【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字视频监测，具体涉及一种非接触式表面变形定量监测预警方法及监测系统。
技术介绍
1、随着全球气候变化和城市化进程的加快，地质灾害事故的频率和规模不断增加，对人们的生命财产安全造成了巨大威胁，其中，边坡地灾是一种常见而严重的地质灾害形式，每年都有大量的边坡崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生。为了减少边坡地灾带来的损失，监测边坡的变化和风险成为了一项重要任务。
2、目前，人们对边坡进行监测的主要方式有：1、通过人工进行勘探识别；2、在边坡上设置传感器、锚杆等来进行边坡位移或变形的监测；3、利用摄像机等数字视频产品进行远程监测。其中，人工勘探识别存在费时费力、无法持续监测的问题，且其高度依赖于勘探人员的经验，监测结果的准确性无法得到保障；而安装传感器、锚杆等的方式存在监测区域范围小、无法实现非接触安装等缺点。由于摄像机等数字视频产品具有非接触式的特点，且其能够实现全天候、持续性监测，因而越来越受到人们的青睐。
3、然而，目前在利用摄像机等数字视频产品进行远程监测时还存在一定的问题，主要体现在：1、目前的大多数摄像机实时监测系统一般只提供影像数据以辅助决策，常作为监控使用，并不能直接获取表面变形数据；2、目前也有利用无人机航拍以获取不同角度的坡体影像数据的摄影测量监测技术，其根据影像数据建立坡体的三维模型，监测坡体的位移变化，该技术具有非接触、信息容量高的监测优点，但监测精度不高，难以适应全天候的工作环境，且难以稳定持续的监测；3、目前的数字视频产品在利用影像数据进行图像分析时，一般是通过图像按像素
4、有鉴于此，需要对现有技术进行进一步改进。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种非接触式表面变形定量监测预警方法及监测系统，目的是为了实现对被监测边坡的表面变形进行高精度的定量监测，减少误报，降低计算工作量，提高监测的可用性和操作性。
2、为实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其包括以下步骤：
4、s101、将图像采集系统安装在待测坡面前方预定位置；
5、s102、利用图像采集系统的摄像头在第一位置处持续监测待测坡面，获取待测坡面的第一图像；
6、s103、将图像采集系统的摄像头移动至第二位置，继续监测待测坡面并获取待测坡面的第二图像；
7、s104、基于yolo算法分别识别第一图像和第二图像中的物体类型，确定相关物体在图像上的位置和大小，并基于特征相似匹配原理，建立起第一图像和第二图像上的所述相关物体的一一映射关系；
8、s105、基于所述一一映射关系，将第一图像与第二图像进行配准对齐，由此确定第一图像和第二图像的相交区域；
9、s106、分别对第一图像和第二图像上的相交区域进行网格划分，并在每一网格中抓取若干相对应的特征点对，基于双目测距原理，计算各特征点对所对应的深度距离，由此通过对第一图像和第二图像进行计算，实现对场景的三维重建，生成场景的深度图像；
10、s107、基于三维重建结果，按照预先设置的距离过滤条件，对场景的深度图像进行过滤，生成用于确定图像位移形变监测区域的蒙板区；
11、s108、将生成的蒙板区投影覆盖到当前所实时采集的第三图像上并对第三图像上未被蒙板区所覆盖的所述图像位移形变监测区域进行图像语义分割，将其对应的场景分类，形成不同的分区区块并分别赋予具体的含义，分配对应的位移修正系数；
12、s109、基于所述位移修正系数和各分区区块经位移解算后得到的解算位移量，输出各分区区块经修正后的位移结果，将其作为预警位移量，带入预设的预警模型中，并判断是否发出预警信号。
13、另外，还提供了一种非接触式表面变形定量监测系统，其至少包括图像采集系统和与之相配套的控制器，所述图像采集系统包括摄像机单元，所述摄像机单元包括摄像头、伸缩调平单元、安装柱、滑台、滑轨、安装座和激光发射测距单元，其中，滑轨呈l形，其具有水平段和竖直段，摄像头安装固定在伸缩调平单元的上方，伸缩调平单元的下方与安装柱相连接，安装柱的底部与滑台固定连接，滑台滑动设置在滑轨的水平段上，滑轨固定设置在安装座上，竖直段的面向摄像头的一侧安装有激光发射测距单元，摄像头的面向激光发射测距单元的一侧形成有感光面，伸缩调平单元与控制器相连接，控制器能够根据感光面所接收到的来自于激光发射测距单元的激光信号发出调节指令，以对摄像头的姿态进行调整；当滑台在滑轨上滑动时，滑台沿着靠近或远离激光发射测距单元的方向移动，从而将摄像头由第一位置移动至第二位置。
14、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
15、1、通过滑轨搭载摄像头的方法，利用一个摄像头即实现了双目视觉，且其基线距离可调，这对野外进行远距离的监测是极为有利的，由于采用特殊的激光测距方式，加之同一个摄像头不会产生因畸变参数不同而带来的误差，因此能够实现对被监测边坡的表面变形进行高精度的定量监测；
16、2、在本专利技术中，借助于yolo算法进行物体识别，一方面可利用yolo识别出的物体进行配准对齐，在保证对齐精度的情况下降低了以往配准对齐的计算复杂度；另一方面，能有效的降低临时性移动物体的干扰，降低产生误报的几率；此外，yolo识别出的物体，还可用于后期位移形变监测区域的修正，一次yolo识别实现了对齐、过滤和修正三重功能，避免了额外调用其它算法而导致对算力的浪费。另外，通过蒙板确定了有限的监测区域-图像位移形变监测区域，这样，计算工作量大大降低；
17、3、经修正的预警位移量综合考虑了画面中植被、土、石等结构，因各成分对滑坡的稳定性影响不同，表土层的位移对滑坡整体稳定性影响较小，岩石结构的位移则说明滑坡存在大范围变形的风险。因此综合考虑预警区域成分及适当修正形成综合预警位移，再代入预警模型，较传统的根据直接解算出的位移量进行直接预警，更加科学，可有效减少误报。
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1.一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述摄像机单元至少包括滑轨（5）和设置在滑轨（5）上的摄像头（1），摄像头（1）有且仅有一个，摄像头（1）能够在滑轨（5）上自由滑动以实现在不同位置处进行待测坡面的图像采集。
3.如权利要求1所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，在步骤S104基于YOLO算法分别识别出第一图像和第二图像中的物体类型后，且在步骤S105进行配准对齐之前，还包括对场景中的物体进行辨别，判断其是否为临时性的移动物体，当在场景图像中发现临时性的移动物体时，标识当前图像无效，不参与后续计算。
4.如权利要求1所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，在步骤S108中，在进行图像语义分割时使用Deeplab语义分割神经网络进行语义分割处理，图像语义分割的输出结果为图像语义掩模图像以及与对应相关索引值相对应的语义列表信息；在语义分割处理后，将第三图像上所识别出的图像位移形变监测区域分割为不同种类
5.如权利要求4所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，步骤S109中，在“基于所述位移修正系数和各分区区块经位移解算后得到的解算位移量，输出各分区区块经修正后的位移结果”之后，按照预设的阈值过滤条件，将所述经修正后的相应的位移结果中小于阈值的结果置0，仅输出大于或等于阈值的位移结果，并将其作为最终的输出位移结果；基于最终的输出位移结果，判断是否发出预警信号。
6.如权利要求1-5中任一项所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述图像采集系统包括摄像机单元，所述摄像机单元包括摄像头（1）、伸缩调平单元（2）、安装柱（3）、滑台（4）、滑轨（5）、安装座（6）和激光发射测距单元（8），其中，滑轨（5）呈L形，其具有水平段和竖直段（7），摄像头（1）安装固定在伸缩调平单元（2）的上方，伸缩调平单元（2）的下方与安装柱（3）相连接，安装柱（3）的底部与滑台（4）固定连接，滑台（4）滑动设置在滑轨（5）的水平段上，滑轨（5）固定设置在安装座（6）上，竖直段（7）的面向摄像头（1）的一侧安装有激光发射测距单元（8），摄像头（1）的面向激光发射测距单元（8）的一侧形成有感光面（9），伸缩调平单元（2）与控制器相连接，控制器能够根据感光面（9）所接收到的来自于激光发射测距单元（8）的激光信号发出调节指令，以对摄像头（1）的姿态进行调整；当滑台（4）在滑轨（5）上滑动时，滑台（4）沿着靠近或远离激光发射测距单元（8）的方向移动，从而将摄像头（1）由第一位置（101）移动至第二位置（102）。
7.如权利要求6所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述激光发射测距单元（8）包括至少两个水平设置的激光测距仪，所述至少两个水平设置的激光测距仪位于同一水平线上。
8.如权利要求6所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述感光面（9）包括第一感光区（91）、反射区（92）和第二感光区（93），反射区（92）为一水平矩形区域，第一感光区（91）和第二感光区（93）分别位于反射区（92）的上下两侧，初始时，激光发射测距单元（8）的至少两个水平设置的激光测距仪均朝向感光面（9）发射激光信号，且所发射的激光光线均照射在反射区（92）上，当摄像头（1）在滑台（4）的带动下沿着滑轨（5）滑动时，因在竖直方向的偏差而导致所发射的激光光线照射在第一感光区（91）或第二感光区（93）上时，第一感光区（91）或第二感光区（93）能够产生相应的信号，这一信号能够被控制器所获取并生成对应的调节指令，调节伸缩调平单元（2），促使其在竖直方向上伸缩，使得激光光线再次回到反射区（92），从而实现摄像头（1）在竖直方向上的姿态调整。
9.一种非接触式表面变形定量监测系统，其特征在于，借助于所述非接触式表面变形定量监测系统能够实现权利要求6-8中任一项所述的非接触式表面变形定量监测预警方法。
...【技术特征摘要】
1.一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述摄像机单元至少包括滑轨（5）和设置在滑轨（5）上的摄像头（1），摄像头（1）有且仅有一个，摄像头（1）能够在滑轨（5）上自由滑动以实现在不同位置处进行待测坡面的图像采集。
3.如权利要求1所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，在步骤s104基于yolo算法分别识别出第一图像和第二图像中的物体类型后，且在步骤s105进行配准对齐之前，还包括对场景中的物体进行辨别，判断其是否为临时性的移动物体，当在场景图像中发现临时性的移动物体时，标识当前图像无效，不参与后续计算。
4.如权利要求1所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，在步骤s108中，在进行图像语义分割时使用deeplab语义分割神经网络进行语义分割处理，图像语义分割的输出结果为图像语义掩模图像以及与对应相关索引值相对应的语义列表信息；在语义分割处理后，将第三图像上所识别出的图像位移形变监测区域分割为不同种类并配备对应的位移修正系数。
5.如权利要求4所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，步骤s109中，在“基于所述位移修正系数和各分区区块经位移解算后得到的解算位移量，输出各分区区块经修正后的位移结果”之后，按照预设的阈值过滤条件，将所述经修正后的相应的位移结果中小于阈值的结果置0，仅输出大于或等于阈值的位移结果，并将其作为最终的输出位移结果；基于最终的输出位移结果，判断是否发出预警信号。
6.如权利要求1-5中任一项所述的一种非接触式表面变形定量监测预警方法，其特征在于，所述图像采集系统包括摄像机单元，所述摄像机单元包括摄像头（1）、伸缩调平单元（2）、安装柱（3）、滑台（4）、滑轨（5）、安装座（6）和激光发射测距单元（8），其中，滑轨（5）呈l形，其具有水平段和竖直段（7），摄像头（1）安装固定在伸缩调平单元（2）的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，倪化勇，彭江，梁翔春，陈文俊，罗光强，赵燕来，李忠，
申请(专利权)人：中国地质科学院探矿工艺研究所，
类型：发明
国别省市：
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