CN114633883A - 一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，包括无人机本体和系统集成，所述无人机本体的顶部四周均活动安装有螺旋桨，所述无人机本体的底部四周均固定安装有高清摄像头，所述高清摄像头的数量为五个。本发明首先用高清摄像头进行监控，可对整个尾矿库区进行整体数字建模和三维地形图扫描，设置固定巡查航线，进行定期智能自动飞行作业，并根据尾矿干滩区域影像数据，解决了现有的尾矿坝巡检，采用人工巡检方式，此种方式巡检效率极低，且巡检工其它工作任务较为繁重，经常不能按时巡检，而长期在极端恶劣的气候条件下作业，对人员的身体状况和精神压力也是沉重考验的问题。

Description

一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体为一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法。
背景技术
中国黄金集团内蒙古矿业有限公司尾矿库规模庞大，气候条件恶劣，尾矿库的安全关系公司生产的命脉，日常关于尾矿库的库容、蓄水量、水圈范围、干滩长度、坝体现状等均采用采用GPS-RTK人工现场测量的方式，尾矿库的库容和蓄水量是在人工测绘绘制的二维平面图基础上计算出来的，由于测量精度有限，存在一定的误差，现有的尾矿坝巡检，采用人工巡检方式，此种方式巡检效率极低，且巡检工其它工作任务较为繁重，经常不能按时巡检，而长期在极端恶劣的气候条件下作业，对人员的身体状况和精神压力也是沉重的考验，为此，我们提出一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，具备替代人工测量的优点，解决了现有的尾矿坝巡检，采用人工巡检方式，此种方式巡检效率极低，且巡检工其它工作任务较为繁重，经常不能按时巡检，而长期在极端恶劣的气候条件下作业，对人员的身体状况和精神压力也是沉重考验的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，包括无人机本体和系统集成，所述无人机本体的顶部四周均活动安装有螺旋桨，所述无人机本体的底部四周均固定安装有高清摄像头，所述高清摄像头的数量为五个，所述系统集成包括全球定位系统、无人机自动驾驶系统、无线电传输系统、监测系统、智能化操控软件系统、倾斜摄影系统、实时图传系统、影像数据处理系统以及测绘方法，所述系统集成单向连接有智能化操控软件系统、无线电传输系统和无人机自动驾驶系统。
优选的，所述无人机自动驾驶系统单向连接有全球定位系统，所述无人机自动驾驶系统的输出端和无人机本体的输入端呈电性连接。
优选的，所述高清摄像头的输入端电性连接于无线电传输系统的输出端，所述无线电传输系统单向连接有监测系统。
优选的，所述监测系统的输出端单向连接有倾斜摄影系统与影像数据处理系统。
优选的，所述倾斜摄影系统与影像数据处理系统的输出端单向连接有实时图传系统，所述智能化操控软件系统的输出端单向连接于倾斜摄影系统的输入端。
优选的，所述测绘方法包括无人机三维影像数据获取、三维影像数据处理和三维模型中干滩面积等相关数据测量，所述无人机三维影像数据获取和三维影像数据处理呈单向连接，所述三维影像数据处理和三维模型中干滩面积等相关数据测量呈单向连接。
优选的，其无人机工作流程为：
S1、双光吊舱无人机准备；
S2、航线规划；
S3、飞行监控；
S4、接收双光影像。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明首先用高清摄像头进行监控，可对整个尾矿库区进行整体数字建模和三维地形图扫描，设置固定巡查航线，进行定期智能自动飞行作业，并根据尾矿干滩区域影像数据，对干滩面积、长度、方量、水域面积、标高、坡率、尾矿矿浆流向等进行精准测量或定期监控，准确掌握干滩数据及影像资料，通过智能化操控软件系统，人们可通过操作地面站智能控制软件，在指定区域内进行高效的测绘测量航线规划工作,包括飞行速度、高度、拍照覆盖率等，可根据具体环境进行设置调整，快速获取高清影像航片；快速规划飞行路径及航线；在有限的场地进行无人机的起飞与降落；或在地形条件复杂情况下执行拍摄高精度,高分辨率航片等高难度任务，此套操控系统支持谷歌、北斗等多种模式地图，根据实际作业地方，提前规划好航线，飞行各类参数能根据实际飞行需求进行设置，支持一键起飞，一键降落，定高、悬停等模式，并能在终端显示器上实时监控到无人机到飞行姿态及相关数据；在地面站操控软件系统上，还能储存无人机飞行数据（类似民航客机黑匣子的数据），为后续数据追溯、数据分析等提供保障，通过倾斜摄影系统的设置，为了能获取空中立体扫描影像数据，原理是在一个平台上安置五个高清相机镜头，分别是：前、后、左、右和正摄，前后左右相机镜头倾斜的角度为45度角，这样在航线设置重叠的情况下，同一地景可以出现五个画面，画面也是地景的前后左右和正摄，这样高清的影响数据就具有了立体三维模型的数据基础，这些影像数据导入到专业数据处理软件中，因倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可量测的影像数据，处理后能同时加载出DSM、DOM、DLG 等数据成果，可轻松对干滩面积、标高、液面、坝体等相关数据信息进行掌控，通过影像数据处理系统的设置，可在获取倾斜摄影数据后，需导入到相关软件，对同一个点的同时五张航片进行关键数据抓取，拼接建模，结合多视影像联合平差、多视影像密集匹配等关键技术，处理输出的三维影像图，通过实时图传系统的设置，实时图传系统技术是在无线电传输技术的基础上发展起来的，因为图传的文件大小比数传文件大的多，根据尾矿库巡检需求，需实现实时监测，无人机运用方案中设计了一款双光吊舱的无人机，图传距离为10公里，可通过客户端清晰实时查看无人机搭载双光吊舱飞过经过的影像，并且通过自建流媒体服务器，在公司局域网内任意一台电脑或移动终端上都可实时观看飞行影像及录像回放，经倾斜摄影无人机影像数据采集后，导入工作站中处理后形成三维影像数据模型，通过利用双光吊舱无人机对于尾矿库的实时监控，在手持地面站软件或其他终端可以实时查看，可进行监控作业，利用无人机本体对尾矿干滩储存库区进行数字建模和处理三维模型图，三维倾斜摄影无人机系统中设计有五相机和PPK、GPS等定位差分模块，控制精度可以达到5cm以内，在无人机获取印象数据后，输入专用的软件中处理数据，输出高精度的三维模型图，可测量干滩库区水圈面积、水位标高、干滩长度及面积、干滩标高等数据信息，让人们快速做出正确的判断或决策，达到了替代人工测量的效果，解决了现有的尾矿坝巡检，采用人工巡检方式，此种方式巡检效率极低，且巡检工其它工作任务较为繁重，经常不能按时巡检，而长期在极端恶劣的气候条件下作业，对人员的身体状况和精神压力也是沉重考验的问题。
附图说明
图1为本发明结构俯视图；
图2为本发明系统原理图；
图3为本发明测绘流程示意图；
图4为本发明实时监控作业流程示意图。
图中：1、螺旋桨；2、高清摄像头；3、无人机本体。
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。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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，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装置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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的螺旋桨1、高清摄像头2和无人机本体3部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
请参阅图1-4，一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，包括无人机本体3和系统集成，无人机本体3的顶部四周均活动安装有螺旋桨1，无人机本体3的底部四周均固定安装有高清摄像头2，高清摄像头2的数量为五个，系统集成包括全球定位系统、无人机自动驾驶系统、无线电传输系统、监测系统、智能化操控软件系统、倾斜摄影系统、实时图传系统、影像数据处理系统以及测绘方法，系统集成单向连接有智能化操控软件系统、无线电传输系统和无人机自动驾驶系统。
无人机自动驾驶系统单向连接有全球定位系统，无人机自动驾驶系统的输出端和无人机本体3的输入端呈电性连接。
高清摄像头2的输入端电性连接于无线电传输系统的输出端，无线电传输系统单向连接有监测系统。
监测系统的输出端单向连接有倾斜摄影系统与影像数据处理系统。
倾斜摄影系统与影像数据处理系统的输出端单向连接有实时图传系统，智能化操控软件系统的输出端单向连接于倾斜摄影系统的输入端。
测绘方法包括无人机三维影像数据获取、三维影像数据处理和三维模型中干滩面积等相关数据测量，无人机三维影像数据获取和三维影像数据处理呈单向连接，三维影像数据处理和三维模型中干滩面积等相关数据测量呈单向连接。
其无人机工作流程为：
S1、双光吊舱无人机准备；
S2、航线规划；
S3、飞行监控；
S4、接收双光影像。
使用时，首先用高清摄像头2进行监控，可对整个尾矿库区进行整体数字建模和三维地形图扫描，设置固定巡查航线，进行定期智能自动飞行作业，并根据尾矿干滩区域影像数据，对干滩面积、长度、方量、水域面积、标高、坡率、尾矿矿浆流向等进行精准测量或定期监控，准确掌握干滩数据及影像资料，通过智能化操控软件系统，人们可通过操作地面站智能控制软件，在指定区域内进行高效的测绘测量航线规划工作,包括飞行速度、高度、拍照覆盖率等，可根据具体环境进行设置调整，快速获取高清影像航片；快速规划飞行路径及航线；在有限的场地进行无人机的起飞与降落；或在地形条件复杂情况下执行拍摄高精度,高分辨率航片等高难度任务，此套操控系统支持谷歌、北斗等多种模式地图，根据实际作业地方，提前规划好航线，飞行各类参数能根据实际飞行需求进行设置，支持一键起飞，一键降落，定高、悬停等模式，并能在终端显示器上实时监控到无人机到飞行姿态及相关数据；在地面站操控软件系统上，还能储存无人机飞行数据（类似民航客机黑匣子的数据），为后续数据追溯、数据分析等提供保障，通过倾斜摄影系统的设置，为了能获取空中立体扫描影像数据，原理是在一个平台上安置五个高清相机镜头，分别是：前、后、左、右和正摄，前后左右相机镜头倾斜的角度为45度角，这样在航线设置重叠的情况下，同一地景可以出现五个画面，画面也是地景的前后左右和正摄，这样高清的影响数据就具有了立体三维模型的数据基础，这些影像数据导入到专业数据处理软件中，因倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可量测的影像数据，处理后能同时加载出DSM、DOM、DLG 等数据成果，可轻松对干滩面积、标高、液面、坝体等相关数据信息进行掌控，通过影像数据处理系统的设置，可在获取倾斜摄影数据后，需导入到相关软件，对同一个点的同时五张航片进行关键数据抓取，拼接建模，结合多视影像联合平差、多视影像密集匹配等关键技术，处理输出的三维影像图，通过实时图传系统的设置，实时图传系统技术是在无线电传输技术的基础上发展起来的，因为图传的文件大小比数传文件大的多，根据尾矿库巡检需求，需实现实时监测，无人机运用方案中设计了一款双光吊舱的无人机，图传距离为10公里，可通过客户端清晰实时查看无人机搭载双光吊舱飞过经过的影像，并且通过自建流媒体服务器，在公司局域网内任意一台电脑或移动终端上都可实时观看飞行影像及录像回放，经倾斜摄影无人机影像数据采集后，导入工作站中处理后形成三维影像数据模型，通过利用双光吊舱无人机对于尾矿库的实时监控，在手持地面站软件或其他终端可以实时查看，可进行监控作业，利用无人机本体3对尾矿干滩储存库区进行数字建模和处理三维模型图，三维倾斜摄影无人机系统中设计有五相机和PPK、GPS等定位差分模块，控制精度可以达到5cm以内，在无人机获取印象数据后，输入专用的软件中处理数据，输出高精度的三维模型图，可测量干滩库区水圈面积、水位标高、干滩长度及面积、干滩标高等数据信息，让人们快速做出正确的判断或决策，达到了替代人工测量的效果，解决了现有的尾矿坝巡检，采用人工巡检方式，此种方式巡检效率极低，且巡检工其它工作任务较为繁重，经常不能按时巡检，而长期在极端恶劣的气候条件下作业，对人员的身体状况和精神压力也是沉重考验的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，包括无人机本体（3）和系统集成，其特征在于：所述无人机本体（3）的顶部四周均活动安装有螺旋桨（1），所述无人机本体（3）的底部四周均固定安装有高清摄像头（2），所述高清摄像头（2）的数量为五个，所述系统集成包括全球定位系统、无人机自动驾驶系统、无线电传输系统、监测系统、智能化操控软件系统、倾斜摄影系统、实时图传系统、影像数据处理系统以及测绘方法，所述系统集成单向连接有智能化操控软件系统、无线电传输系统和无人机自动驾驶系统。
2.根据权利要求1所述的一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，其特征在于：所述无人机自动驾驶系统单向连接有全球定位系统，所述无人机自动驾驶系统的输出端和无人机本体（3）的输入端呈电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，其特征在于：所述高清摄像头（2）的输入端电性连接于无线电传输系统的输出端，所述无线电传输系统单向连接有监测系统。
4.根据权利要求3所述的一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，其特征在于：所述监测系统的输出端单向连接有倾斜摄影系统与影像数据处理系统。
5.根据权利要求1所述的一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，其特征在于：所述倾斜摄影系统与影像数据处理系统的输出端单向连接有实时图传系统，所述智能化操控软件系统的输出端单向连接于倾斜摄影系统的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，其测绘方法在于：所述测绘方法包括无人机三维影像数据获取、三维影像数据处理和三维模型中干滩面积等相关数据测量，所述无人机三维影像数据获取和三维影像数据处理呈单向连接，所述三维影像数据处理和三维模型中干滩面积等相关数据测量呈单向连接。
7.根据权利要求1所述的一种高精度建模和智能巡检的尾矿库管理方法，其无人机工作流程为：
S1、双光吊舱无人机准备；
S2、航线规划；
S3、飞行监控；
S4、接收双光影像。
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