CN114894163A - 面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，涉及地质灾害预警技术领域，包括以下步骤：初步判断地质灾害隐患区域，确定合适的像控点布设方案；基于所述像控点布设方案，规划无人机的飞行航迹；无人机控制平台控制多台无人机沿所述飞行轨迹飞行，通过搭载在无人机上的摄像系统完成拍摄任务，获取地面的影像资料；对获取的所述影像资料进行处理，建立三维模型；基于所述三维模型，确定地质灾害隐患点，判断地质灾害类型并发出相应的预警信息。本发明中的技术方案可以实现对地质灾害的快速准确探测，对于突发的地质灾害进行提前预警、提前避让，避免人员伤亡。

Description

面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法

技术领域

本发明涉及地质灾害预警技术领域，更具体的说是涉及一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法。

背景技术

在自然或人为因素的作用下形成的地质灾害，会直接或间接危害人类生命财产、生活与经济活动，破坏人类赖以生存与发展的资源、环境，它在时间和空间上的分布规律，既受制于自然环境，又与人类活动有关，往往是人类与自然界相互作用的结果，常见的地质灾害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地面沉降等。

我国地质条件复杂，山地丘陵约占国土面积的60％，构造活动频繁，在地质条件不稳定的地区，地质灾害隐患多、分布广、防范难度大；此外，我国地质灾害专业应急救援队伍建设起步较晚，目前各省(区、市)主要依托区域内的解放军、武警、消防救援、安全生产应急救援队伍等开展地质灾害救援行动。因此尽可能全面识别和发现灾害隐患并提前主动防控，成为当前我国防灾减灾最为重要的工作内容。

尽管当前地质灾害研究在学术、方法上取得了很大的进展，但仍存在很多问题：野外勘察时对灾害点的基本情况认识不清、可能在不同程度上忽略了防治工程的现场实施条件调查，测量工作布置不合理等，传统的地质灾害隐患的探测主要依靠专业人员进行人工识别，工作量大、工作效率低。

因此，如何实现对地质灾害的快速准确探测，对于突发的地质灾害进行提前预警、提前避让，避免人员伤亡是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，解决了以上背景技术中所存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，包括以下步骤：

初步判断地质灾害隐患区域，确定合适的像控点布设方案；

基于所述像控点布设方案，规划无人机的飞行航迹；

无人机控制平台控制多台无人机沿所述飞行轨迹飞行，通过搭载在无人机上的摄像系统完成拍摄任务，获取地面的影像资料；

对获取的所述影像资料进行处理，建立三维模型；

基于所述三维模型，确定地质灾害隐患点，判断地质灾害类型并发出相应的预警信息。

上述技术方案达到的技术效果为：可以实现对地质灾害的快速准确预测，能够对可能发生的地质灾害进行提前预警、提前避让，避免人员伤亡。

可选的，所述确定合适的像控点布设方案，具体包括以下步骤：

获取高空遥感图像，确定地质灾害危险范围，划分地质灾害隐患区域；

根据每个地质灾害隐患区域的不同地形，确定该地形是否存在地形特征点；若存在，则将所述地形特征点作为像控点，若不存在，则在所述地质灾害隐患区域内均匀布设像控点，使布设的像控点能均匀地覆盖整个地质灾害隐患区域。

可选的，所述高空遥感图像通过遥感设备获得，所述遥感设备包括遥感平台和成像雷达；其中，所述遥感平台为搭载成像雷达的运载工具，所述成像雷达为探测目标电磁波特性的设备。

上述技术方案达到的技术效果为：结合遥感技术，可避免地形、气候、观测条件等不利影响；合理布设像控点，为航空摄影测量提供一个良好的环境，以此来获取更为精准的信息，提高测量精准度。

可选的，所述规划无人机的飞行航迹，具体为：

基于不同的像控点布设方案，确定无人机飞行界线；

针对不同的精度要求及地面建筑高度，确定无人机飞行高度；

收集资料并分析，确定无人机飞行受力，根据所述无人机飞行受力确定无人机倾斜摄影的航线。

上述技术方案达到的技术效果为：能够弥补传统地质勘测的不足和缺陷，采集整个区域的地面图像信息，确保无遗漏。

可选的，所述无人机包括无人机本体、动力装置、摄像系统、GPS定位装置；

所述动力装置连接在所述无人机本体的四周，所述无人机本体具有腔体，所述摄像系统、GPS定位装置位于腔体的内部；所述无人机本体的正下方为透明底盖，以使摄像系统获取地面的影像资料。

可选的，所述摄像系统包括垂直摄像头、第一倾斜摄像头、第二倾斜摄像头、第三倾斜摄像头、第四倾斜摄像头；

其中，所述垂直摄像头采集正下方的影像资料；

所述第一倾斜摄像头、第二倾斜摄像头、第三倾斜摄像头、第四倾斜摄像头均匀分布在所述垂直摄像头的四周，用于采集四个倾斜角度的影像资料。

可选的，所述影像资料为无人机倾斜摄影图像；所述建立三维模型，具体包括以下步骤：

对所述无人机倾斜摄影图像进行预处理，获取第一图像数据；其中，预处理包括图像增强处理和图像复原处理；

对所述第一图像数据进行像片控制点处理，获取第二图像数据；

对所述第二图像数据进行空中三角测量，得到空中三角测量信息，并基于空中三角测量信息全自动建立三维模型。

可选的，所述判断地质灾害类型并发出相应的预警信息，具体包括以下步骤：

查找资料，获取地质灾害类型与地形地貌的内在联系，作为标准信息；

在所述三维模型中，根据时间先后顺序分析是否有移动点，获取移动点的坐标，并计算该区域的形变信息、动态位移信息和振动频率信息，作为实时采集信息；

将实时采集信息与标准信息作比较，探测地面微小变形，判断该区域的灾害隐患类型，并向地质灾害防治中心发送预警信息。

可选的，所述方法还包括：

根据所述实时采集信息与标准信息之间的差值大小，判断地质灾害发生的可能性，确定预警等级；

设立第一预警阈值和第二预警阈值，所述第一预警阈值小于第二预警阈值；

当二者之间的差值小于第一预警阈值时，通过移动无线通信网络向地质灾害防治中心发送初级预警信息，并通过短信形式向客户端发送初级预警通知；

当二者之间的差值位于第一预警阈值和第二预警阈值之间时，通过移动无线通信网络向地质灾害防治中心发送中级预警信息，并通过短信形式向客户端发送中级预警通知；

当二者之间的差值大于第二预警阈值时，立即通过警报器发出警报。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，具有以下有益效果：

(1)本发明通过多无人机协同摄影测量技术获取地面影像资料，判断地质灾害隐患类型，可实现对地质灾害的快速准确探测，对于可能发生的地质灾害进行提前预警、提前避让，避免人员伤亡；结合遥感技术，获取高空遥感图像，可避免地形、气候、观测条件等不利影响；

(2)本发明采用倾斜摄影测量技术可反映灾害区域的真实情况，相对于正射影像来说，倾斜影像能够从更多角度观察地面情况，且其数据格式可通过成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用；

(3)本发明的技术方案中确定合理的像控点布设方案，并以此为基础规划无人机飞行航迹，能够弥补传统地质勘测的不足和缺陷，采集整个区域的地面图像信息，确保无遗漏，使获取的信息更精准，提高精确度。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法的流程示意图；

图2为无人机的结构示意图。

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。

本发明实施例公开了一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，如图1所示，包括以下步骤：

初步判断地质灾害隐患区域，确定合适的像控点布设方案；

基于像控点布设方案，规划无人机的飞行航迹；

无人机控制平台控制多台无人机沿飞行轨迹飞行，通过搭载在无人机上的摄像系统完成拍摄任务，获取地面的影像资料；

对获取的影像资料进行处理，建立三维模型；

基于三维模型，确定地质灾害隐患点，判断地质灾害类型并发出相应的预警信息。

像控点是摄影测量控制加密和测图的基础，其要包围测区边缘以控制测区范围内的位置精度。在倾斜摄影航测作业中，为了保证模型精度，像控点布设是一个最基本的保证精度的方法，其位置的选择和坐标的测定直接影响到成图精度。

在本实施例中，确定合适的像控点布设方案，具体包括以下步骤：

获取高空遥感图像，确定地质灾害危险范围，划分地质灾害隐患区域；

根据每个地质灾害隐患区域的不同地形，确定该地形是否存在地形特征点；若存在，则将该地形特征点作为像控点，若不存在，则在地质灾害隐患区域内均匀布设像控点，使布设的像控点能均匀地覆盖整个地质灾害隐患区域。

具体地，高空遥感图像通过遥感设备获得，遥感设备包括遥感平台和成像雷达；其中遥感平台为搭载成像雷达的运载工具(可以为气球、飞机、人造卫星等)，成像雷达为探测目标电磁波特性的设备。

在高空中遥感技术能够探测到较大的地区范围，宏观上获得该地区范围的数据；地面条件不会对遥感技术造成限制，在一些沙漠、沼泽等恶劣条件的地区，采用遥感技术取代人类采集和探测相关的重要数据。因此，在全区范围内利用遥感技术可以积极了解地质情况，容易找出地质灾害的范围；同时，通过遥感技术能够对变化的气候进行动态监测，及时提醒在容易发生地质灾害地区的人们尽快做好预防工作。

无人机航迹规划就是在特定约束条件下，寻找一条从初始点到目标点满足某种性能指标最优的运动轨迹。在本实施例中，规划无人机的飞行航迹，具体为：

基于不同的像控点布设方案，确定无人机飞行界线；

针对不同的精度要求及地面建筑高度，确定无人机飞行高度；

收集资料并分析，确定无人机飞行受力，根据无人机飞行受力确定无人机倾斜摄影的航线。

具体地，如图2所示，无人机包括无人机本体、动力装置、摄像系统、GPS定位装置；其中，动力装置连接在无人机本体的四周，无人机本体具有腔体，摄像系统、GPS定位装置位于腔体的内部；无人机本体的正下方为透明底盖，以使摄像系统获取地面的影像资料。

进一步地，摄像系统包括垂直摄像头、第一倾斜摄像头、第二倾斜摄像头、第三倾斜摄像头、第四倾斜摄像头；其中，垂直摄像头采集正下方的影像资料；第一倾斜摄像头、第二倾斜摄像头、第三倾斜摄像头、第四倾斜摄像头均匀分布在垂直摄像头的四周，用于采集四个倾斜角度的影像资料。

进一步地，建立三维模型，具体包括以下步骤：

对无人机倾斜摄影图像进行预处理，获取第一图像数据；其中，预处理包括图像增强处理和图像复原处理；

对第一图像数据进行像片控制点处理，获取第二图像数据；

对第二图像数据进行空中三角测量，得到空中三角测量信息，并基于空中三角测量信息全自动建立三维模型。

空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密后的高程和平面位置的测量方法，其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。空中三角测量一般分为两种：模拟空中三角测量即光学机械法空中三角测量；解析空中三角测量即电算加密。

进一步地，判断地质灾害类型并发出相应的预警信息，具体包括以下步骤：

查找资料，获取地质灾害类型与地形地貌的内在联系，作为标准信息；

在三维模型中，根据时间先后顺序分析是否有移动点，获取移动点的坐标，并计算该区域的形变信息、动态位移信息和振动频率信息，作为实时采集信息；

将实时采集信息与标准信息作比较，探测地面微小变形，判断该区域的灾害隐患类型，并向地质灾害防治中心发送预警信息。

进一步地，该方法还包括：

根据实时采集信息与标准信息之间的差值大小，判断地质灾害发生的可能性，确定预警等级；

设立第一预警阈值和第二预警阈值，其中，第一预警阈值小于第二预警阈值；

当二者之间的差值小于第一预警阈值时，通过移动无线通信网络向地质灾害防治中心发送初级预警信息，并通过短信形式向客户端发送初级预警通知；

当二者之间的差值位于第一预警阈值和第二预警阈值之间时，通过移动无线通信网络向地质灾害防治中心发送中级预警信息，并通过短信形式向客户端发送中级预警通知；

当二者之间的差值大于第二预警阈值时，立即通过警报器发出警报。

传统的地质灾害隐患的探测主要依靠专业人员进行人工识别，工作量大、工作效率低，而本发明通过多无人机协同摄影测量技术获取地面影像资料，判断地质灾害隐患类型，可实现对地质灾害的快速准确探测，对于可能发生的地质灾害进行提前预警、提前避让，避免人员伤亡；结合遥感技术，获取高空遥感图像，可避免地形、气候、观测条件等不利影响，获取的信息更精准，提高了精确度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

初步判断地质灾害隐患区域，确定合适的像控点布设方案；

基于所述像控点布设方案，规划无人机的飞行航迹；

无人机控制平台控制多台无人机沿所述飞行航迹飞行，通过搭载在无人机上的摄像系统完成拍摄任务，获取地面的影像资料；

对获取的所述影像资料进行处理，建立三维模型；

基于所述三维模型，确定地质灾害隐患点，判断地质灾害类型并发出相应的预警信息。

2.根据权利要求1所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述确定合适的像控点布设方案，具体包括以下步骤：

获取高空遥感图像，确定地质灾害危险范围，划分地质灾害隐患区域；

根据每个地质灾害隐患区域的不同地形，确定该地形是否存在地形特征点；若存在，则将所述地形特征点作为像控点，若不存在，则在所述地质灾害隐患区域内均匀布设像控点，使布设的像控点能均匀地覆盖整个地质灾害隐患区域。

3.根据权利要求2所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述高空遥感图像通过遥感设备获得，所述遥感设备包括遥感平台和成像雷达；其中，所述遥感平台为搭载成像雷达的运载工具，所述成像雷达为探测目标电磁波特性的设备。

4.根据权利要求1所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述规划无人机的飞行航迹，具体为：

基于不同的像控点布设方案，确定无人机飞行界线；

针对不同的精度要求及地面建筑高度，确定无人机飞行高度；

收集资料并分析，确定无人机飞行受力，根据所述无人机飞行受力确定无人机倾斜摄影的航线。

5.根据权利要求1所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述无人机包括无人机本体、动力装置、摄像系统、GPS定位装置；

所述动力装置连接在所述无人机本体的四周，所述无人机本体具有腔体，所述摄像系统、GPS定位装置位于腔体的内部；所述无人机本体的正下方为透明底盖，以使摄像系统获取地面的影像资料。

6.根据权利要求5所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述摄像系统包括垂直摄像头、第一倾斜摄像头、第二倾斜摄像头、第三倾斜摄像头、第四倾斜摄像头；

其中，所述垂直摄像头采集正下方的影像资料；

所述第一倾斜摄像头、第二倾斜摄像头、第三倾斜摄像头、第四倾斜摄像头均匀分布在所述垂直摄像头的四周，用于采集四个倾斜角度的影像资料。

7.根据权利要求1所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述影像资料为无人机倾斜摄影图像；所述建立三维模型，具体包括以下步骤：

对所述无人机倾斜摄影图像进行预处理，获取第一图像数据；其中，预处理包括图像增强处理和图像复原处理；

对所述第一图像数据进行像片控制点处理，获取第二图像数据；

对所述第二图像数据进行空中三角测量，得到空中三角测量信息，并基于空中三角测量信息全自动建立三维模型。

8.根据权利要求1所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，所述判断地质灾害类型并发出相应的预警信息，具体包括以下步骤：

查找资料，获取地质灾害类型与地形地貌的内在联系，作为标准信息；

在所述三维模型中，根据时间先后顺序分析是否有移动点，获取移动点的坐标，并计算该区域的形变信息、动态位移信息和振动频率信息，作为实时采集信息；

将实时采集信息与标准信息作比较，探测地面微小变形，判断该区域的灾害隐患类型，并向地质灾害防治中心发送预警信息。

9.根据权利要求8所述的一种面向多无人机协同摄影测量的地质灾害隐患探测方法，其特征在于，还包括：

根据所述实时采集信息与标准信息之间的差值大小，判断地质灾害发生的可能性，确定预警等级；

设立第一预警阈值和第二预警阈值，所述第一预警阈值小于第二预警阈值；

当二者之间的差值小于第一预警阈值时，通过移动无线通信网络向地质灾害防治中心发送初级预警信息，并通过短信形式向客户端发送初级预警通知；

当二者之间的差值位于第一预警阈值和第二预警阈值之间时，通过移动无线通信网络向地质灾害防治中心发送中级预警信息，并通过短信形式向客户端发送中级预警通知；

当二者之间的差值大于第二预警阈值时，立即通过警报器发出警报。

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