[發明專利]一種基于無人機數據采集的地質勘探勘測安全監測預警系統

有效

• 申請號: 202110600922.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113358850B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王國炎
• 申請（專利權）人: 核工業金華勘測設計院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N21/88;G01N15/08;G01B11/26;G06V20/13;G06T7/62;G08B21/10
• 代理公司: 金華大器專利代理事務所(特殊普通合伙) 33345
• 代理人: 童健

1.一種基于無人機數據采集的地質勘探勘測安全監測預警系統，其特征在于：包括巖石區域劃分模塊、表面圖像采集模塊、表面圖像處理模塊、裂紋面積獲取模塊、裂紋面積分析模塊、懸空巖石體積檢測模塊、孔隙體積檢測模塊、孔隙率分析模塊、懸空巖石夾角檢測模塊、分析服務器、預警顯示分析模塊和存儲數據庫；

所述表面圖像采集模塊分別與巖石區域劃分模塊和表面圖像處理模塊連接，裂紋面積獲取模塊分別與表面圖像處理模塊和裂紋面積分析模塊連接，裂紋面積分析模塊分別與分析服務器和存儲數據庫連接，孔隙率分析模塊分別與懸空巖石體積檢測模塊、孔隙體積檢測模塊和分析服務器連接，分析服務器分別與懸空巖石夾角檢測模塊、預警顯示分析模塊和存儲數據庫連接；

所述巖石區域劃分模塊用于對待監測山體巖石區域進行劃分，按照山體中各懸空巖石所在區域劃分成各巖石子區域，對待監測山體中各巖石子區域按照設定的順序依次進行編號，待監測山體中各巖石子區域編號分別為1,2,...,i,...,n，將待監測山體中各巖石子區域編號發送至表面圖像采集模塊；

所述表面圖像采集模塊包括高清攝像頭，其中高清攝像頭安裝在遙控無人機上，用于接收巖石區域劃分模塊發送的待監測山體中各巖石子區域編號，通過控制遙控無人機分別對待監測山體中各巖石子區域的表面圖像進行采集，獲得待監測山體中各巖石子區域的表面圖像，將待監測山體中各巖石子區域的表面圖像發送至表面圖像處理模塊；

所述表面圖像處理模塊用于接收表面圖像采集模塊發送的待監測山體中各巖石子區域的表面圖像，采用圖像處理技術分別對待監測山體中各巖石子區域的表面圖像進行處理，得到待監測山體中各巖石子區域的表面處理圖像，將待監測山體中各巖石子區域的表面處理圖像發送至裂紋面積獲取模塊；

所述裂紋面積獲取模塊用于接收表面圖像處理模塊發送的待監測山體中各巖石子區域的表面處理圖像，獲取待監測山體中各巖石子區域內各條表面裂紋面積，將待監測山體中各巖石子區域內各條表面裂紋面積發送至裂紋面積分析模塊；

所述裂紋面積分析模塊用于接收裂紋面積獲取模塊發送的待監測山體中各巖石子區域內各條表面裂紋面積，計算待監測山體中各巖石子區域內表面裂紋面積占比，將待監測山體中各巖石子區域內表面裂紋面積占比發送至分析服務器；

所述懸空巖石體積檢測模塊用于檢測待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石體積，統計待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石體積，將待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石體積發送至孔隙率分析模塊；

所述孔隙體積檢測模塊用于檢測待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積，統計待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積，將待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積發送至孔隙率分析模塊；

所述孔隙率分析模塊用于接收懸空巖石體積檢測模塊發送的待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石體積，同時接收孔隙體積檢測模塊發送的待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積，計算待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙率，將待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙率發送至分析服務器；

所述懸空巖石夾角檢測模塊用于對待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角進行檢測，統計待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角，將待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角發送至分析服務器；

所述分析服務器用于接收裂紋面積分析模塊發送的待監測山體中各巖石子區域內表面裂紋面積占比，同時接收孔隙率分析模塊發送的待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙率，并接收懸空巖石夾角檢測模塊發送的待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角，計算待監測山體中各巖石子區域的綜合安全影響系數，將待監測山體中各巖石子區域的綜合安全影響系數發送至預警顯示分析模塊；

所述預警顯示分析模塊用于接收分析服務器發送的待監測山體中各巖石子區域的綜合安全影響系數，將待監測山體中各巖石子區域的綜合安全影響系數與設定的巖石安全影響系數進行對比，若某巖石子區域的綜合安全影響系數大于設定的巖石安全影響系數，表明該巖石子區域的懸空巖石處于危險狀態，統計懸空巖石處于危險狀態的各巖石子區域編號，并將懸空巖石處于危險狀態的各巖石子區域編號進行預警顯示，通知相關人員對對應巖石子區域進行處理措施；

所述存儲數據庫用于存儲固定標準形式的灰度圖像面積S_標和山體中懸空巖石表面裂紋的安全面積占比k′，同時存儲懸空巖石的表面裂紋面積占比、內部孔隙率對應的安全影響比例系數，分別記為α,β，并存儲懸空巖石邊緣與山體夾角的安全影響系數λ；

所述裂紋面積獲取模塊包括統計待監測山體中各巖石子區域內各條表面裂紋面積，構成待監測山體中各巖石子區域內各條表面裂紋面積集合S_iA(s_ia₁,s_ia₂,...,s_ia_j,...,s_ia_m)，s_ia_j表示為待監測山體中第i個巖石子區域內第j條表面裂紋面積；

所述待監測山體中各巖石子區域內表面裂紋面積占比計算公式為k_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內表面裂紋面積占比，s_ia_j表示為待監測山體中第i個巖石子區域內第j條表面裂紋面積，S_標表示為固定標準形式的灰度圖像面積；

所述懸空巖石體積檢測模塊包括3D掃描儀，通過3D掃描儀分別對待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石進行掃描，得到待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石體積，構成待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石體積集合V(V₁,V₂,...,V_i,...,V_n)，V_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石體積；

所述孔隙體積檢測模塊包括x射線檢測儀，通過x射線檢測儀分別對待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石進行光學掃描，獲得待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積，構成待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積集合V′(V′₁,V′₂,...,V′_i ,...,V′_n)，V′_i 表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積；

所述待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石內部孔隙率計算公式為η_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石內部孔隙率，V_i′表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石內部孔隙體積，V_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石體積；

所述懸空巖石夾角檢測模塊包括構成待監測山體中各巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角集合θ(θ₁,θ₂,...,θ_i,...,θ_n)，θ_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角；

所述待監測山體中各巖石子區域的綜合安全影響系數計算公式為ξ_i表示待監測山體中第i個巖石子區域的綜合安全影響系數，α,β分別表示為懸空巖石的表面裂紋面積占比、內部孔隙率對應的安全影響比例系數，k_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內表面裂紋面積占比，k′表示為山體中懸空巖石表面裂紋的安全面積占比，e表示為自然數，等于2.718，η_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石內部孔隙率，λ表示為懸空巖石邊緣與山體夾角的安全影響系數，θ_i表示為待監測山體中第i個巖石子區域內懸空巖石邊緣與山體之間的夾角。

2.根據權利要求1所述的一種基于無人機數據采集的地質勘探勘測安全監測預警系統，其特征在于：所述圖像處理技術分別為幾何歸一化處理和增強處理，通過對待監測山體中各巖石子區域的表面圖像進行幾何歸一化處理，變換為固定標準形式的各表面圖像，并強化變化后各表面圖像的高頻分量，獲得待監測山體中各巖石子區域的表面處理圖像。