滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统及方法，包括底座，所述底座上设置有模拟山体，模拟山体上设置有滚石释放装置，所述模拟山体周围设置有防护栅栏，模拟山体旁设置有摄像机和激光扫描仪，所述防护栅栏上设置有力采集单元，分别采集滚石下落过程的视频图像、激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据。本发明专利技术将滚石下落过程的视频图像，激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据被上传至计算机，综合处理重构滚石下落运动轨迹并对滚石侵限进行监测预警。

Trajectory reconstruction and monitoring and early warning model test system and method for rolling stone movement

The invention discloses a rolling stone motion trajectory reconstruction and a monitoring and early warning model test system and method, including a base. The base is provided with an analog mountain, a simulated mountain is set with a rolling stone release device, a protective fence is arranged around the simulated mountain, a camera and a laser scanner are arranged beside the simulated mountain, and a camera and a laser scanner are arranged beside the simulated mountain. A powerful collection unit is set up on the protective fence to collect the video images of the rolling stone falling process, the change of the laser scanning point cloud data and the monitoring data of the rolling stone impact protection fence. The video image of the rolling stone falling process, the change of the laser scanning point cloud data and the monitoring data of the rolling stone impact protection fence are uploaded to the computer, and the trajectory of the rolling stone falling down is reconstructed and the rolling stone invasion is monitored and early-warning.

【技术实现步骤摘要】
滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统与方法
本专利技术涉及一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统与方法。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，大批国家重大基础工程开始兴建，尤其是铁路工程的建设。在我国西南地区铁路工程中，边坡危岩体失稳是边坡工程中常见的灾害形式之一。在交通线路的施工期和运营期，危岩体失稳形成的滚石运动给对人的生命财产安全造成巨大的损失，还会造成工期延误、机械设备损坏等诸多问题。现阶段，作为边坡领域主要的研究手段之一，模型试验法已经得到了广泛的应用。针对滚石运动轨迹的重构及滚石监测预警，无疑对工程的防灾减灾具有非同一般的意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统与方法，本专利技术能够对滚石下落过程的视频图像、激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据综合分析，重构滚石下落运动轨迹，实现对滚石侵限的监测预警。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，包括底座，所述底座上设置有模拟山体，所述模拟山体上设置有滚石释放装置，所述模拟山体周围设置有防护栅栏，所述模拟山体旁设置有摄像机和激光扫描仪，所述防护栅栏上设置有力采集单元，分别采集滚石下落过程的视频图像、激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据。进一步的，模拟山体根据现场航拍建模的地形资料，利用相似材料填筑边坡坡体。进一步的，所述模拟山体的坡体两侧采用钢构件栓接搭建有立柱，立柱上方安装摄像机；正对着坡体架设一部激光扫描仪。进一步的，所述模拟山体的坡体后方布设圆弧形滑轨，滚石释放装置由可调节长度的支架和可调节角度的落石滚筒组成，整体装置安装在滑轨上，沿着滑轨调节位置。进一步的，所述滚石释放装置由可调节长度的支架和可调节角度的落石滚筒组成，整体装置安装在滑轨上，可以沿着滑轨调节位置，滚石试件从滚筒一端放入，通过调节支架的长度以及滚筒的角度控制滚石的释放高度和初速度。进一步的，所述底座由带有螺栓槽的型钢钢板拼接组成，根据模型体尺寸要求增加钢板数量，对其进行扩展。所述的地形资料采用现场航拍的图像拼接建模，生成目标山体的等高线地形图，所述模拟山体的边坡坡体在材料填筑的过程中，根据等高线地形图不断削坡，最终形成目标山体坡面。进一步的，所述两部摄像机根据双目摄像的原理，通过两部相机实时拍摄的影像叠加，合成重构三维角度的滚石运动轨迹。进一步的，所述的激光扫描仪利用激光对坡体实时扫描，当有滚石事件的发生时，点云数据会发生明显变化。进一步的，所述防护栅栏按照相似比尺采用铁片模拟防护栅栏，并在设计的监测点处布设加速度传感器监测栅栏的受力与振动信息。进一步的，所述滚石沿着坡面下落过程的视频数据和点云数据以及滚石冲击防护栅栏时栅栏的受力监测数据上传至计算机软件进行识别处理。基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：(1)将带有螺栓槽的型钢钢板并列，配合高强度螺栓拼接组装成试验底座；(2)根据地形资料，先利用模板搭建初步的山体形状，将相似材料分层填筑夯实，基本成型后削坡模拟真实的山体坡面；(3)坡体左、右前方采用钢构件栓接搭建两根立柱，立柱上方安装两部摄像机；(4)正对着坡体架设一部激光扫描仪；(5)坡脚安装防护栅栏，在设计位置布设监测元件；(6)在坡体后方布设圆弧形滑轨，并将落石释放装置整体安装在滑轨上；(7)根据试验设计调整好支架高度以及滚筒角度，在滚筒一端放入滚石试件，滚石下落过程的视频图像，激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据被上传至计算机，综合处理重构滚石下落运动轨迹并对滚石侵限进行监测预警。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术根据模型体尺寸要求增加钢板数量，并能满足强度的要求。2、地形资料采用现场航拍的图像拼接建模，可以对具体工况下的等高线地形图进行真实模拟。3、试验装置通过实时拍摄的影像进行叠加，实现合成重构三维角度的滚石运动轨迹的监测。4、测点处布设加速度传感器，实现对监测栅栏的受力与振动信息的监测，综合性强，实验操作简便；5、装置对滚石下落过程的视频图像、激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据综合分析，重构滚石下落运动轨迹，实现对滚石侵限的监测预警。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为模型试验整体装置正面图；图2为模型试验整体装置背部图；图3为双摄像头示意图；图4为激光扫描仪示意图；图5为滚石释放装置示意图；图6为受力监测点布设示意图；其中：1底座2摄像机3激光扫描仪4山体5滚石释放装置6防护栅栏7计算机；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，一种基于地质建模的滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，包括试验台架底座，为上部模型体提供场所；根据现场航拍建模的地形资料，利用相似材料填筑边坡坡体；坡体左、右前方采用钢构件栓接搭建两根立柱，立柱上方安装两部摄像机；正对着坡体架设一部激光扫描仪；坡脚安装防护栅栏，在设计位置布设监测元件；在坡体后方布设圆弧形滑轨，滚石释放装置由可调节长度的支架和可调节角度的落石滚筒组成，整体装置安装在滑轨上，可以沿着滑轨调节位置；滚石沿着坡面下落过程的视频数据和点云数据以及滚石冲击防护栅栏时栅栏的受力监测数据上传至计算机软件进行识别处理。台架底座由带有螺栓槽的型钢钢板拼接组成，可以根据模型体尺寸要求增加钢板数量，对其进行扩展。地形资料采用现场航拍的图像拼接建模，生成目标山体的等高线地形图。边坡坡体在材料填筑的过程中，根据等高线地形图不断削坡，最终形成目标山体坡面。图3所示，两部摄像机根据双目摄像的原理，通过两部相机实时拍摄的影像叠加，可以合成重构三维角度的滚石运动轨迹。图4所示，激光扫描仪利用激光对坡体实时扫描，当有滚石事件的发生时，点云数据会发生明显变化。防护栅栏按照相似比尺采用铁片模拟防护栅栏，并在设计的监测点处布设加速度传感器监测栅栏的受力与振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：包括底座，所述底座上设置有模拟山体，所述模拟山体上设置有滚石释放装置，所述模拟山体周围设置有防护栅栏，所述模拟山体旁设置有摄像机和激光扫描仪，所述防护栅栏上设置有力采集单元，分别采集滚石下落过程的视频图像、激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据。

【技术特征摘要】
1.一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：包括底座，所述底座上设置有模拟山体，所述模拟山体上设置有滚石释放装置，所述模拟山体周围设置有防护栅栏，所述模拟山体旁设置有摄像机和激光扫描仪，所述防护栅栏上设置有力采集单元，分别采集滚石下落过程的视频图像、激光扫描点云数据的变化以及滚石冲击防护栅栏受力监测数据。2.如权利要求1所述的一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：模拟山体根据现场航拍建模的地形资料，利用相似材料填筑边坡坡体。3.如权利要求1所述的一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：所述模拟山体的坡体两侧采用钢构件栓接搭建有立柱，立柱上方安装摄像机；正对着坡体架设一部激光扫描仪；所述两部摄像机根据双目摄像的原理，通过两部相机实时拍摄的影像叠加，合成重构三维角度的滚石运动轨迹；所述的激光扫描仪利用激光对坡体实时扫描，当有滚石事件的发生时，点云数据会发生明显变化。4.如权利要求1所述的一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：所述模拟山体的坡体后方布设圆弧形滑轨，滚石释放装置由可调节长度的支架和可调节角度的落石滚筒组成，整体装置安装在滑轨上，沿着滑轨调节位置。5.如权利要求1所述的一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：所述滚石释放装置由可调节长度的支架和可调节角度的落石滚筒组成，整体装置安装在滑轨上，可以沿着滑轨调节位置，滚石试件从滚筒一端放入，通过调节支架的长度以及滚筒的角度控制滚石的释放高度和初速度。6.如权利要求1所述的一种滚石运动轨迹重构及监测预警模型试验系统，其特征是：所述底...

【专利技术属性】
技术研发人员：石少帅，胡杰，李利平，宋曙光，汪泓，卜林，房忠栋，王康，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37