[发明专利]一种基于小型无人机遥感的边坡变形检测及量算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种边坡变形监测及分析方法，具体的是一种基于小型无人机遥感的边坡变形检测及量算方法。

背景技术

监测预警是防治边坡变形或失稳最主要和最有效的手段，已得到广泛认可。其中以GPS为代表的地表位移监测因其高精度、低成本、适应性强等特点，已成为边坡监测中必不可少的核心技术手段。然而，目前的地表位移监测都是所谓的“点”式监测方法，即只能监测获得事先部署在边坡上有限的几个离散点的位移变形数据，而无法获知整个边坡表面空间的连续变形场信息。为克服这一缺陷，以遥感为代表的“面”式监测方法开始被应用到边坡变形监测，但传统的航天、航空包括地面遥感方法又面临着成本昂贵、技术复杂等现实问题，而且常受制于监测环境和场地、监测时间及气象条件等诸多影响。

小型无人机遥感系统具有结构简单、成本低、风险小、灵活机动、实时性强等独特优势，已开始成为遥感家族中有效的补充手段。结合成熟的数字摄影测量方法，尤其是基于计算机视觉算法发展起来的SfM（StructurefromMotion）图像处理方法，利用小型无人机搭载普通数码相机拍摄具有一定重叠率的照片，即可处理生成目标对象的高分辨率三维点云、数字表面模型DSM以及数字正射影像DOM等遥感成果，再基于多期遥感成果，可以实现对目标对象的变化检测。但如将上述方法直接应用到边坡变形监测及分析上，仅仅依靠高分辨率遥感成果还远远不够，还必须保证遥感成果首先在平面位置及高程上具备高的绝对位置精度，同时还要保证多期成果之间具备高的配准精度，这样才有可能开展包括变形检测及准确量测在内的边坡变形监测及分析。这涉及到小型无人机系统搭建、像控点布设及测量、现场影像采集、室内遥感成果生成、多期成果配准、边坡变形检测及量算等一系列方法的综合运用，但目前仍缺少这样一套完整、高效的基于小型无人机遥感的高精度边坡变形监测及分析处理方法，从而严重制约了相关应用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明推出一种基于小型无人机遥感的边坡变形检测及量算方法，其目的在于，基于边坡特征开展快速有效的像控点布设和测量，同时利用小型无人机遥感系统自动采集边坡像片，通过在数字摄影测量处理过程中引入像控点，生成边坡的高精度及高分辨率遥感成果，再对通过精度检验以及高精度配准的前后两期遥感成果开展边坡变形检测及量算，从而快速、高效、准确地获取边坡的整体变形特征。

本发明涉及的一种基于小型无人机遥感的边坡变形检测及量算方法，技术步骤包括：S1：根据边坡特征现场布设并测量像控点；S2：利用小型无人机遥感系统现场采集边坡高清像片；S3：通过数字摄影测量处理并加入像控点生成边坡三维点云；S4：检验并优化生成具有高绝对位置精度的边坡三维点云；S5：高精度配准前后两期边坡三维点云；S6：基于前后两期高精度遥感成果的边坡变形检测及量算。

所述步骤S1中像控点的控制测量，应选择与无人机遥感监测相匹配的高精度、快速度、方便施测的技术方法，能够选择GPSRTK测量技术；在GPS定位条件受限区域应选择全站仪测量技术；在人类无法涉足、反射条件较好的高陡岩质边坡，选择免棱镜全站仪测量技术；对于环境条件复杂边坡，可以综合考虑上述多种技术相结合。

所述步骤S1中边坡像控点的现场选择或布设，应该覆盖边坡并适当向外延伸的范围内，对于在无人机采集像片上可以清晰可辨的特征点，如房屋、公路、出露基岩，可以直接选择和标识后作为像控点；对于无直接可辨特征点的位置，则需在地面放置像片上可以清晰可辨的辅助标志，如白色背景中的黑色十字，以标识像控点位置；所有像控点分布尽量均匀，构成等边三角网或四边形网；像控点的布设应在无人机采集边坡像片之前完成，以保证像片上可以清楚分辨所有像控点位置。

所述步骤S1中像控点的测量应该包括所有像控点的高精度三维坐标，测量时间不受无人机采集像片时间限制，可在任意时刻进行，如在采集同时进行测量，则应保证像控点标识不被遮挡，仍能在像片上清晰可见。

所述步骤S2中适于边坡高清像片采集的小型无人机遥感系统由多旋翼小型无人机、地面控制站以及终端监视器构成，小型无人机机体采用多旋翼机身，无人机配备飞行控制系统以及高精度GPS模块，可以实现无人机按照事先设定的航线进行自主飞行，也可以按照事先设定的速度或距离自主拍照；无人机上挂载1800万像素分辨率以上的普通数码相机或单反相机，为减少拍照时的抖动加装稳定云台；地面监控站安装飞行控制软件，起飞前可进行无人机各模块的调试以及参数设置，还能够进行航线规划设定，飞行过程中可以实时监控无人机的飞行位置以及各类飞行参数。