一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法技术

本发明专利技术公开了一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法，本发明专利技术将贴近摄影测量技术、TPS变形监测系统、机载LiDAR测量技术与三维激光扫描仪测量技术相结合，获得高精度测量数据与三维模型，获取测区大坝变形信息；将获得信息进行去除粗差与误差处理，通过建立回归模型建立监测变量与变形关系，准确得到外部环境对溃坝进程影响，通过获得监测数据的异常值，判断异常变形情况，针对异常情况进行监测；最后对获得三维点云数据处理，自动找出变形区域，准确识别溃坝部位，依据倾斜摄影三维模型，获得完整溃坝过程。本方法解决了传统的大坝安全监测手段过于单一、精度低且不能及时监测出大坝异常的形变沉降情况等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法
本专利技术涉及溃坝监测领域，具体涉及一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法。
技术介绍
溃坝过程监测是一项长期，复杂的监测工程，在溃坝过程中存在着大量模糊、复杂、不确定因素，且在上世纪50～60年代，数起严重溃坝事件的发生，使人意识到对溃坝过程进行安全监测、预警与影响评价的重要性。在进行溃坝监测的工作过程中，使用单一监测方法难以获得完整溃坝过程，准确得到溃坝原因。因此，对大坝进行实时监测，并准确地获取大坝周期变形模型，获取溃坝过程，有着十分重要的意义。目前，常用的大坝变形监测为大坝内部垂线，引张线等变形监测，大坝外部水准控制网，GPS控制网等变形检测网。由于溃坝因素有很多，使得溃坝发生具有随机性、不确定性。若仅仅凭借经验对溃坝进行定型判断，难以为水库大坝的管理建设提供参考。基于水准控制网与GPS技术在大坝观测中应用最为广泛的方法，但是这种方法对溃坝过程监测与研究也有缺陷与不足，如下：(1)影响溃坝的因素有很多，包括坝体渗漏、坝体滑坡、生物洞穴等难以监测，需要大坝的精细周期变化模型。(2)开裂，渗漏，变形等溃坝过程难以与监测的变形数据结合，探讨内外因素对溃坝过程影响，基于多因素对溃坝进行预警与安全监测。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法实现了对大坝的安全监测和异常形变预警。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法，其包括以下步骤：S1、使用贴近倾斜摄影测量技术获取监测区域的三维模型；S2、使用TPS变形监测系统对大坝进行监测，获取测量点的水平位移与沉降数据；S3、使用机载LiDAR与三维激光扫描仪获取监测区域的点云数据；S4、基于测量点的变形数据、水平位移与沉降数据，以及监测区域的点云数据获取监测点变化数据；S5、构建大坝变形的多元线性回归模型，基于监测点变化数据通过大坝变形的多元线性回归模型对溃坝过程进行安全监测；S6、获取安全监测过程中变化数据超过阈值的区域，即危险区域；S7、使用机载LiDAR和三维激光扫描仪获取危险区域的点云数据；S8、按时序对危险区域的点云数据和三维模型进行处理，实现危险区域的溃坝可视化；S9、基于溃坝可视化过程，进行预警与影响评估。进一步地，步骤S1的具体方法包括以下子步骤：S1-1、采用无人机倾斜摄影方式获取监测区域的影像；S1-2、对获取的影像进行质量检查，对质量不达标的区域进行补飞，得到完整影像数据；S1-3、对完整影像数据进行匀光匀色和几何校正处理，得到预处理后的影像；S1-4、对预处理后的影像进行空三加密和分块重构，构建数字表面模型；S1-5、基于LOD技术，基于立面底边坐标、立面法向量与高差、相机参数构建基础航线；S1-6、基于GIS分析软件将基础航线与数字表面模型叠加，得到飞行航线；S1-7、将飞行航线及相机参数导入无人机飞控系统中，使用贴近倾斜摄影测量技术获取监测区域的倾斜摄影影像；S1-8、根据监测区域的倾斜摄影影像生成监测区域的三维模型。进一步地，步骤S5的具体方法包括以下子步骤：S5-1、采用卡尔曼滤波消除监测点变化数据的粗差，得到消除粗差后的数据；S5-2、采用移动平均线法对消除粗差后的数据进行平滑处理，对平滑处理后的数据进行归一化，得到归一化后的数据；S5-3、对于归一化后的数据中的观测数据与监测数据，选择10-15组在统计窗口作为经验数据；S5-4、在统计窗口中建立多元线性回归模型，并采用局部离群因子检测方法检测异常值，进行安全监测与威胁预警。进一步地，步骤S8的具体方法包括以下子步骤：S8-1、将机载LiDAR扫描的点云数据与激光扫描仪获取的点云数据进行数据配准，将不同站点的数据匹配到同一坐标系中；S8-2、对匹配的点云数据采用最小二乘法进行高斯滤波去噪处理；S8-3、使用平均滤波器对高斯滤波去噪处理后的点云数据进行平滑处理并去除水域点云数据，得到编辑后的点云数据；S8-4、对编辑后的点云数据进行内插与重采样，生成监测大坝的数字高程模型；S8-5、采用无控制数字高程模型匹配算法按时序属性将生成的数字高程模型匹配到同一基准中，实现对危险区域的溃坝可视化。进一步地，步骤S9的具体方法为：在溃坝可视化过程中加入安全监测过程中的观测数据与监测数据，将溃坝可视化过程与对应区域的三维模型进行结合，得到溃坝过程完整三维动态过程，基于溃坝过程完整三维动态过程完成对溃坝过程的影响评估。本专利技术的有益效果为：本专利技术将贴近摄影测量技术、TPS变形监测系统、机载LiDAR测量技术与三维激光扫描仪测量技术相结合，获得高精度测量数据与三维模型，获取测区大坝变形信息；将获得信息进行去除粗差与误差处理，通过建立回归模型建立监测变量与变形关系，准确得到外部环境对溃坝进程影响，通过获得监测数据的异常值，判断异常变形情况，针对异常情况进行监测；最后对获得三维点云数据处理，自动找出变形区域，准确识别溃坝部位，依据倾斜摄影三维模型，获得完整溃坝过程。本方法解决了传统的大坝安全监测手段过于单一、精度低且不能及时监测出大坝异常的形变沉降情况等问题，避免了无法监测渗漏，开裂等的形变情况，保证安全灾害事故不发生，实现了对溃坝过程的实时全方位覆盖监测，对大坝安全监测，异常形变预警，溃坝研究分析等有着十分重要的意义。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，该溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法包括以下步骤：S1、使用贴近倾斜摄影测量技术获取监测区域的三维模型；S2、使用TPS变形监测系统对大坝进行监测，获取测量点的水平位移与沉降数据；S3、使用机载LiDAR与三维激光扫描仪获取监测区域的点云数据；S4、基于测量点的变形数据、水平位移与沉降数据，以及监测区域的点云数据获取监测点变化数据；S5、构建大坝变形的多元线性回归模型，基于监测点变化数据通过大坝变形的多元线性回归模型对溃坝过程进行安全监测；S6、获取安全监测过程中变化数据超过阈值的区域，即危险区域；S7、使用机载LiDAR和三维激光扫描仪获取危险区域的点云数据；S8、按时序对危险区域的点云数据和三维模型进行处理，实现危险区域的溃坝可视化；S9、基于溃坝可视化过程，进行预警与影响评估。步骤S1的具体方法包括以下子步骤：S1-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、使用贴近倾斜摄影测量技术获取监测区域的三维模型；/nS2、使用TPS变形监测系统对大坝进行监测，获取测量点的水平位移与沉降数据；/nS3、使用机载LiDAR与三维激光扫描仪获取监测区域的点云数据；/nS4、基于测量点的变形数据、水平位移与沉降数据，以及监测区域的点云数据获取监测点变化数据；/nS5、构建大坝变形的多元线性回归模型，基于监测点变化数据通过大坝变形的多元线性回归模型对溃坝过程进行安全监测；/nS6、获取安全监测过程中变化数据超过阈值的区域，即危险区域；/nS7、使用机载LiDAR和三维激光扫描仪获取危险区域的点云数据；/nS8、按时序对危险区域的点云数据和三维模型进行处理，实现危险区域的溃坝可视化；/nS9、基于溃坝可视化过程，进行预警与影响评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、使用贴近倾斜摄影测量技术获取监测区域的三维模型；
S2、使用TPS变形监测系统对大坝进行监测，获取测量点的水平位移与沉降数据；
S3、使用机载LiDAR与三维激光扫描仪获取监测区域的点云数据；
S4、基于测量点的变形数据、水平位移与沉降数据，以及监测区域的点云数据获取监测点变化数据；
S5、构建大坝变形的多元线性回归模型，基于监测点变化数据通过大坝变形的多元线性回归模型对溃坝过程进行安全监测；
S6、获取安全监测过程中变化数据超过阈值的区域，即危险区域；
S7、使用机载LiDAR和三维激光扫描仪获取危险区域的点云数据；
S8、按时序对危险区域的点云数据和三维模型进行处理，实现危险区域的溃坝可视化；
S9、基于溃坝可视化过程，进行预警与影响评估。


2.根据权利要求1所述的溃坝过程安全监测、预警与影响评估方法，其特征在于，步骤S1的具体方法包括以下子步骤：
S1-1、采用无人机倾斜摄影方式获取监测区域的影像；
S1-2、对获取的影像进行质量检查，对质量不达标的区域进行补飞，得到完整影像数据；
S1-3、对完整影像数据进行匀光匀色和几何校正处理，得到预处理后的影像；
S1-4、对预处理后的影像进行空三加密和分块重构，构建数字表面模型；
S1-5、基于LOD技术，基于立面底边坐标、立面法向量与高差、相机参数构建基础航线；
S1-6、基于GIS分析软件将基础航线与数字表面模型叠加，得到飞行航线；
S1-7、将飞行航线及相机参数导入无人机飞控系统中，使用贴近倾斜摄影测量技术获取监测区域的倾斜摄影影像；
S1-8、根据监测区域的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐耀，雷添杰，李蓉，杜冰，王利娜，李世灿，杨永森，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，北京中水科海利工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11