基于监控影像的排土场位移远程实时监测方法技术

基于监控影像的排土场位移远程实时监测方法，属于排土场位移监测领域。该方法采用的装置包括数码相机、影像数据无线传输模块、远程终端计算机、语音报警装置、太阳能电池板和蓄电池。数码相机通过USB线与影像数据无线传输模块触点丝扣连接，影像数据无线传输模块与远程终端计算机通过3G/4G网络和有线宽带Internet网络连接，太阳能电池板与数码相机、影像数据无线传输模块、蓄电池相连，蓄电池与数码相机、影像数据无线传输模块相连。该装置可以长期连续作业，该监测方法可以准确判定监测区域是否出现位移，若出现位移，通过多种方式报警，有效避免“假”滑坡和误报警，并对位移区域进行准确圈定，精度稳定。

Remote real-time monitoring device and method of displacement field displacement based on monitoring image

The invention relates to a remote real-time monitoring device and method for displacement field displacement based on monitoring images, belonging to the displacement monitoring field of a dumping site. The device comprises a digital camera, an image data wireless transmission module, a remote terminal computer, a voice alarm device, a solar panel and a storage battery. Connect the digital camera image data through the USB line and wireless transmission module contact threads, image data wireless transmission module and the remote terminal connected with the computer through the 3G/4G network and the wired broadband Internet network, the solar panel is connected with the digital camera image data, wireless transmission module, battery, battery and digital camera, image data wireless transmission module is connected. The device can be long-term continuous operation, the monitoring method can accurately determine whether the displacement monitoring area, if the displacement, through a variety of ways to avoid false alarm, landslide and false alarm, and accurate delineation of the displacement region, accuracy and stability.

【技术实现步骤摘要】
基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置与方法
本专利技术属于排土场位移监测领域，特别涉及基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置与方法。
技术介绍
排土场边坡的稳定性问题关系到矿山的安全生产和技术经济效益的发挥，因此对排土场边坡进行变形监测，可以及时发现滑动和蠕动，对于有效防治滑坡，具有十分重要的现实意义。对于排土场边坡的变形监测，传统的监测方法有：工程测量、GPS定点监测、InSAR技术、三维激光扫描技术等。这些方法中，只有GPS定点监测可以实现实时、动态、在线监测，其他监测方法都不具有实时性；工程测量和GPS定点监测属于点式监测手段，难以获取空间场的信息，若布置大量GPS点成本会非常高；地面三维激光扫描技术受测量距离的限制，机载三维激光扫描设备昂贵，作业方式复杂。中国专利CNIOZ005104A公布了“滑坡体位移和姿态远距离快速监测报警装置及方法”，实现了在地震和滑坡灾害应急救援中，对潜在的滑坡体进行远距离自动监测，一旦滑坡体位置和姿态变化达到或超过预先设置的安全界线，就进行声光报警，提醒现场工作人员注意，采取安全措施或者离开危险区域。但该装置存在以下问题：1)影像获取和数据处理装置都在野外临时露天安置，工作人员也不能远离设备，因此无法长期连续作业；2)通过无线网络传送给指挥中心的是滑坡的位移文本数据，直观性不强；3)采用的“基于图像局部组合特征向量集”算法进行影像匹配，该匹配算法也存在匹配误差，进而引起“假”滑坡和误报警；4)影像匹配同名点的密度和分布受目标影像纹理特征的限制，因此，基于这种同名点进行滑动区域圈定，精度不稳定，不能满足精确圈定滑动区域的要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置与方法。本专利技术的技术方案如下：基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置，包括数码相机、影像数据无线传输模块、远程终端计算机、语音报警装置、太阳能电池板和蓄电池，数码相机通过USB线与影像数据无线传输模块触点丝扣连接，数码相机与影像数据无线传输模块具有相同的数据接口和兼容协议，影像数据无线传输模块与远程终端计算机通过3G/4G网络和有线宽带Internet网络连接，太阳能电池板与数码相机、影像数据无线传输模块、蓄电池相连，蓄电池与数码相机、影像数据无线传输模块相连，数码相机、影像数据无线传输模块安置在排土场监测现场。根据权利要求1所述的基于监控影像的排土场位移远程监测装置，其特征在于：所述远程终端计算机与语音报警装置通过无线或有线连接。所述影像数据无线传输模块用于控制数码相机的快门自动获取监测区域影像；同时设置数码相机拍摄时间间隔。所述远程终端计算机中包括影像接收模块、位移监测及滑动报警模块；影像接收模块通过有线宽带Internet网络接收影像数据无线传输模块传输的影像数据；位移监测及滑动报警模块提取拍摄时刻相邻的两幅影像的特征点并匹配特征点，得到同名点，剔除同名点中的粗差点后得到监测区域的正确同名点，利用拍摄时刻相邻的两幅影像计算排土场滑动区域的位移矢量，得到竖直平面内的位移矢量场，利用竖直平面内的位移矢量和测量的监测区域排土场倾角，计算排土场空间位移矢量场；同时利用滑动区域圈定方法，检验拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置灰度差，滑动区域构成灰度差高值点区域，用高值点构建Delaunay三角网，三角网的边界为要圈定滑动区域边界。采用所述的基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置进行排土场位移远程实时监测的方法，包括如下步骤：步骤1、确定数码相机的焦距、面阵大小和排土场监测区域，计算数码相机到排土场的摄影距离：D＝(f×H)/h，其中f为数码相机焦距，H为摄影高度范围，h为数码相机CCD元件高度，测定排土场监测区域的高度、宽度，确定排土场监测区域，进而确定数码相机安置的空间位置；步骤2、选择数码相机的定焦镜头，设置数码相机景深、光圈、快门速度、感光度ISO、手动拍摄模式，利用影像数据无线传输模块设置数码相机拍摄时间间隔，在远程终端计算机中设置位移安全阈值；步骤3、数码相机与影像数据无线传输模块之间互相通信，影像数据无线传输模块控制数码相机的快门，在完全无人值守的情况下，自动获取监测区域的影像；步骤4、在影像数据无线传输模块设置IP地址、端口、用户名和密码，在远程终端计算机中设置静态IP地址和客户端设备端口，并利用3G/4G网络和Internet网络，将影像传送给远程终端计算机，实现影像数据的传输；步骤5、利用远程终端计算机获取的影像对监测区域进行位移监测，包括位移监测和滑动区域圈定；所述位移监测按如下步骤进行：(1)利用SIFT算法提取相邻时刻影像的特征点，并匹配特征点，得到同名点；(2)利用邻域相关性粗差剔除算法剔除错误匹配同名点，得到监测区域的正确匹配同名点，所述邻域相关性粗差剔除算法用来剔除错误匹配同名点；(3)利用二维场位移矢量获取算法计算正确匹配同名点的位移矢量，若所有位移矢量不为零，且小于5个像元，则是由监测设备震动引起的影像位移，而不是监测目标滑移，否则，利用在步骤3获取的影像中标定滑坡体竖直平面内的位移矢量场，并通过计算将竖直平面内的位移矢量场转换为空间位移矢量场，所述二维场位移矢量获取算法利用拍摄时刻相邻的两幅影像同名点的位置坐标相减，后一拍摄时刻位置坐标减去前一拍摄时刻位置坐标，获得竖直平面内的位移矢量，两幅影像中所有同名点的竖直平面内的位移矢量构成位移矢量场；(4)利用空间位移矢量场与相邻影像的曝光时间间隔计算位移速度矢量，若位移速度矢量超过位移安全阈值，则进行计算机屏幕报警、语音报警装置报警、无线通信设备报警，工作人员启动应急预案；(5)关闭报警；所述滑动区域圈定方法是：利用相邻影像对应坐标像素灰度值跳跃检验模型，检验相邻影像同一位置灰度差的高值点区域，用高值点构建Delaunay三角网，三角网的边界为要圈定滑动区域边界；所述相邻影像对应坐标像素灰度值跳跃检验模型通过检验拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置坐标的灰度差，圈定滑动区域边界：当拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置坐标的灰度差的高值点在影像上均匀分布时，逐个像元移动最新获取的影像，与上一幅影像同一位置坐标的灰度求差，获取灰度高值点最少的位置点，该位置点为拐点，进一步移动影像，则高值点增加，在拐点两侧用二分法减小步长至步长为1/10像元时，高值点对应灰度值接近于零即＜1；当拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置坐标的灰度差的高值点在影像上不均匀分布且拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置坐标的灰度差存在非零值时，这些高值点所在区域为滑动区域，将滑动区域定义为灰度差高值点区域，利用灰度差的高值点群构建Delaunay三角网，Delaunay三角网的边界为要圈定的滑动区域边界，依据拉以达准则，若Delaunay三角网网边长偏差小于3倍中误差，则Delaunay三角网断开，从而将灰度差高值点区域划分为若干个滑动区域。所述拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置坐标的灰度差的高值点在影像上均匀分布的判定采用如下方法，首先按相等区域大小将影像均匀划分为25～49个区域，采用拉依达准则计算不同区域包含高值点数目，若该数目的偏差小于3倍中误差，则是均匀分布，否则为不均匀分布。所述邻域相关性粗差剔除算法具体步骤如下：首先，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置，其特征在于：包括数码相机、影像数据无线传输模块、远程终端计算机、语音报警装置、太阳能电池板和蓄电池，数码相机通过USB线与影像数据无线传输模块触点丝扣连接，数码相机与影像数据无线传输模块具有相同的数据接口和兼容协议，影像数据无线传输模块与远程终端计算机通过3G/4G网络和有线宽带Internet网络连接，太阳能电池板与数码相机、影像数据无线传输模块、蓄电池相连，蓄电池与数码相机、影像数据无线传输模块相连，数码相机、影像数据无线传输模块安置在排土场监测现场。

【技术特征摘要】
1.基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置，其特征在于：包括数码相机、影像数据无线传输模块、远程终端计算机、语音报警装置、太阳能电池板和蓄电池，数码相机通过USB线与影像数据无线传输模块触点丝扣连接，数码相机与影像数据无线传输模块具有相同的数据接口和兼容协议，影像数据无线传输模块与远程终端计算机通过3G/4G网络和有线宽带Internet网络连接，太阳能电池板与数码相机、影像数据无线传输模块、蓄电池相连，蓄电池与数码相机、影像数据无线传输模块相连，数码相机、影像数据无线传输模块安置在排土场监测现场。2.根据权利要求1所述的基于监控影像的排土场位移远程监测装置，其特征在于：所述远程终端计算机与语音报警装置通过无线或有线连接。3.根据权利要求1所述的基于监控影像的排土场位移远程监测装置，其特征在于：所述影像数据无线传输模块用于控制数码相机的快门自动获取监测区域影像；同时设置数码相机拍摄时间间隔。4.根据权利要求1所述的基于监控影像的排土场位移远程监测装置，其特征在于：所述远程终端计算机中包括影像接收模块、位移监测及滑动报警模块；影像接收模块通过有线宽带Internet网络接收影像数据无线传输模块传输的影像数据；位移监测及滑动报警模块提取拍摄时刻相邻的两幅影像的特征点并匹配特征点，得到同名点，剔除同名点中的粗差点后得到监测区域的正确同名点，利用拍摄时刻相邻的两幅影像计算排土场滑动区域的位移矢量，得到竖直平面内的位移矢量场，利用竖直平面内的位移矢量和测量的监测区域排土场倾角，计算排土场空间位移矢量场；同时利用滑动区域圈定方法，检验拍摄时刻相邻的两幅影像同一位置灰度差，滑动区域构成灰度差高值点区域，用高值点构建Delaunay三角网，三角网的边界为要圈定滑动区域边界。5.采用权利要求1所述的基于监控影像的排土场位移远程实时监测装置进行排土场位移远程实时监测的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、确定数码相机的焦距、面阵大小和排土场监测区域，计算数码相机到排土场的摄影距离：D＝(f×H)/h，其中f为数码相机焦距，H为摄影高度范围，h为数码相机CCD元件高度，测定排土场监测区域的高度、宽度，确定排土场监测区域，进而确定数码相机安置的空间位置；步骤2、选择数码相机的定焦镜头，设置数码相机景深、光圈、快门速度、感光度ISO、手动拍摄模式，利用影像数据无线传输模块设置数码相机拍摄时间间隔，在远程终端计算机中设置位移安全阈值；步骤3、数码相机与影像数据无线传输模块之间互相通信，影像数据无线传输模块控制数码相机的快门，在完全无人值守的情况下，自动获取监测区域的影像；步骤4、在影像数据无线传输模块设置IP地址、端口、用户名和密码，在远程终端计算机中设置静态IP地址和客户端设备端口，并利用3G/4G网络和Internet网络，将影像传送给远程终端计算机，实现影像数据的传输；步骤5、利用远程终端计算机获取的影像对监测区域进行位移监测，包括位移监测和滑动区域圈定；所述位移监测按如下步骤进行：(1)利用SIFT算法提取相邻时刻影像的特征点，并匹配特征点，得到同名点；(2)利用邻域相关性粗差剔除算法剔除错误匹配同名点，得到监测区域的正确匹配同名点，所述邻域相关性粗差剔除算法用来剔除错误匹配同名点；(3)利用二维场位移矢量获取算法计算正确匹配同名点的位移矢量，若所有位移矢量不为零，且小于5个像元，则是由监测设备震动引起的影像位移，而不是监测目标滑移，否则，利用在步骤3获...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊宏启，韩忠和，孙厚广，刘善军，李天子，毛亚纯，
申请(专利权)人：鞍钢集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21