一种山地灾害预警方法及预警系统技术方案

本发明专利技术提供了一种山地灾害预警方法及预警系统，包括如下步骤：同一视点下山地灾害数据采集；静态全景图的拼接和合成；山地灾害运动过程视频纹理的生成；将静态全景图和视频纹理二者结合生成构造动态全景图；将多期影像叠加，定量分析山地灾害变形前后高程和水平位移的变化。该方法通过将视频纹理和全景图结合起来，构造滑坡、泥石流等山地灾害变形过程动态全景图，同时将多期影像叠加，获取山地灾害变形数据定量分析成果，实现了对山地灾害的预警。

An Early Warning Method and System for Mountain Disasters

The invention provides an early warning method and an early warning system for mountain disasters, which includes the following steps: data acquisition of mountain disasters from the same viewpoint; stitching and synthesis of static panoramas; generation of video texture during mountain disasters movement; combination of static panorama and video texture to generate dynamic panoramas; superposition of multi-phase images to quantitatively analyze the deformation of mountain disasters before and after deformation. Changes in elevation and horizontal displacement. The method combines video texture and panorama to construct dynamic panorama of deformation process of mountain disasters such as landslides and debris flows. At the same time, the multi-phase images are superimposed to obtain quantitative analysis results of deformation data of mountain disasters, thus realizing the early warning of mountain disasters.

【技术实现步骤摘要】
一种山地灾害预警方法及预警系统
本专利技术涉及地质灾害监测预警领域，具体而言，涉及一种山地灾害预警方法及预警系统。
技术介绍
目前，山地灾害以滑坡、泥石流为主，大多数情况下滑坡和泥石流都是在暴雨的影响下，在重力的作用下发生迅速发生滑动和流动。山地灾害往往具有突发性和灾难性，其在较短的时间内迅速发生，具有较大的破坏性。山地灾害的发生过程短暂，以滑坡为例，整个滑动过程通常在1分钟左右，一旦滑坡灾害发生，在如此短暂的时间内逃生极为困难。因此，山地灾害的提前预警尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种山地灾害预警方法，旨在改善山地灾害预警问题。本专利技术是这样实现的：一种山地灾害动态全景获取及预警的方法，包括如下步骤：步骤1：同一视点下山地灾害数据采集；步骤2：静态全景图的拼接和合成；步骤3：山地灾害运动过程视频纹理的生成；步骤4：将静态全景图和视频纹理二者结合生成构造动态全景图；步骤5：将多期影像叠加，定量分析山地灾害变形前后高程和水平位移的变化。优选的，上述方法还包括步骤6：利用云软件编辑、上传动态全景图，多期影像叠加成果，实现互联网式共享。优选的，所述步骤1中同一视点下山地灾害素材采集的方法为：利用无人机定点拍摄采集数据及拍摄山地灾害运动前多期影像。更优选的，所述步骤1中利用无人机定点拍摄采集数据的方法具体为：a.无人机定点拍摄四圈采集数据，第一圈：云台上仰至山地灾害体出现在3等分网格线最下方一条线平行横向拍摄8-10张照片，每转30°拍一张；第二圈：此圈横向拍摄照片8张，每转45°拍一张；第三圈：由于拍摄不再是水平，横向拍6张，每转60°拍一张；第四圈：在向下俯仰基本就正对地面，间隔60度拍2张。优选的，所述步骤2中使用PTGUI软件或利用双曲线形插值算法实现静态全景图的拼接和合成，所述双曲线形插值算法实现静态全景图的拼接和合成的具体方法为：(1)获取球状全景图：将无人机采集的多张间隔一定角度的连续照片(共360度)在以相机透镜的中心点、焦距为半径对应的球体表面上连续投影得到球状全景图；(2)双曲线形插值算法获取柱状全景图：将照片上任意一点按照式1、式2的几何关系进行坐标变换得到投影到球体表面的坐标，得到像素点的对应关系后，对照片的各像素灰度值进行插值，得到柱面各像素的灰度值，(3)补天与图像处理：利用后续图片编辑软件进行补天和图像处理操作，得到较为真实的静态全景图。优选的，上述后续图片编辑软件为Adobe或Photoshop。上述获取柱状全景图的基本原理是根据相机成像原理，相机透镜中心到底片的距离近似等于镜头焦距，而透镜的中心点就是假想的全景观测点，以此点为中心，以焦距为半径对应的球体表面就是全景投影面，将多张间隔一定角度的连续照片，无人机拍摄共360度，在此投影面上连续投影出的影像就是球状全景图。优选的，所述步骤3中山地灾害运动过程视频纹理的生成方法具体为：(1)视频制作：将步骤1拍摄的山地灾害运动过程的影像，利用视频制作软件制作成视频片段；(2)背景建模：定义背景为视频序列中静止的成分，利用时间轴滤波方法提取背景图，视频序列图像的每一帧减去背景图像得到仅包含运动物体的差值图像；(3)视频纹理合成：计算差值图像序列中任意两帧之间的距离,存储在二维数组中，合成得到视频纹理。视频纹理有两种播放方式:随机播放和循环播放，前者根据转移概率用蒙特卡罗法确定哪一帧在当前帧之后播放，后者选择一些具有低平均成本的帧序列形成循环。优选的，所述滤波算法为中值滤波或高斯滤波，使用此滤波对图像处理，消除噪声的影响，平滑差值图像，序列图像被表示为仅包含运动物体的差值图像。上述滑坡、泥石流等山地灾害运动过程的影像难以录制到，故可通过采集山地灾害变形运动过程及变形前后影像，利用后期处理软件得到其运动过程影像。背景被定义为视频序列中静止的成分，提取背景图像可以检测视频序列中的运动物体,进而增强视频纹理合成的稳定性。经典的背景建模方法包括时间轴上的中值滤波方法、均值加方差方法以及混合高斯模型方法等。由于视频纹理的采样时间比较短,没有明显的光照明条件变化，优选使用最简单的时间轴中值滤波方法提取背景图像。序列图像的每一帧减去背景图像得到差值图像，只有被运动物体覆盖的像素具有明显大于0的值，选择合适的阈值，将小于阈值的像素置为0。使用简单的滤波算法平滑差值图像，经过上述处理,序列图像被表示为仅包含运动物体的差值图像。在后面的视频纹理合成时，使用这些差值图像计算帧间的相似度，保证在播放当前帧以后从原始视频中找到下一帧，不引起视觉上的不连续。优选的，步骤4中使用熵压缩的方法对视频纹理进行压缩。上述视频纹理的每一帧与背景图像的差值非常小，在视频纹理与背景图像的差值图像中只有运动物体的像素具有较大的值，用合适的阈值滤波进一步减少图像的冗余信息还可以提取运动物体的区域。优选的，所述的步骤4中将静态全景图和视频纹理二者结合生成构造动态全景图的方法具体包括：将同一个视点下拍摄的静态全景图和视频纹理对准、应用颜色融合算法消除视频纹理与全景图之间颜色的不一致，将二者合成动态全景图。上述构造动态全景图时用户在拍摄视频纹理时改变摄像机的焦距，在这种情况下，使用一种基于FFT的对准技术提取图像尺度的变化。然后根据对准参数将视频纹理投影到全景图上。优选的，所述步骤5中将多期影像叠加，定量分析山地灾害变形前后高程和水平位移的变化的方法具体包括：将变形前后影像导入Arcgis，提取经度，纬度，高程的坐标，将变形前后影像相减，得到灾害体水平和竖直位移变化，定量分析灾害体的变形特征，为灾害体监测预警提供定量数据。本专利技术还提供一种山地灾害动态全景获取及预警的系统，包括存储器及处理器，其中：所述存储器用于存储程序指令；所述处理器用于运行所述程序指令，以执行以下步骤：同一视点下山地灾害数据采集；静态全景图的拼接和合成；山地灾害流运动过程视频纹理的生成；将静态全景图和视频纹理二者结合生成构造动态全景图；将多期影像叠加，定量分析山地灾害变形前后高程和水平位移的变化。优选的，上述处理器还用于运行所述程序指令：利用云软件编辑、上传动态全景图，多期影像叠加成果，实现互联网式共享。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：通过将视频纹理和全景图结合起来，构造滑坡、泥石流等山地灾害变形过程动态全景图，同时将多期影像叠加，获取山地灾害变形数据定量分析成果，根据山地灾害变形前后高程和水平位移的变化实现了对山地灾害的预警。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例中无人机定点航拍图部分选取图；图2是本专利技术实施例中球状静态全景图；图3是本专利技术实施例中视频纹理提取结果用线条表示结果图；图4为本专利技术实施例中视频纹理结果与12月份的静态全景图结合结果图；图5为本专利技术实施例中西山村变形数据结果图。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种山地灾害预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：同一视点下山地灾害数据采集；步骤2：静态全景图的拼接和合成；步骤3：山地灾害运动过程视频纹理的生成；步骤4：将静态全景图和视频纹理二者结合生成构造动态全景图；步骤5：将多期影像叠加，定量分析山地灾害变形前后高程和水平位移的变化。

【技术特征摘要】
1.一种山地灾害预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：同一视点下山地灾害数据采集；步骤2：静态全景图的拼接和合成；步骤3：山地灾害运动过程视频纹理的生成；步骤4：将静态全景图和视频纹理二者结合生成构造动态全景图；步骤5：将多期影像叠加，定量分析山地灾害变形前后高程和水平位移的变化。2.如权利要求1所述的一种山地灾害预警方法，其特征在于，上述方法还包括步骤6：利用云软件编辑、上传动态全景图，多期影像叠加成果，实现互联网式共享。3.如权利要求1所述的一种山地灾害预警方法，其特征在于，所述步骤1中同一视点下山地灾害数据采集的方法为：利用无人机定点拍摄采集数据及山地灾害运动前多期影像。4.如权利要求3所述的一种山地灾害预警方法，其特征在于，所述步骤1中利用无人机定点拍摄采集数据的方法具体为：a.无人机定点拍摄四圈采集数据，第一圈：云台上仰至山地灾害体出现在3等分网格线最下方一条线平行横向拍摄8-10张照片，每转30°拍一张；第二圈：此圈横向拍摄照片8张，每转45°拍一张；第三圈：由于拍摄不再是水平，横向拍6张，每转60°拍一张；第四圈：在向下俯仰基本就正对地面，间隔60度拍2张。5.如权利要求1所述的一种山地灾害预警方法，其特征在于，所述步骤2中使用PTGUI软件或利用双曲线形插值算法实现静态全景图的拼接和合成，所述双曲线形插值算法实现静态全景图的拼接和合成的具体方法为：(1)获取球状全景图：将无人机采集的多张间隔一定角度的连续照片(共360度)在以相机透镜的中心点、焦距为半径对应的球体表面上连续投影得到球状全景图；(2)双曲线形插值算法获取柱状全景图：将照片上任意一点按照式1、式2的几何关系进行坐标变换得到投影到球体表面的坐标，得到像素点的对应关系后，对照片的各像素灰度值进行插值，得到柱面各像素的灰度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东坡，徐青松，裴向军，刘梦亮，李童，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51