[发明专利]一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法

说明书

本发明涉及落石防护技术领域，涉及一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其包括以下步骤：1）、试验场地建立空间坐标系；2）、确定无人机平面位置并对中；确定无人机高度并记录；3）、调整相机云台并记录空间夹角，计算镜头光轴定位单位向量并记录焦距；4）、相机焦距与视角宽度标定；5）、捕捉落石运动获取二维轨迹点阵；6）、基于无人机视觉重构落石三维轨迹；7）、计算落石动能时程。本发明解决了坡面滚石试验中落石三维轨迹和动能时程的重构难题，该方法高效实用，地形适应性强。

技术领域

本发明涉及落石防护技术领域，涉及一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，具体地说，涉及一种用于坡面原位滚石试验、基于无人机视觉的落石运动三维轨迹及动能时程数字化重构方法。

背景技术

坡面落石防护结构的设置高度依赖落石运动轨迹预测精度，而坡面原位滚石试验是预测工点落石运动轨迹的有效途径之一，通过该试验获取落石的典型运动轨迹、动能演化等关键参数，目前常采用在落石试块中预埋三轴加速度传感器的方式进行测量。

传统试验手段仍存在以下问题：

(1)落石存在的转动加速度对三轴加速度计测量有影响，后期解耦困难，加速度数据对时间积分得到的速度和位移数据误差积累严重，易导致结果发散。

(2)预埋加速度传感器的接触式测量方式极易造成传感器及内置数采设备损坏，仪器损耗和试验成本高，且预埋传感器也增加了落石试块加工制造难度。

发明内容

本发明的内容是提供一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的一种基于无人机视觉的落石运动参数数字化还原方法，其包括以下步骤：

1)、试验场地建立空间坐标系；

2)、确定无人机平面位置并对中；确定无人机高度并记录；

3)、调整相机云台并记录空间夹角，计算镜头光轴定位单位向量并记录焦距；

4)、相机焦距与视角宽度标定；

5)、捕捉落石运动获取二维轨迹点阵；

6)、基于无人机视觉重构落石三维轨迹；

7)、计算落石动能时程。

作为优选，具体步骤如下：

一、在试验场地视野开阔处确定空间坐标原点O，建立右手直角坐标系Oxyz；选定两架无人机在试验场地表面的铅垂投影点P₁、P₂并做标记，采用激光测距测量两投影点P₁、P₂与坐标原点O的空间坐标差值，得到两点坐标P₁(x₁,y₁,z₁)、P₂(x₂,y₂,z₂)；

二、将两台搭载参数化三轴云台的无人机分别飞至P₁、P₂点上方，在x轴负方向的无人机记为W₁，正方向的记为W₂；将云台调平，相机镜头朝下，此时镜头光轴铅垂，微调无人机水平位置并通过实时图像参考中心点与地面标记点进行瞄准，使两台无人机处于P₁、P₂点正上方，记录无人机距地面的距离h₁、h₂，可得无人机坐标W₁(x₁,y₁,z₁+h₁)、W₂(x₂,y₂,z₂+h₂)；