大坝外观全域变形监测及预警方法技术

本发明专利技术公开一种大坝外观全域变形监测及预警方法，即：先获取不同时刻的大坝外部整个坝面三维点云坐标集，对t时刻修正后的大坝坝面全域三维点云坐标集进行多元回归统计分析，计算确定t时刻整个坝面多元连续函数集；对t+1时刻修正后的大坝整个外观坝面三维点云坐标数据集进行多元回归统计分析，计算确定t+1时刻大坝整个外观坝面的多元连续函数集；对比t时刻和t+1时刻整个坝面多元连续函数集，计算两个时刻的坐标数值差异，从而快速获取大坝整个外观的连续变形情况，并依据变化情况划分预警等级。本发明专利技术可快速识别并定位大坝外观全域的微小变形及区域，发出预警，便于采取合理工程技术措施有效控制大坝外观变形的进一步扩大，保障大坝安全。保障大坝安全。保障大坝安全。

【技术实现步骤摘要】
大坝外观全域变形监测及预警方法


[0001]本专利技术涉及一种大坝外观变形监测及预警方法，具体地说，涉及一种监测混凝土坝、土石坝的坝体外观全域变形监测的方法。本专利技术属于大坝运行安全监测


技术介绍

[0002]混凝土坝、土石坝等挡水建筑物在运行期受水压力、温度等外荷载作用，同时考虑长期运行筑坝材料特性参数演化，坝体结构会产生不同程度的变形，当变形超过设计、计算分析指标或现行规范的要求，即存在安全隐患，需要采取一定的工程措施予以控制变形发展，从而保障大坝运行安全。
[0003]目前工程实践中应用较广泛的大坝内外观变形监测方法有引张线法、视准线法、正(倒)垂线法、测斜管观测法、真空激光观测法等，近年来随着自动化水平提升，测量机器人、柔性测斜仪等一批测量精度高、易于安装和自动化观测的技术得到了快速发展和应用。上述变形观测方法的优点是精度较高、易于自动化采集数据，其不足之处在于仅能获得坝体局部，即某监测断面上的点、或线反映出的大坝变形，无法观测到大坝全域，即大坝面、体的连续变形。而作为挡水建筑物的土石坝或混凝土坝，空间跨度通常在上百米至上千米，现有观测手段无法覆盖监测断面之间的盲区，而既有工程隐患、险情及事故案例表明，监测盲区内发生异常变形的概率极大，若未能及时发现异常变形并采取工程控制与修补措施，将会造成严重的事故。综上，对大坝全域实现变形安全监测，对保障大坝长期运行安全具有重要意义。

技术实现思路

[0004]鉴于上述原因，本专利技术的目的是提供一种用于监测及预警大坝坝体外观全域变形的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种大坝外观全域变形监测及预警方法，它包括如下步骤：
[0006]S1、获取大坝坝体整个外观三维点云坐标集；
[0007]S1.1、采用无人机视觉摄影并搭载激光雷达装备等方式，获取大坝坝体全域的坝面图像及激光坐标等数据，采用相邻图像特征点匹配并通过激光雷达校核的方法，对拍摄的全域坝面表面图像进行图像处理，获取t时刻大坝全域坝面三维点云坐标数据集A
t
＝{x
ti
,y
ti
,z
ti
}，其中，i＝1,2,3,
…
,p，p为代表大坝坝体全域外观特征的三维点云数据的个数；
[0008]S1.2、依据大坝坝面的空间位置，将大坝坝面均匀划分为m个坝面拟合区域，则大坝整个坝面三维点云坐标数据集B
t
被划分为{B
t1
,B
t2
,B
t3
,
…
,B
tm
}，其中，B
tm
表示t时刻编号为m的坝面拟合区域三维点云坐标数据集合；
[0009]S2、对t时刻大坝整个坝面三维点云坐标集B
t
进行多元回归统计分析，确定大坝整个坝面多元连续函数集C
t
＝{f
t1
(x,y,z)，f
t2
(x,y,z)，f
t3
(x,y,z),
…
,f
tm
(x,y,z)}，多元连
续函数集C
t
的计算步骤如下：
[0010]S2.1、基于大坝整个坝面三维点云坐标数据集B
tm
，分别求解每个坝面拟合区域的多元连续函数f
tm
(x,y,z)及每个坝面拟合区域的决定系数R2：
[0011]1)设坝面多元连续函数f
tm
(x,y,z)模型为：其中，a
jk
为函数系数，j为x的项数，k为y的项数；
[0012]2)采用残差平方和S(x,y,z)作为评价函数，带入坐标集B
tm
，同时设置限制函数：求解的最优系数解集{a
00
,a
01
,a
02
,a
03
,a
10
,...,a
jk
}，得到了当前t时刻大坝每个坝面拟合区域的多元连续函数f
tm
(x,y,z)；
[0013]3)计算大坝每个坝面拟合区域多元连续函数f
tm
(x,y,z)的决定系数其中，SSR为回归平方和，SST为总平方和；
[0014]S2.2、判断每个坝面拟合区域的决定系数R2是否大于0.9？
[0015]如果决定系数R2＞0.9，说明该坝面拟合区域连续函数f
tm
(x,y,z)满足精度要求，执行步骤S2.4；
[0016]如果决定系数R2≤0.9，说明该坝面拟合区域连续函数f
tm
(x,y,z)不满足精度要求，执行步骤S2.3；
[0017]S2.3、对不满足精度要求的连续函数f
tm
(x,y,z)所在坝面拟合区域坐标集B
tm
，基于几何构造对该坝面拟合区域进行四等分，则此时B
tm
由四个子区域构成{B
t(m1)
,B
t(m2)
,B
t(m3)
,B
t(m4)
}，对重新划分后的坐标集区域执行步骤S2.1拟合求解，若重新拟合后的多元连续函数的决定系数R2仍然不大于0.9，则继续对划分后仍不满足精度要求的坝面拟合区域坐标集继续四等分细化，直到大坝坝面内的所有坝面拟合区域的多元连续函数的决定系数R2都大于0.9，则停止划分；
[0018]此时第m号坝面拟合区域B
tm
有b(b≥1)个子区域{B
t(m1)
,B
t(m2)
,B
t(m3)
,
…
,B
t(mb)
}，每个子区域都有一个高精度的多元连续函数f
tmb
(x,y,z)；
[0019]S2.4当m个区域内的所有子区域决定系数R2全部大于0.9时，t时刻的大坝表面一共有n个多元连续函数；
[0020]S3、对t+1时刻大坝整个坝面三维点云坐标数据集B
(t+1)m
重复上述步骤S1和S2操作，确定t+1时刻大坝整个坝面多元连续函数集C
t+1
＝{f
(t+1)1
(x,y,z)，f
(t+1)2
(x,y,z)，f
(t+1)3
(x,y,z),
…
,f
(t+1)m
(x,y,z)}，t+1时刻的大坝表面一共有l个多元连续函数；
[0021]S4、对比t时刻整个坝面多元连续函数集C
t
和t+1时刻整个坝面多元连续函数集C
t+1
，判断大坝坝面是否存在变形情况，并依据变化情况划分预警等级，具体方法如下：
[0022](1)当t时刻大坝整个坝面多元连续函数集C
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大坝外观全域变形监测及预警方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1、获取大坝坝体整个外观三维点云坐标集；S1.1、采用无人机视觉摄影并搭载激光雷达装备，获取大坝坝体全域的坝面图像及激光坐标数据，采用相邻图像特征点匹配并通过激光雷达校核的方法，对拍摄的全域坝面表面图像进行图像处理，获取t时刻大坝全域坝面三维点云坐标数据集A
t
＝{x
ti
,y
ti
,z
ti
}，其中，i＝1,2,3,
…
,p，p为代表大坝坝体全域外观特征的三维点云数据的个数；S1.2、依据大坝坝面的空间位置，将大坝坝面均匀划分为m个坝面拟合区域，则大坝整个坝面三维点云坐标数据集B
t
被划分为{B
t1
,B
t2
,B
t3
,
…
,B
tm
}，其中，B
tm
表示t时刻编号为m的坝面拟合区域三维点云坐标数据集合；S2、对t时刻大坝整个坝面三维点云坐标集B
t
进行多元回归统计分析，确定大坝整个坝面多元连续函数集C
t
＝{f
t1
(x,y,z)，f
t2
(x,y,z)，f
t3
(x,y,z),
…
,f
tm
(x,y,z)}，多元连续函数集C
t
的计算步骤如下：S2.1、基于大坝整个坝面三维点云坐标数据集B
tm
，分别求解每个坝面拟合区域的多元连续函数f
tm
(x,y,z)及每个坝面拟合区域的决定系数R2：1)设坝面多元连续函数f
tm
(x,y,z)模型为：其中，a
jk
为函数系数，j为x的项数，k为y的项数；2)采用残差平方和S(x,y,z)作为评价函数，带入坐标集B
tm
，同时设置限制函数：求解的最优系数解集{a
00
,a
01
,a
02
,a
03
,a
10
,...,a
jk
}，得到了当前t时刻大坝每个坝面拟合区域的多元连续函数f
tm
(x,y,z)；3)计算大坝每个坝面拟合区域多元连续函数f
tm
(x,y,z)的决定系数其中，SSR为回归平方和，SST为总平方和；S2.2、判断每个坝面拟合区域的决定系数R2是否大于0.9？如果决定系数R2＞0.9，说明该坝面拟合区域连续函数f
tm
(x,y,z)满足精度要求，执行步骤S2.4；如果决定系数R2≤0.9，说明该坝面拟合区域连续函数f
tm
(x,y,z)不满足精度要求，执行步骤S2.3；S2.3、对不满足精度要求的连续函数f
tm
(x,y,z)所在坝面拟合区域坐标集B
tm
，基于几何构造对该坝面拟合区域进行四等分，则此时B
tm
由四个子区域构成{B
t(m1)
,B
t(m2)
,B
t(m3)
,B
t(m4)
}，对重新划分后的坐标集区域执行步骤S2.1拟合求解，若重新拟合后的多元连续函数的决定系数R2仍然不大于0.9，则继续对划分后仍不满足精度要求的坝面拟合区域坐标集继续四等分细化，直到大坝坝面内的所有坝面拟合区域的多元连续函数的决定系数R2都大于0.9，则停止划...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，聂鼎，金鑫鑫，谭妮，卢正超，黎利兵，姜云辉，邱永荣，李辉，段治良，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：