[發明專利]一種基于機載LiDAR數據的堤防破壞檢測方法

有效

• 申請號: 201810131020.0
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108363050B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 沈定濤;張煜;葉松;曹波;宋麗;陳文龍;魏思奇
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

一種基于機載LiDAR數據的堤防破壞檢測方法，其針對堤防巡查管理的實際需求，通過采集堤防機載LiDAR數據，再通過點云數據濾波，對地面點云插值生成高精度堤防DEM數據，在此基礎上，利用高精度DEM生成堤防坡度圖及其矢量化數據產品，再利用圖斑融合操作剔除碎圖斑，進而提取堤防堤頂、堤坡形態參數信息，結合堤防線數據，構造等距離堤防斷面，通過堤防斷面線與堤防堤頂堤坡求交，計算交點集，通過統計斷面線處交點集數目從而實現斷面線處堤防破壞檢測。機載LiDAR生成的高精度DEM數據能夠精細的表達地面形態變化，本發明可高效的探測到堤防破壞，可用于水利部門開展堤防巡查管理，極大提高堤防破壞檢測的效率，具有很好的應用價值。

技術領域

本發明涉及水利信息技術領域，具體是一種基于機載LiDAR數據的堤防破壞檢測方法。

背景技術

堤防是重要的防洪措施，我國目前已建堤防長度達到20余萬公里，在防洪救災中起到了重要作用。堤防通常由兩部分組成，即堤頂和堤坡，其中堤頂是指堤防頂部的平坦表面，其橫向寬度比堤基窄，堤坡是指堤防的兩側部分，其外邊緣與地面持平，堤坡與堤頂組成堤防的堤身。有的現代化堤防也會在堤坡建有戧臺，戧臺為堤坡處一段平整的地面，其寬度通常比堤頂窄。堤防一側通常是臨水的，以抵御洪、潮侵襲，另一側為人類活動區域。

堤防的規格、形制如堤防的最小高程、堤頂寬度、堤坡坡度等，通常都有一套設計規范，在中國，最新的堤防設計規范是發布于2013年的《堤防工程設計規范》國家標準(GB50286-2013)。堤防隨著使用年限的延長，會因為受到洪水侵蝕、堤基下沉、人類活動等導致堤防防洪能力下降，主要表現在堤防高程下降、堤坡垮塌等等。

堤防管理是為了維護堤防工程完整，確保工程安全，充分發揮地方工程的防洪、排澇、抗風浪和風暴潮的作用，通過技術、經濟、行政、法律的手段對堤防進行管理的工作。堤防工程的日常巡查管理應做好以下幾方面：

(1)斷面達標

堤防管理首先是堤防斷面應當達到設計的標準，包括堤頂高程、堤頂寬度、邊坡坡度、平整度、戧臺高程、寬度、邊坡等都應滿足設計要求。

(2)結構穩定

對于斷面達標的堤防，在設計洪水條件下，其結構還需滿足安全穩定的要求，不能產生滑坡、滲透、塌陷、開裂等破壞現象而削弱堤防斷面，影響堤防安全穩定。

一般來說，堤防的管理工作主要通過日常巡查開展，通過人工方式檢查堤防的各處破壞及其存在的各種隱患，比較費時費力。特別是針對堤防破壞的檢查，很多小的破壞很難通過人工觀察方式察覺。

發明人在實現本發明的過程中經過研究發現：隨著當前機載LiDAR(LightDetection And Ranging，激光探測與測量)技術的快速發展，通過機載LiDAR點云生成的高分辨率DEM數據，其高程誤差可以控制在15cm，空間分辨率能夠達到1m甚至0.5m，這為高精度堤防信息提取和穩定性分析提供了數據基礎。為此，本發明利用堤防機載LiDAR數據，提出了一套從機載LiDAR數據提取堤防堤頂堤坡形態參數，并開展堤防破壞度檢測的方法，該方法是一種半自動程序化方法，能很好協助人工現場開展堤防檢測工作。

發明內容

本發明針對常規堤防檢測需要人工實地探測，工作量大，效率低等缺點，提供一種基于機載LiDAR數據的堤防破壞檢測方法，通過高精度DEM上對堤防破損的靈敏性，能夠高效的實現大范圍、高精度的堤防堤頂堤坡破損檢測，可以很好解決當前堤防破壞檢測所遇到的上述技術問題，滿足高效、高精度和大范圍堤防破壞檢測的需求。

一種基于機載LiDAR數據的堤防破壞檢測方法，包括如下步驟：

第一步、從堤防機載LiDAR數據分離出地面點云，生成高精度堤防DEM數據，基于高精度堤防DEM數據生成堤防坡度圖；