一种三维场景灾变监控预警方法技术

本发明专利技术公开了一种三维场景灾变监控预警方法，包括：基于改进的种子区域生长算法，对原始图像进行分割处理，得到分割后的原始图像；根据分割后的原始图像对预先构建的泥石流图像识别模型进行训练，得到训练好的泥石流图像识别模型；每隔预设时间段对监测区域进行一次激光扫描，得到当前时刻的点云数据，并基于GNSS导航系统和惯性导航系统，对点云数据进行定位，得到标准激光点云数据；基于标准激光点云数据得到初始DEM；对初始DEM进行滤波得到最终DEM；利用训练好的泥石流图像识别模型和最终DEM对所述监测区域进行地质灾害监测。采用本发明专利技术实施例能够实现三维场景灾变的监控预警，并在提高精度的同时降低成本。并在提高精度的同时降低成本。并在提高精度的同时降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种三维场景灾变监控预警方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种三维场景灾变监控预警方法。

技术介绍

[0002]泥石流作为一种大规模地质灾害，极具破坏性，一旦发生，往往会带来巨大的经济损失和人员伤亡。因此，快速准确识别泥石流的发生，对于快速采取有效措施、精准制定应对策略有着重要意义。
[0003]现有技术中，一般通过人工法来进行泥石流灾害的监控预警。人工法是一种宏观的测量方法，依靠技术人员根据多次的现场观测情况进行比对实现，技术人员必须具有丰富的经验，人工检测方法单一，数据误差大，人力成本高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种三维场景灾变监控预警方法，通过结合图像识别和激光点云进行泥石流灾害的监控预警，能够在提高精度的同时降低成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种三维场景灾变监控预警方法，包括：
[0006]获取监测区域的原始图像；
[0007]基于改进的种子区域生长算法，对所述原始图像进行分割处理，得到分割后的原始图像；
[0008]根据所述分割后的原始图像对预先构建的泥石流图像识别模型进行训练，得到训练好的泥石流图像识别模型；
[0009]每隔预设时间段对所述监测区域进行一次激光扫描，得到当前时刻的点云数据，并基于GNSS导航系统和惯性导航系统，对所述当前时刻的点云数据进行定位，得到当前时刻的标准激光点云数据；
[0010]基于所述当前时刻的标准激光点云数据得到当前时刻的初始DEM；
[0011]对所述当前时刻的初始DEM进行滤波得到当前时刻的最终DEM；
[0012]利用所述训练好的泥石流图像识别模型和所述当前时刻的最终DEM对所述监测区域进行地质灾害的监控预警。
[0013]作为是上述方案的改进，所述基于改进的种子区域生长算法，对所述原始图像进行分割处理，得到分割后的原始图像，包括：
[0014]将所述原始图像进行区域划分，并从中随机选择一个区域作为种子区域；
[0015]对所述种子区域周围的每一邻接区域，判断所述邻接区域的平均颜色分量值和所述种子区域的平均颜色分量值的比较结果是否小于预设阈值，若是，将所述邻接区域与所述种子区域合并，得到合并后的区域；
[0016]选取一个平均颜色分量值和所述种子区域的平均颜色分量值相同的区域，作为所述种子区域，重复步骤对所述种子区域周围的每一邻接区域，判断所述邻接区域的平均颜色分量值和所述种子区域的平均颜色分量值的比较结果是否小于预设阈值，若是，将所述
邻接区域与所述种子区域合并，得到合并后的区域，直到遍历完所述原始图像上所有的区域，得到分割后的原始图像。
[0017]作为是上述方案的改进，所述泥石流图像识别模型的构建过程至少包括：卷积操作、池化操作、ReLU变化、Dropout、归一化。
[0018]其中，根据下式进行卷积操作：
[0019][0020]式中，表示第l层卷积层的第j个特征图，f()表示激活函数，M
j
表示上一层的输出集合，表示卷积核，表示偏置参数，i表示次数，*表示卷积操作；
[0021]根据下式进行池化操作：
[0022][0023]式中，down()表示采样函数，表示每个输出特征图的多倍偏置参数，表示偏置参数；
[0024]根据下式进行ReLU变化：
[0025]y
ijk
＝max{0,x
ijk
}
[0026]式中，x
ijk
表示输入值，y
ijk
表示输出值；
[0027]在Dropout中，将50％的隐藏层的输出设置为0；
[0028]根据下式进行归一化：
[0029][0030][0031]式中，p表示相邻信道输入特征群，α表示系列参数，k表示第k个核，x
ijk
表示第k个核在位置(i,j)运用ReLU变化的非线性化输出，G(k)表示通道数，beta表示预设参数，G(k
′
)表示通道数。
[0032]作为是上述方案的改进，所述泥石流图像识别模型的训练过程至少包括反向传播。
[0033]其中，所述反向传播包括卷积层梯度计算和池化层梯度计算：
[0034]根据下式进行卷积层梯度计算：
[0035][0036]式中，表示节点j在l层的第一个导函数误差，β表示输入系数，
°
表示每个部分相乘，表示对于节点j的偏导值的激活函数，up()表示采样函数，u表示输入节点，δ表示导函数误差；
[0037][0038]式中，表示和的转置，conv2表示一个卷积函数，rot180表示卷积核被转置；
[0039]根据下式进行池化层梯度计算：
[0040][0041]式中，
[0042]作为是上述方案的改进，所述基于所述当前时刻的标准激光点云数据得到当前时刻的初始DEM，包括：
[0043]将所述当前时刻的标准激光点云数据进行自适应分块处理，得到每一分块的点云数据；
[0044]基于主成分分析法，对在x方向和y方向的所述每一分块的点云数据进行局部平面拟合处理，并利用反距离加权法和样条加权法对经过局部平面拟合处理过的点云数据进行插值处理，得到初始拟合曲面，对在z方向的所述每一分块的点云数据和所述初始拟合曲面进行滤波处理，得到最终拟合曲面；
[0045]对所述最终拟合曲面进行滤波处理，得到当前时刻的初始DEM。
[0046]作为是上述方案的改进，所述对所述当前时刻的初始DEM进行滤波得到当前时刻的最终DEM，包括：
[0047]采用小波函数来对所述当前时刻的初始DEM进行滤波，得到当前时刻的最终DEM。
[0048]与现有技术相比，本专利技术实施例提供的一种三维场景灾变监控预警方法，通过利用改进的种子区域生长算法识别监测区域发生泥石流的区域、激光点云数据构建表征监测区域的三维场景的数字高程模型(数字高程模型，Digital Elevation Model，DEM)，能够实现三维场景灾变监控预警。由此可见，本专利技术实施例通过结合基于训练好的泥石流图像识别模型的图像识别和激光点云对监测区域进行地质灾害的监控预警，能够在提高精度的同时降低成本。
附图说明
[0049]图1是本专利技术实施例提供的一种三维场景灾变监控预警方法的流程图。
具体实施方式
[0050]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0051]参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种三维场景灾变监控预警方法的流程图，所述三维场景灾变监控预警方法，包括：
[0052]S1、获取监测区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维场景灾变监控预警方法，其特征在于，包括：获取监测区域的原始图像；基于改进的种子区域生长算法，对所述原始图像进行分割处理，得到分割后的原始图像；根据所述分割后的原始图像对预先构建的泥石流图像识别模型进行训练，得到训练好的泥石流图像识别模型；每隔预设时间段对所述监测区域进行一次激光扫描，得到当前时刻的点云数据，并基于GNSS导航系统和惯性导航系统，对所述当前时刻的点云数据进行定位，得到当前时刻的标准激光点云数据；基于所述当前时刻的标准激光点云数据得到当前时刻的初始DEM；对所述当前时刻的初始DEM进行滤波得到当前时刻的最终DEM；利用所述训练好的泥石流图像识别模型和所述当前时刻的最终DEM对所述监测区域进行地质灾害的监控预警。2.如权利要求1所述的三维场景灾变监控预警方法，其特征在于，所述基于改进的种子区域生长算法，对所述原始图像进行分割处理，得到分割后的原始图像，包括：将所述原始图像进行区域划分，并从中随机选择一个区域作为种子区域；对所述种子区域周围的每一邻接区域，判断所述邻接区域的平均颜色分量值和所述种子区域的平均颜色分量值的比较结果是否小于预设阈值，若是，将所述邻接区域与所述种子区域合并，得到合并后的区域；选取一个平均颜色分量值和所述种子区域的平均颜色分量值相同的区域，作为所述种子区域，重复步骤对所述种子区域周围的每一邻接区域，判断所述邻接区域的平均颜色分量值和所述种子区域的平均颜色分量值的比较结果是否小于预设阈值，若是，将所述邻接区域与所述种子区域合并，得到合并后的区域，直到遍历完所述原始图像上所有的区域，得到分割后的原始图像。3.如权利要求1所述的三维场景灾变监控预警方法，其特征在于，所述泥石流图像识别模型的构建过程至少包括：卷积操作、池化操作、ReLU变化、Dropout、归一化；其中，根据下式进行卷积操作：式中，表示第l层卷积层的第j个特征图，f()表示激活函数，M
j
表示上一层的输出集合，表示卷积核，表示偏置参数，i表示次数，*表示卷积操作；根据下式进行池化操作：式中，down()表示采样函数，表示每个输出特征图的多倍偏置参数，表示偏置参数；根据下...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，何华贵，张永利，王会，胡碧菡，张明，周泊远，王鹏，
申请(专利权)人：广州市城市规划勘测设计研究院，
类型：发明
国别省市：