[发明专利]一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法，包括：对图像进行预处理，进行图像分割识别出裂缝并标序；选取一个裂缝边界点作为裂缝测点；堤坝裂缝处相应的坝顶悬置测绳；选取至少三个无人机采样点；通过激光测距测量每个无人机采样点与裂缝测点距离并记录测量数据；采用空间三点交会法求出裂缝测点的世界坐标位置估计值；采用无迹卡尔曼滤波，求出裂缝测点最优估计作为裂缝测点的世界坐标；选取下一个裂缝边界点作为裂缝测点，直到求出各个裂缝边界点的世界坐标；每隔周期T对堤坝裂缝进行裂缝开展程度检测，分析堤坝裂缝发展变化情况。本发明提高了对堤坝裂缝坐标定位的精确度，能够及时掌握裂缝开展延伸状况。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法。

背景技术

裂缝是堤坝一种非常常见且重要的病害，裂缝的开展与延伸不仅可能导致结构破损开裂影响坝体整体性，还可能产生渗漏影响坝体稳定性，甚至衍生出溃堤的灾难。因此，裂缝的监测对堤坝安全具有重要意义。由于裂缝萌生的时空随机性，特别是空间随机性，使得裂缝位置难以预测，从而对接触式裂缝传感器的布置造成极大困难。因此，目前大部分堤坝仍采用人工目视的裂缝检测方式，这种检测方式不仅存在工作量大、效率低、耗时长、实时性差、安全性低等问题，而且其检测结果主观性强，主要依赖工程技术人员的经验，不同人员可能得出不同的结论。近年来，堤坝裂缝检测出现了光纤传感器、裂缝检测机器人等新技术。光纤传感器仅能监测裂缝发生区域，尚无法监测裂缝开度，且存在安装难度高、易老化破损等问题。裂缝检测机器人易受检测路线和裂缝位置的限制，且存在对裂缝位置探查力度有限、定位精度较低等问题。

如中国专利CN111521619A，公开日2020年8月11日，一种基于ROV的大坝裂缝检测机器人及其使用方法，涉及水下机器人领域，检测机器人包括整体框架、设置在整体框架上的浮力块和控制系统以及与控制系统相连的推进系统、观通系统、吸附系统和检测作业系统。检测作业系统包括冲吸泥头、泵组和排污管。冲吸泥头分别连接泵组和排污管，泵组还连接控制系统，冲吸泥头通过泵组形成负压，将坝面沉积物吸入后通过排污管排出。利用冲吸泥工具在不破坏水体能见度的情况下对坝面淤泥进行处理，为裂缝检测提供条件。其适用于对裂缝位置进行初步检测，无法对裂缝具体位置进行精确定位，不利于及时掌握裂缝开展延伸状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前堤坝裂缝检测中工作量大、效率低、耗时长、实时性差、安全性低等技术问题，提出了一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法，该方法为一种非接触式的堤坝裂缝检测方法，检测路径不受限制，能够精确定位裂缝位置，并能及时掌握裂缝的开展与延伸状况。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法，包括如下步骤：

S1：设置无人机平行于堤坝轴线航测飞行，使用机载相机拍摄堤坝表面图像；

S2：对堤坝表面图像进行预处理，采用最大类间方差法对图像进行分割，分离出裂缝，并对裂缝标上序号，选取任意序号裂缝作为待测裂缝；

S3：在待测裂缝相应的坝顶处向下悬置测绳，使得待测裂缝周围有测绳刻度作为参考点，根据裂缝骨架信息选取裂缝的边缘点作为裂缝测点，选取其中一个裂缝测点进行后续激光对准及运算；

S4：采用螺旋线轨迹确定至少三个无人机采样点，航迹参数根据地形情况和无人机相机参数确定；

S5：采用激光测距测量每个无人机采样点与裂缝测点之间的距离，记录裂缝测点和无人机采样点的测量数据；

S6：利用三个无人机采样点与裂缝测点之间的距离，采用空间三点交会法求出裂缝测点坐标的初始值；

S7：利用无迹卡尔曼滤波，对裂缝测点坐标的初始值进行迭代优化，得到裂缝测点坐标的最优估计，作为裂缝测点坐标的真实值；

S8：选取新的裂缝测点，重复步骤S4至步骤S7，直至求出所有裂缝测点的坐标；

S9；选取新的序号的裂缝作为待测裂缝，重复步骤S3至步骤S8，直至求出所有序号的裂缝的所有裂缝测点的坐标；