一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法技术

本发明专利技术涉及落石防护技术领域，涉及一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其包括以下步骤：1）、试验场地建立空间坐标系；2）、确定无人机平面位置并对中；确定无人机高度并记录；3）、调整相机云台并记录空间夹角，计算镜头光轴定位单位向量并记录焦距；4）、相机焦距与视角宽度标定；5）、捕捉落石运动获取二维轨迹点阵；6）、基于无人机视觉重构落石三维轨迹；7）、计算落石动能时程。本发明专利技术解决了坡面滚石试验中落石三维轨迹和动能时程的重构难题，该方法高效实用，地形适应性强。地形适应性强。地形适应性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法


[0001]本专利技术涉及落石防护
，涉及一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，具体地说，涉及一种用于坡面原位滚石试验、基于无人机视觉的落石运动三维轨迹及动能时程数字化重构方法。

技术介绍

[0002]坡面落石防护结构的设置高度依赖落石运动轨迹预测精度，而坡面原位滚石试验是预测工点落石运动轨迹的有效途径之一，通过该试验获取落石的典型运动轨迹、动能演化等关键参数，目前常采用在落石试块中预埋三轴加速度传感器的方式进行测量。
[0003]传统试验手段仍存在以下问题：（1）落石存在的转动加速度对三轴加速度计测量有影响，后期解耦困难，加速度数据对时间积分得到的速度和位移数据误差积累严重，易导致结果发散。
[0004]（2）预埋加速度传感器的接触式测量方式极易造成传感器及内置数采设备损坏，仪器损耗和试验成本高，且预埋传感器也增加了落石试块加工制造难度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的内容是提供一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其能够克服现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其特征在于：包括以下步骤：1）、试验场地（1）建立空间坐标系；2）、确定无人机（3）平面位置并对中；确定无人机（3）高度并记录；3）、调整相机云台并记录空间夹角，计算镜头光轴（4）定位单位向量（5）并记录焦距；4）、相机焦距与视角宽度（6）标定；5）、捕捉落石（7）运动获取二维轨迹点阵（8）；6）、基于无人机视觉重构落石（7）三维轨迹（10）；7）、计算落石（7）动能时程。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其特征在于：具体步骤如下：一、在试验场地（1）视野开阔处确定空间坐标原点O，建立右手直角坐标系Oxyz；选定两架无人机（3）在试验场地（1）表面的铅垂投影点P1、P2并做标记，采用激光测距测量两投影点P1、P2与坐标原点O的空间坐标差值，得到两点坐标P1（x1, y1, z1）、P2（x2, y2, z2）；二、将两台搭载参数化三轴云台的无人机（3）分别飞至P1、P2点上方，在x轴负方向的无人机记为W1，正方向的记为W2；将云台调平，相机镜头朝下，此时镜头光轴（4）铅垂，微调无人机（3）水平位置并通过实时图像参考中心点与地面标记点进行瞄准，使两台无人机（3）处于P1、P2点正上方，记录无人机（3）距地面的距离h1、h2，可得无人机（3）坐标W1（x1, y1, z1+h1）、W2（x2, y2, z2+h2）；三、调整两架无人机（3）云台，使相机镜头朝向试验坡面（2），基于云台角度参数分别记录W1、W2镜头光轴（4）与xy平面夹角α1、α2，与xz平面夹角β1、β2，以及与yz平面夹角γ1、γ2，并通过下式计算两个镜头角度的定位单位向量（5）；k1=(sinγ1, sinβ1, sinα1)k2=(sinγ2, sinβ2, sinα2)同时记录此时相机焦距参数r1、r2；四、无人机（3）搭载的相机拍摄帧率为p，落石（7）总运动时间为t，拍摄帧图像像素数量为高乘以宽h
×
b，拍摄图像对角线视角宽度（6）为φ，通过标定板标定建立相机焦距r与视角宽度φ的映射函数：；五、对落石（7）影像进行捕捉，以图像中心作为平面坐标系原点，得到两图像的二维轨迹点阵（8）数据，按照时间序列排序，每组总...

【专利技术属性】
技术研发人员：余志祥，金云涛，骆丽茹，郭立平，张丽君，齐欣，许浒，赵雷，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：