本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警，具體為一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的邊坡滑移監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
1、邊坡滑移是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)工程建設(shè)、交通運(yùn)輸及人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，公路、鐵路、礦山及水利工程等領(lǐng)域涉及的邊坡項(xiàng)目日益增多，邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警成為工程安全領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。
2、傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測(cè)方法，如全站儀人工測(cè)量、gps定位監(jiān)測(cè)等，雖能實(shí)現(xiàn)一定精度的位移測(cè)量，但存在效率低、實(shí)時(shí)性差、人力成本高等問題，難以滿足邊坡變形實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求。而基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如應(yīng)變片、測(cè)斜儀等，雖可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，但需大量布線，在復(fù)雜地形條件下施工難度大、維護(hù)成本高，且易受電磁干擾，數(shù)據(jù)可靠性不足。
3、近年來，圖像識(shí)別技術(shù)憑借非接觸、可視化、信息豐富等優(yōu)勢(shì)，逐漸應(yīng)用于邊坡監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有基于圖像識(shí)別的邊坡監(jiān)測(cè)方案仍存在諸多局限：一是二維監(jiān)測(cè)難以準(zhǔn)確反映邊坡三維變形特征，無法全面評(píng)估邊坡穩(wěn)定性；二是監(jiān)測(cè)精度受環(huán)境因素（光照、天氣）影響大，亞像素級(jí)位移計(jì)算的準(zhǔn)確性不足；三是預(yù)警機(jī)制單一，多依賴固定閾值，缺乏對(duì)邊坡變形趨勢(shì)的動(dòng)態(tài)分析和智能判斷；四是數(shù)據(jù)處理和分析能力有限，難以從海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中快速提取有效信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡變形的精細(xì)化管理。
4、因此，針對(duì)上述問題提出一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的邊坡滑移監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的邊坡滑移監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的邊坡滑移監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，包括以下步驟：
4、s1、在邊坡待監(jiān)測(cè)區(qū)域布設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)靶標(biāo)，并在穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)基準(zhǔn)靶標(biāo)；
5、s2、在邊坡對(duì)向穩(wěn)定位置等高布設(shè)兩臺(tái)圖像位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，確保監(jiān)測(cè)視口覆蓋所有靶標(biāo)；
6、s3、通過兩臺(tái)圖像位移監(jiān)測(cè)設(shè)備同步采集各靶標(biāo)的二維位移數(shù)據(jù)，二維位移數(shù)據(jù)包括水平向投影位移和垂向位移；
7、s4、基于基準(zhǔn)靶標(biāo)對(duì)設(shè)備自身位移誤差進(jìn)行修正，獲取各監(jiān)測(cè)靶標(biāo)的水平向投影位移修正值、及垂向位移；
8、s5、根據(jù)設(shè)備間距參數(shù)及監(jiān)測(cè)靶標(biāo)空間位置參數(shù)，解算兩設(shè)備監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系水平向投影的夾角；
9、s6、基于水平向投影位移修正值、及夾角，通過矢量合成計(jì)算邊坡傾向位移量；
10、s7、結(jié)合傾向位移量與垂向位移計(jì)算三維滑移變形量；
11、s8、建立基于滑移速率和累計(jì)滑移量的多級(jí)預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)邊坡變形實(shí)時(shí)告警。
12、作為一種優(yōu)選方案，步驟s2中兩臺(tái)圖像位移監(jiān)測(cè)設(shè)備的布設(shè)滿足以下條件：
13、高程誤差不超過±5cm；
14、設(shè)備間距通過全站儀精確測(cè)定；
15、監(jiān)測(cè)視口重疊區(qū)域覆蓋所有監(jiān)測(cè)靶標(biāo)及至少一個(gè)基準(zhǔn)靶標(biāo)。
16、作為一種優(yōu)選方案，步驟s5中夾角的確定方法為：
17、通過以下幾何關(guān)系計(jì)算兩設(shè)備監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系水平向投影的夾角：
18、將各設(shè)備與監(jiān)測(cè)靶標(biāo)的直線距離分別記為和，設(shè)備與靶標(biāo)的高差分別記為和，設(shè)備間距記為，基于余弦定理的變形公式，將的平方分別減去對(duì)應(yīng)高差、的平方后，與的平方組合運(yùn)算，后通過反余弦函數(shù)計(jì)算得出夾角的補(bǔ)角值。
19、作為一種優(yōu)選方案，步驟s6中的傾向位移量的計(jì)算方法為：
20、將兩設(shè)備的水平向投影位移修正值、的平方和減去二者與夾角余弦值乘積的兩倍，對(duì)結(jié)果取平方根后除以夾角的正弦值，得到邊坡沿傾向方向的合成位移量。
21、作為一種優(yōu)選方案，監(jiān)測(cè)靶標(biāo)的布設(shè)采用分體式安裝結(jié)構(gòu)，包括：
22、高度≤1m的剛性立柱；
23、固定在立柱頂端的安裝平臺(tái)；
24、分別朝向兩臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的兩個(gè)獨(dú)立靶標(biāo)單元；
25、各靶標(biāo)單元鏡面直徑控制在3-5cm范圍。
26、作為一種優(yōu)選方案，步驟s8中預(yù)警機(jī)制包括：
27、初級(jí)預(yù)警：當(dāng)任一監(jiān)測(cè)點(diǎn)滑移速率超過0.5mm/h時(shí)觸發(fā)；
28、中級(jí)預(yù)警：當(dāng)累計(jì)滑移量超過設(shè)計(jì)允許值的70%時(shí)觸發(fā)；
29、緊急預(yù)警：當(dāng)單日滑移量超過10mm或累計(jì)值超過設(shè)計(jì)限值時(shí)觸發(fā)。
30、作為一種優(yōu)選方案，圖像位移監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作參數(shù)滿足：
31、采集頻率≥1hz；
32、水平位移監(jiān)測(cè)精度≤0.1mm；
33、具備基于基準(zhǔn)靶標(biāo)的實(shí)時(shí)自校準(zhǔn)功能。
34、作為一種優(yōu)選方案，步驟s3中二維位移數(shù)據(jù)的獲取采用改進(jìn)型亞像素級(jí)圖像匹配算法，包括：
35、初始位移計(jì)算采用改進(jìn)型歸一化互相關(guān)算法，其通過基準(zhǔn)圖像與模板圖像的灰度協(xié)方差除以二者的標(biāo)準(zhǔn)差乘積，再乘以與當(dāng)前匹配位置到初始位置的歐氏距離呈負(fù)指數(shù)關(guān)系的位移衰減因子，其中，衰減因子權(quán)重系數(shù)α的取值范圍為0.5至1.2；
36、位移修正采用多尺度光流追蹤模型，在傳統(tǒng)光流約束方程中增加速度場(chǎng)的拉普拉斯平滑項(xiàng)，平滑系數(shù)λ的取值范圍為0.2至0.8，用于抑制噪聲干擾。
37、作為一種優(yōu)選方案，步驟s7中三維滑移變形量的計(jì)算采用滑移矢量動(dòng)態(tài)加權(quán)模型：
38、將水平傾向位移量乘以基于sigmoid函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的水平位移權(quán)重系數(shù)，垂向位移乘以基于雙曲正切函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的垂向位移權(quán)重系數(shù)，對(duì)加權(quán)后的位移分量取平方和后開平方，得到綜合三維滑移量；其中水平權(quán)重系數(shù)與位移量呈正相關(guān)，垂向權(quán)重系數(shù)隨位移量增大而遞減。
39、作為一種優(yōu)選方案，還包括建立邊坡滑移監(jiān)測(cè)網(wǎng)格的步驟：
40、基于各監(jiān)測(cè)靶標(biāo)的三維坐標(biāo)構(gòu)建delaunay三角網(wǎng)；
41、通過改進(jìn)型自適應(yīng)克里金插值算法生成滑移等值線圖，其變異函數(shù)由塊金常數(shù)、基臺(tái)值和高斯型變程函數(shù)構(gòu)成，通過樣本點(diǎn)間距的平方與變程參數(shù)的比值控制插值平滑度；
42、結(jié)合歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)變形趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
43、由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的邊坡滑移監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，有益效果是：
44、高精度監(jiān)測(cè)能力：采用改進(jìn)型亞像素級(jí)圖像匹配算法，結(jié)合基于基準(zhǔn)靶標(biāo)的實(shí)時(shí)自校準(zhǔn)功能，使水平位移監(jiān)測(cè)精度達(dá)到≤0.1mm，采集頻率≥1hz，能夠捕捉邊坡細(xì)微變形，為早期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐；分體式監(jiān)測(cè)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)與雙設(shè)備協(xié)同布設(shè)，有效避免視角盲區(qū)，確保數(shù)據(jù)全面性；
45、科學(xué)的三維解算模型：基于雙目視覺原理構(gòu)建三維滑移量解算體系，通過精確計(jì)算設(shè)備夾角β，并利用矢量合成與動(dòng)態(tài)加權(quán)模型，充分考慮地形敏感度與垂向變形特征，實(shí)現(xiàn)邊坡三維滑移變形量的準(zhǔn)確評(píng)估，相比傳統(tǒng)二維監(jiān)測(cè)更貼合實(shí)際變形情況；
46、多級(jí)智能預(yù)警機(jī)制：建立基于滑移速率和累計(jì)滑移量的三級(jí)預(yù)警體系（初級(jí)、中級(jí)、緊急），閾值設(shè)定結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與工程標(biāo)準(zhǔn)，能夠針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)程度及時(shí)觸發(fā)告警；通過多渠道信息推送，實(shí)現(xiàn)從早期預(yù)警到緊急響應(yīng)的全流程覆蓋，為應(yīng)急決策爭(zhēng)取寶貴時(shí)間；
47、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析：利用delaunay三角網(wǎng)和改進(jìn)型自適應(yīng)克里金插值算法，將離散的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的滑移等值線圖，直觀展示變形分布規(guī)律；結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，有效提升邊坡穩(wěn)定性評(píng)估的前瞻性和科學(xué)性；
48、高可靠性與實(shí)用性：設(shè)備布設(shè)方案充分考慮工程實(shí)際，通過嚴(yán)格的高程控制（≤±5cm）和視口覆蓋要求，確保系統(tǒng)在復(fù)雜地形條件下穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，采用聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架更新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下實(shí)現(xiàn)模型動(dòng)態(tài)優(yōu)化，降低人工干預(yù)成本，提高系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性；
49、廣泛的應(yīng)用適應(yīng)性：該方法不依賴復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可靈活部署于各類邊坡工程，尤其適用于地形復(fù)雜、布線困難的區(qū)域；其模塊化設(shè)計(jì)便于與現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成，為邊坡安全管理提供低成本、高效率的技術(shù)解決方案。