[发明专利]一种基于单目相机的干滩测量方法

说明书

本发明提供一种基于单目相机的干滩测量方法，包括获取滩顶高程和尾矿库水位高程、计算干滩长度及计算干滩坡度三大部分，使用相机拍摄尾矿库干滩图像，通过人工辅助点选水线位置，自动计算干滩的长度；通过液位计实时监测尾矿库库水位的变化；监测滩顶高程；在干滩长度、库水位、滩顶高程已知的条件下，根据三角函数反算干滩坡度。本发明方案具有造价低、易于实施且精准度高的特性。

技术领域

本发明涉及矿山监测技术领域，具体涉及一种基于单目相机的干滩测量方法。

背景技术

尾矿库是用来堆存尾矿砂、选矿废水的一种特殊的水利工程，一般是选择山谷低洼处排放尾砂，并在山体缺口处筑坝，平地型尾矿库也可采用四面筑坝的方式建设尾矿库。尾矿库事故的危害性极大。

干滩长度是影响尾矿库安全运行的重要指标，不仅影响尾矿坝浸润线的高度和尾矿坝的安全超高，而且决定了尾矿库的防洪能力，干滩长度不足将严重影响尾矿库的安全。

目前尾矿库干滩的自动化测量方法主要有以下几种方法：

(1)激光测距测角法，假设尾矿库干滩的坡度是均一的，选择典型剖面布设激光测距仪和倾角仪，通过激光测距仪测定两个以上干滩表面点的距离和角度，通过拟合干滩剖面求解干滩的长度。该方法原理简单，监测系统造价低，但是由于干滩的反射率极低，激光测距仪经常出现无法正常测距的情况，因此，该方法的实际应用效果较差。

(2)三维激光扫描仪测量法，通过高精度的三维激光扫描仪获得干滩的三维点云数据，通过专业软件或者算法使用干滩点云数据进行量测。该方法能够比较精确测量干滩长度，但是由于测量使用的三维激光扫描仪价格昂贵，难以大规模推广应用。

(3)交比不变法，在干滩上放置3个标志点，并保证这3个标志点在一条直线上，然后使用相机拍摄包含所有标志点的干滩影像，利用射影变化中交比不变性的原理，推算干滩长度。该方法操作简单，但是由于尾矿库大多都在持续排放尾砂，因此标志点无法长期保持，实践起来非常困难。

(4)坡度推算法，通过超声波液位计等测高设备测量干滩高程后通过几何算法计算干滩的坡度值，然后结合库水位监测数据计算出干滩长度。该方法是比较常用的方法，但是由于尾矿库环境恶劣，很难保证超声波液位计一直垂直于水平面，测量数据的稳定性会受到影响。

(5)渗流推算法，该方法假设尾矿坝为均质的同一体，坝体内的浸润线不计干滩表面的形状起伏、坡度大小，具有极高的线性度，从实时监测取得的浸润线拟合出干滩表面与水线的精确交线，求得干滩的长度。该方法的假设条件与实际情况吻合程度不高，在实际运用中，推算出来的干滩长度与人工测量的干滩长度差距较大。

因此，开发一种造价低、易于实施且精准度高的干滩测量方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种造价低、易于实施且精准度高的干滩测量方法，使用相机拍摄尾矿库干滩图像，通过人工辅助点选水线位置，自动计算干滩的长度；通过液位计实时监测尾矿库库水位的变化；监测滩顶高程；在干滩长度、库水位、滩顶高程已知的条件下，根据三角函数反算干滩坡度。具体技术方案如下：

一种基于单目相机的干滩测量方法，包括以下步骤：

获取滩顶高程和尾矿库水位高程，具体是：通过检测设备检测得到滩顶高程H_D和尾矿库水位高程H_W；

计算干滩长度，具体包括：

步骤①、调节相机和相机云台的位置；

步骤②、采用相机云台上的相机进行拍摄，并得到矫正后的干滩图像；

步骤③、根据步骤②所得矫正后的干滩图像获得水线上点P(i,j)在真实世界的平面坐标以及相机距离点P的距离：

点P(i,j)在真实世界的平面坐标如下式：