[發明專利]一種基于無人機視覺的落石運動參數數字化還原方法

有效

• 申請號: 202111373893.0
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN113804166B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 余志祥;金云濤;駱麗茹;郭立平;張麗君;齊欣;許滸;趙雷
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04;G01C11/02;G06T7/80
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

本發明涉及落石防護技術領域，涉及一種基于無人機視覺的落石運動參數數字化還原方法，其包括以下步驟：1）、試驗場地建立空間坐標系；2）、確定無人機平面位置并對中；確定無人機高度并記錄；3）、調整相機云臺并記錄空間夾角，計算鏡頭光軸定位單位向量并記錄焦距；4）、相機焦距與視角寬度標定；5）、捕捉落石運動獲取二維軌跡點陣；6）、基于無人機視覺重構落石三維軌跡；7）、計算落石動能時程。本發明解決了坡面滾石試驗中落石三維軌跡和動能時程的重構難題，該方法高效實用，地形適應性強。

技術領域

本發明涉及落石防護技術領域，涉及一種基于無人機視覺的落石運動參數數字化還原方法，具體地說，涉及一種用于坡面原位滾石試驗、基于無人機視覺的落石運動三維軌跡及動能時程數字化重構方法。

背景技術

坡面落石防護結構的設置高度依賴落石運動軌跡預測精度，而坡面原位滾石試驗是預測工點落石運動軌跡的有效途徑之一，通過該試驗獲取落石的典型運動軌跡、動能演化等關鍵參數，目前常采用在落石試塊中預埋三軸加速度傳感器的方式進行測量。

傳統試驗手段仍存在以下問題：

(1)落石存在的轉動加速度對三軸加速度計測量有影響，后期解耦困難，加速度數據對時間積分得到的速度和位移數據誤差積累嚴重，易導致結果發散。

(2)預埋加速度傳感器的接觸式測量方式極易造成傳感器及內置數采設備損壞，儀器損耗和試驗成本高，且預埋傳感器也增加了落石試塊加工制造難度。

發明內容

本發明的內容是提供一種基于無人機視覺的落石運動參數數字化還原方法，其能夠克服現有技術的某種或某些缺陷。

根據本發明的一種基于無人機視覺的落石運動參數數字化還原方法，其包括以下步驟：

1)、試驗場地建立空間坐標系；

2)、確定無人機平面位置并對中；確定無人機高度并記錄；

3)、調整相機云臺并記錄空間夾角，計算鏡頭光軸定位單位向量并記錄焦距；

4)、相機焦距與視角寬度標定；

5)、捕捉落石運動獲取二維軌跡點陣；

6)、基于無人機視覺重構落石三維軌跡；

7)、計算落石動能時程。

作為優選，具體步驟如下：

一、在試驗場地視野開闊處確定空間坐標原點O，建立右手直角坐標系Oxyz；選定兩架無人機在試驗場地表面的鉛垂投影點P₁、P₂并做標記，采用激光測距測量兩投影點P₁、P₂與坐標原點O的空間坐標差值，得到兩點坐標P₁(x₁,y₁,z₁)、P₂(x₂,y₂,z₂)；

二、將兩臺搭載參數化三軸云臺的無人機分別飛至P₁、P₂點上方，在x軸負方向的無人機記為W₁，正方向的記為W₂；將云臺調平，相機鏡頭朝下，此時鏡頭光軸鉛垂，微調無人機水平位置并通過實時圖像參考中心點與地面標記點進行瞄準，使兩臺無人機處于P₁、P₂點正上方，記錄無人機距地面的距離h₁、h₂，可得無人機坐標W₁(x₁,y₁,z₁+h₁)、W₂(x₂,y₂,z₂+h₂)；