[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于多傳感器的邊坡變形立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010742150.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111623722B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯光銀;張家松;張升彪;鄒俊華;候俊敏;曾智力;曾明;瞿海洋;謝旭奎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南致力工程科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/16;G01D21/02;G06T7/33;G06F17/18
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于多傳感器的邊坡變形立體監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括：

邊坡表面三維激光掃描步驟，利用機(jī)載三維激光掃描系統(tǒng)或者地面固定三維激光掃描系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)被監(jiān)測(cè)的邊坡表面執(zhí)行三維激光掃描，獲得表征整個(gè)邊坡表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合；

邊坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理步驟，將三維激光掃描直接獲取的邊坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行粗配準(zhǔn)、精配準(zhǔn)、邊坡點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云去噪以及數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化，為后續(xù)分析邊坡的形變狀況并執(zhí)行區(qū)域分級(jí)打好基礎(chǔ)；

邊坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析步驟，通過(guò)監(jiān)測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)按時(shí)序排列的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)邊坡整體表面形態(tài)進(jìn)行分析，提取邊坡表面的變形區(qū)域信息，從而分析邊坡表面的穩(wěn)定性狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)將整個(gè)邊坡表面進(jìn)行區(qū)域分級(jí)，劃分為不同穩(wěn)定性分級(jí)區(qū)域；

基于多傳感器數(shù)據(jù)的邊坡穩(wěn)定性評(píng)估與預(yù)測(cè)步驟，結(jié)合位于不同分級(jí)區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的多傳感器數(shù)據(jù)，利用該區(qū)域適用的邊坡穩(wěn)定性分析模型執(zhí)行分析，從而獲得邊坡總體及各個(gè)區(qū)域的穩(wěn)定性狀況，分析預(yù)測(cè)邊坡的形變程度和風(fēng)險(xiǎn)；其中，所述邊坡穩(wěn)定性分析模型采取卡爾曼濾波模型，該模型基于卡爾曼濾波的循環(huán)遞推來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的預(yù)估；卡爾曼濾波模型建立了邊坡區(qū)域穩(wěn)定性的狀態(tài)模型和觀測(cè)模型，即：

狀態(tài)模型

觀測(cè)模型H(k)＝H*S(k)+V(k)

其中S(k)表示針對(duì)前一時(shí)刻的預(yù)估狀態(tài)量，S(k+1)表示針對(duì)下一時(shí)段的預(yù)估狀態(tài)量，其中S＝(s₁，s₂......s_n)，即對(duì)邊坡每個(gè)測(cè)量點(diǎn)位的預(yù)估形變位置，為狀態(tài)轉(zhuǎn)移參量矩陣，τ為噪聲矩陣，W(k)表示輸入的白噪聲，V(k)表示觀測(cè)噪聲，H(k)表示前一時(shí)刻的觀測(cè)量，H表示觀測(cè)量與預(yù)估狀態(tài)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；將當(dāng)前由多傳感器提供的觀測(cè)量帶入狀態(tài)模型和觀測(cè)模型，并進(jìn)行循環(huán)遞歸，實(shí)現(xiàn)對(duì)下一時(shí)刻狀態(tài)量的最優(yōu)估計(jì)；對(duì)于位于不同穩(wěn)定性分級(jí)的區(qū)域的點(diǎn)位，則分別對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)模型和觀測(cè)模型，即對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移參量矩陣和轉(zhuǎn)換系數(shù)H，適用于不同穩(wěn)定性分級(jí)的狀態(tài)模型和觀測(cè)模型是由歷史積累的邊坡穩(wěn)定性樣本設(shè)定的，從而將多傳感器的測(cè)量參數(shù)作為觀測(cè)量，帶入對(duì)應(yīng)的狀態(tài)模型和觀測(cè)模型，從而獲得對(duì)下一階段邊坡穩(wěn)定性的估計(jì)結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器的邊坡變形立體監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述邊坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理步驟的粗配準(zhǔn)采取從目標(biāo)點(diǎn)云和參考點(diǎn)云中分別提取出二者共同的特征點(diǎn)集，利用共同的特征點(diǎn)集的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系，求解旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，進(jìn)而參照旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)云和參考點(diǎn)云的粗配準(zhǔn)；所述邊坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理步驟的精配準(zhǔn)是在各期三維激光掃描形成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)當(dāng)中篩選位置穩(wěn)定點(diǎn)集，位置穩(wěn)定點(diǎn)集是多期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中剔除邊坡變形導(dǎo)致的坐標(biāo)變化點(diǎn)之后剩余的點(diǎn)的集合，利用位置穩(wěn)定點(diǎn)集對(duì)目標(biāo)點(diǎn)云進(jìn)行篩選，去除目標(biāo)點(diǎn)云中的非位置穩(wěn)定點(diǎn)，對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)云中保留下來(lái)的點(diǎn)，在參考點(diǎn)云中確定其歐式距離最鄰近的點(diǎn)，將二者作為配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)，從而形成配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)集合，利用配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)集合計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量T，從而實(shí)現(xiàn)了各期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精配準(zhǔn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器的邊坡變形立體監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述邊坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理步驟的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化中，采用統(tǒng)一的間距實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云空間采樣，即按照統(tǒng)一的固定間距從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取采樣點(diǎn)作為代表點(diǎn)；或者采取曲率采樣，即通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析邊坡表面的曲率，對(duì)于曲率小即較為平坦的邊坡表面區(qū)域采取較低的采樣率，而對(duì)于曲率較大的邊坡表面區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采取較高的采樣率。