)本方法为水下滑坡地质体的变形监测标识目标的三维坐标和相关环境因素监测，运用当前发展相对成熟的水下机器人设备，结合水下声呐定位技术和双目成像定位原理，实现了水下监测目标的精确定位，相关环境因素和水下滑坡体表面宏观变形特性的实时监测，为复杂地质条件下库岸边坡和滑坡的水下淹没坡体的安全监测预警系统构建提供有力支持；
(2)分离式船载水下机器人的水下滑坡监测装置的无人母船上装置的太阳能自主功能装置可为母船和水下机器人自主供电，大大降低了设备维护难度；水下机器人与母船间没有线缆连接且水下机器人的视觉系统能否指导地面控制人员遥控指挥设备下潜至最优监测位置，进而为水下机器人的运动范围和监测工作提供了极大的便捷性。
(3)整套设备将水下监测目标的位置信息和环境水温数据的信号采集、存储、处理分析和传输集成一体化，并采用太阳能发电储能装置为设备自主供电，可对高山峡谷区的库岸边坡、滑坡的水下目标点和水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征进行持续监测，具有全天候、高精度优点，对复杂地质条件下库岸岩土边坡工程的安全监测分析具有重要的应用价值和工程意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的基于水下潜摄设备的水下滑坡监测装置的整体示意图；
图2是本发明中母船底部阵列式声呐与目标几何关系示意图；
图3是本发明中水下机器人目标识别坐标系对应关系示意图；
图4是本发明中双目成像装置的空间坐标定位示意图；
其中，1-母船船体、2-船载阵列式声呐装置、3-船载动力控制系统、4-船载GNSS定位装置、5-数据处理与传输装置、6-太阳能自主供能装置、7-机器人本体、8-储能装置、9-目标识别定位子系统、10-水下环境感应设备、11-无线通讯装置、12-动力控制子系统、13-第一阵列式声呐装置、14-第二阵列式声呐装置、15-第三阵列式声呐装置、16-第四阵列式声呐装置。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
声呐技术利用声波在水中传播过程中的衰减小的特点，使用声波在水中进行测量和观察，通过信号在水下传播途中障碍物或目标反射的回波来进行探测。由于目标信息保存在回波之中，以此根据接收到的回波信号来判断目标的存在，并测量或估计目标的距离、方位、速度等物理参量。双目视觉是仿生人类双眼的视觉系统，基于视差思想，使用两台相机按照不一样角度进行拍摄获得相同被测目标同一时刻的两幅图像，然后利用这两幅图像上对应点之间的位置偏差来得到被测目标立体空间位置信息的一种定位算法。本发明运用当前发展相对成熟的水下机器人设备，结合水下声呐定位技术和双目成像定位原理，实现了水下监测目标的精确定位和相关环境因素的实时监测，可应用于复杂地质条件下库岸边坡和滑坡的水下淹没坡体的持续安全监测预警研究。
因此，参照图1所示，本发明提出一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，包括：水下机器人、水面无人母船和地面控制中心间；所述水面无人母船用于确定水下机器人相对于水面无人母船的坐标信息，并对水面无人母船的当前位置进行定位；所述水下机器人用于确定水下标识目标的坐标并传输至水面无人母船；所述水面无人母船和所述水下机器人通过第一无线通讯线路进行连接；所述水面无人母船与所述地面控制中心间通过第二无线通讯线路进行连接。
所述水下机器人为潜艇式结构，包括：机器人本体7、储能装置8、目标识别定位子系统9、水下环境感应设备10、无线通讯装置11、动力控制子系统12；
所述机器人本体7内部设有储能装置8；所述机器人本体7的上方设有所述水下环境感应设备10和所述无线通讯装置11；所述机器人本体7的后方设有动力控制子系统12；所述机器人本体7的前方设有目标识别定位子系统9。
所述机器人本体7用于承载水下机器人的各个设备和系统；所述目标识别定位子系统9用于获取水下标识目标相对于水下机器人的第一空间坐标信息；所述水下环境感应设备10用于获取当前水下机器人周边的水温和水压数据；所述无线通讯装置11与水面无人母船建立有第一无线通讯链路，用于水下机器人与水面无人母船间的指令和监测数据传输；所述动力控制子系统12用于驱动水下机器人下潜至机载水下成像设备的有效视距内和水下机器人回收。
其中，所述水下环境感应设备10包括水压传感器和水温传感器，分别用于测定水下机器人的下潜深度和当前深度的水体温度。
所述目标识别定位子系统9包括机载水下双目成像设备，即两个水下相机，其成像镜头均在同一水准线上，用于拍摄标识目标场景，确定标识目标的坐标信息和识别水滑坡体的表面变形特性和宏观变形特征(如：岩体开裂，裂缝分布等特征)。
所述水面无人母船包括：母船船体1、船载阵列式声呐装置2、船载动力控制系统3、船载GNSS定位装置4、数据处理与传输装置5和太阳能自主供能装置6；
所述母船船体1的上方设有所述船载GNSS定位装置4、数据处理与传输装置5和所述太阳能自主供能装置6；所述母船船体1的后方设有所述船载动力控制系统3；所述母船船体1的下方设有所述船载阵列式声呐装置2。
所述母船船体1用于承载水下机器人的各个设备和系统；所述船载阵列式声呐装置2用于获取水下机器人相对于母船的第二坐标信息；所述船载动力系统3用于驱动母船行驶至指定监测水域；所述船载GNSS定位装置4用于获取母船的当前第三大地坐标信息；所述数据处理与传输装置5根据接收到的当前母船第三大地坐标信息、水下机器人相对母船的第二坐标信息和水下目标相对水下机器人的第一坐标信息进行坐标转换得到水下标识目标的大地坐标；所述数据处理与传输装置5与地面控制中心间建有第二无线通讯链路，用于母船与地面控制中心间的指令和监测数据传输；所述太阳能自主供能装置6为母船和水下机器人的整套监测设备提供所需电能。
其中，所述船载阵列式声呐装置2个数为4，分别为：第一阵列式声呐装置13、第二阵列式声呐装置14、第三阵列式声呐装置15和第四阵列式声呐装置16；
所述母船船体1的底部是一个边长均为L的四等边形；所述四等边形的4个顶点分别设置所述第一阵列式声呐装置13、第二阵列式声呐装置14、第三阵列式声呐装置15和第四阵列式声呐装置16。
所述船载GNSS定位装置4个数为1，且布置于所述母船船体1的底部四等边形的中心处，用于结合GPS导航系统和北斗系统测定当前所述水面无人母船在大地坐标系下的位置信息。
基于上述装置，本发明还提出一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置的定位方法，具体包括以下步骤：
步骤一、水面无人母船利用无线通讯装置11对水下机器人传输移动操作的指令，动力控制子系统12驱动所述水下机器人下潜至机载水下双目成像设备的有效视距内；
步骤二、所述水下机器人利用水下环境感应设备10获取当前水下机器人周边的水温和水压数据，同时利用目标识别定位子系统9对水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征进行识别；然后基于双目成像原理和水压计，得到标识目标相对于所述水下机器人的第一空间坐标信息，并通过无线通讯装置11将坐标信息和水下环境监测信息传输到所述水面无人母船；
步骤三、所述水面无人母船利用自身船底的船载阵列式声呐装置2获取水下机器人相对于所述水面无人母船的第二空间坐标信息；同时结合自身船顶的船载GNSS定位装置4获取所述水面无人母船相对于大地坐标系下的第三空间坐标信息，并利用数据处理与传输装置5将所述第一空间坐标信息、第二空间坐标信息和所述第三空间坐标信息进行坐标转换，得到水下滑坡标识目标相对于大地坐标系下的第四空间坐标信息；
所述第二空间坐标信息是通过船载阵列式声呐装置2发射和采集到的声呐反射信号、信号发射时间、反射信号与发出信号间的波形相位差，然后通过对应几何关系和边界约束条件，由混合蛙跳优化算法快速优化求解出当前水下机器人的第二空间坐标信息；参照图3所示，具体为：
基于母船上船载GNSS定位装置可定位当前母船的大地坐标信息为(x0,y0,z0)。
参照图2所示，母船底部的呈边长为L的等边四等边形布置四个主动声呐，且四个声呐装置布置以GNSS设备在水面的投影点为中心，水平静止水面上以保证声呐设备在一个水平面上；四个声呐设备顺时针编号为13、14、15和16，分别向水下机器人所在区域发射声呐信号并接收反射信号，记录接收到反射信号与发射信号间的时间差为Ti(i＝13,…,16)，则可知水下机器人到对应声呐设备的距离可表示为：Si＝c*Ti＝S′i+c*ni(i＝13,…,16)，式中：Si为水下机器人距第i号声呐的测量距离，Si'为水下机器人距第i号声呐的实际距离，c为声波在水中的传播速度(1.5Km/s)，ni为信号记录时引入的噪声，一般可认为是独立同分布且方差为σ2的高斯白噪声。
基于声呐反射信号求得水下目标与各声呐间的测量距离，进而确定混合蛙跳优化算法的约束条件和目标函数，以GNSS设备在水面的投影点为坐标原点O(0,0,0)创建坐标系，水下机器人在所述坐标系的投影点P1坐标为(x,y,0),在混合蛙跳优化算法中对x和y的约束条件为：
根据几何定律，水下机器人与各声呐设备间的实际距离Si'可表示为：
式中h由水下机器人上装置的水压计测得当前深度，因此可将求解坐标(x,y)转化为极值最优化问题：
其中优化算法目标函数可表示为：
fi(x,y)＝1/[(S′i-Si)T(S′i-Si)]
步骤4：应用混合蛙跳算法对所述极值最优化问题进行求解，设置青蛙组成的初始种群数为100，分为10个模因组，每组中含有10个个体，更新迭代次数为100次，进行迭代优化后得出的使目标函数fi(x,y)全局最小的坐标(x,y)即为水下机器人在所建坐标系上的投影坐标，因此水下机器人相对于母船的坐标可表示为(x1,y1,-h)。
所述第四空间坐标信息是通过机载水下双目成像设备进行标定，得到世界坐标系、相机坐标系和像素坐标系间的对应关系，然后求取相机的摄影矩阵和标定点在左右两张图像上的投影点坐标，得到标识目标在大地坐标系下的空间坐标信息。基于机载水下双目成像装置的空间坐标定位方法是由双目相机对水下目标拍照成像后，根据相机的摄影矩阵及空间点在两个图像中的投影点完成水下目标的三维定位，分别建立四个坐标系：世界坐标系(WCS)、相机坐标系(CCS)、图像坐标系(ICS)和像素坐标系(PCS)，坐标系对应关系如图3所示。
以(u，v)代表像素点在对应储存矩阵中的行数和列数，在像素坐标系中以OP为原点建立u-v坐标系，在图像坐标系中以O1为原点，建立平行于像素坐标系u-v中坐标轴的x轴和y轴，假定图像内任一点在图像坐标系的长度为1/dx和1/dy。同时在相机坐标系中建立与图像坐标系中横轴和纵轴平行的坐标轴路xc和yc，则相机坐标系对应像素坐标系的转换矩阵为：
式中f为成像相机的焦距，A为相机内部的参数矩阵。xw轴，yw轴和zw构成世界坐标系，采用外部参数矩阵M将世界坐标系和相机坐标系进行关联，假设P1＝[xw,yw,zw,1]和P2＝[xc,yc,zc,1]分别表示点P在世界坐标系和相机坐标系的齐次坐标，这图像坐标系与世界坐标系的映射矩阵为：zcQ＝AMP1，其中Q＝[u,v,1]T是点P在像素坐标系上对应的齐次坐标。
所述的双目成像设备的左右两个相机同时标定，对同一标识物体进行双目成像示意图如图4所示，依次得到两个相机的内外参数，同时标定出系统的结构参数，保持左右两个相机的光心OL和OR在同一高度，OL和OR间距离为基线距离B。假定点P在左右两个相机的相机坐标系中表示为PL＝(xL,xL)和PR＝(xR,xR)，且为一对精确匹配点，则标识目标点P坐标在双目成像系统中可表示为：
式中f为成像相机的焦距，d为左右相机的视差。
基于相机焦距f，基线距离B和视差d，结合几何计算可得空间点的深度信息，由基于特征的立体匹配方法实现立体匹配后，由双目视觉原理中相机坐标系与世界坐标系的映射关系P2＝MP1可实现空间标识点P在世界坐标系中的三维坐标(x2,y2,z2)，及所求的水下标识目标相对于水下机器人的坐标为(x2,y2,z2)。
通过布置在母船上方的GNSS接收机联接GPS卫星获取该设备的当前大地坐标为(x0,y0,z0)；由阵列式声呐装置发射和接收声呐信号测量后经混合蛙跳优化算法求解得水下机器人相对于母船的坐标为(x1,y1,-h)；基于水下双目成像装置对水下滑坡体标识目标进行定位识别，得出水下标识目标相对水下机器人的坐标为(x2,y2,z2)，经坐标转换后获得水下标识目标的三维坐标为(x0+x1+x2,y0+y1+y2,z0-h+z2)。
步骤四、基于网络通讯技术，所述水面无人母船将当前时间、当前水下标识目标的第四空间坐标信息、水温数据、水压数据和水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征传输到地面控制中心间的数据中心系统，然后由所述数据中心系统建立相应的位移和环境因素监测时间序列，用于建立库岸边坡整体变形预测和预警系统。
即，基于网络通讯技术，固定间隔时间1小时，将当前时间、水下监测目标的坐标数据、水下滑坡体表面的宏观变形特性和水温数据传输到数据中心系统，由数据中心系统建立其相应的位移和环境水温时间序列用于后续预测-预警分析和研究。
本发明为克服因库区水位蓄涨淹没部分地质体，导致原有基于遥感和GPS定位技术的常规变形监测技术无法继续对水下淹没体的变形及其它物理量实施监测的不足，提出了一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置和定位方法。本发明以船载水下机器人为核心，联合水下声呐和水下双目成像定位技术，采用无线控制与通讯系统实现了水下滑坡的监测信息和环境数据的信号采集、处理分析和无线传输需求一体化，可为复杂地质条件下库岸边坡和滑坡的水下淹没坡体的安全监测预警系统构建提供有力支持，具有重要的应用价值和工程意义。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，包括：水下机器人、水面无人母船和地面控制中心间；
所述水面无人母船和所述水下机器人通过第一无线通讯线路进行连接；所述水面无人母船与所述地面控制中心间通过第二无线通讯线路进行连接。
2.根据权利要求1所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述水下机器人包括：机器人本体(7)、储能装置(8)、目标识别定位子系统(9)、水下环境感应设备(10)、无线通讯装置(11)、动力控制子系统(12)；
所述机器人本体(7)内部设有储能装置(8)；所述机器人本体(7)的上方设有所述水下环境感应设备(10)和所述无线通讯装置(11)；所述机器人本体(7)的后方设有动力控制子系统(12)；所述机器人本体(7)的前方设有目标识别定位子系统(9)。
3.根据权利要求1所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述水下环境感应设备(10)包括水压传感器和水温传感器，分别用于测定水下机器人的下潜深度和当前深度的水体温度。
4.根据权利要求1所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述目标识别定位子系统(9)包括机载水下双目成像设备，用于拍摄标识目标场景，确定标识目标的坐标信息和识别水滑坡体的表面变形特性和宏观变形特征。
5.根据权利要求4所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述水下机器人为潜艇式结构；所述机载水下双目成像设备为两个水下相机，其成像镜头均在同一水准线上。
6.根据权利要求1所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述水面无人母船包括：母船船体(1)、船载阵列式声呐装置(2)、船载动力控制系统(3)、船载GNSS定位装置(4)、数据处理与传输装置(5)和太阳能自主供能装置(6)；
所述母船船体(1)的上方设有所述船载GNSS定位装置(4)、数据处理与传输装置(5)和所述太阳能自主供能装置(6)；所述母船船体(1)的后方设有所述船载动力控制系统(3)；所述母船船体(1)的下方设有所述船载阵列式声呐装置(2)。
7.根据权利要求6所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述船载阵列式声呐装置(2)个数为4，分别为：第一阵列式声呐装置(13)、第二阵列式声呐装置(14)、第三阵列式声呐装置(15)和第四阵列式声呐装置(16)；
所述母船船体(1)的底部是一个边长均为L的四等边形；所述四等边形的4个顶点分别设置所述第一阵列式声呐装置(13)、第二阵列式声呐装置(14)、第三阵列式声呐装置(15)和第四阵列式声呐装置(16)。
8.根据权利要求7所述的基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置，其特征在于，所述船载GNSS定位装置(4)个数为1，且布置于所述母船船体(1)的底部四等边形的中心处，用于结合GPS导航系统和北斗系统测定当前所述水面无人母船在大地坐标系下的位置信息。
9.一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置的定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一、水面无人母船利用无线通讯装置(11)对水下机器人传输移动操作的指令，动力控制子系统(12)驱动所述水下机器人下潜至机载水下双目成像设备的有效视距内；
步骤二、所述水下机器人利用水下环境感应设备(10)获取当前水下机器人周边的水温和水压数据，同时利用目标识别定位子系统(9)对水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征进行识别；然后基于双目成像原理和水压计，得到标识目标相对于所述水下机器人的第一空间坐标信息，并通过无线通讯装置(11)将坐标信息和水下环境监测信息传输到所述水面无人母船；
步骤三、所述水面无人母船利用自身船底的船载阵列式声呐装置(2)获取水下机器人相对于所述水面无人母船的第二空间坐标信息；同时结合自身船顶的船载GNSS定位装置(4)获取所述水面无人母船相对于大地坐标系下的第三空间坐标信息，并利用数据处理与传输装置(5)将所述第一空间坐标信息、第二空间坐标信息和所述第三空间坐标信息进行坐标转换，得到水下滑坡标识目标相对于大地坐标系下的第四空间坐标信息；
步骤四、基于网络通讯技术，所述水面无人母船将当前时间、当前水下标识目标的第四空间坐标信息、水温数据、水压数据和水下滑坡体的表面变形特性及宏观变形特征传输到地面控制中心间的数据中心系统，然后由所述数据中心系统建立相应的位移和环境因素监测时间序列，用于建立库岸边坡整体变形预测和预警系统。
10.一种基于水下潜摄设备的滑坡安全监测装置的定位方法，其特征在于，所述第二空间坐标信息是通过船载阵列式声呐装置(2)发射和采集到的声呐反射信号、信号发射时间、反射信号与发出信号间的波形相位差，然后通过对应几何关系和边界约束条件，由混合蛙跳优化算法快速优化求解出当前水下机器人的第二空间坐标信息；
所述第四空间坐标信息是通过机载水下双目成像设备进行标定，得到世界坐标系、相机坐标系和像素坐标系间的对应关系，然后求取相机的摄影矩阵和标定点在左右两张图像上的投影点坐标，得到标识目标在大地坐标系下的空间坐标信息。
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