本發(fā)明屬于地形勘測(cè)，具體涉及一種基于無人機(jī)技術(shù)的庫區(qū)消落帶巖縫圖像的自動(dòng)采集方法。

背景技術(shù)：

1、由于三峽大壩的水庫周期性蓄水，引發(fā)了庫區(qū)水位的大幅度波動(dòng)，為了滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及物流運(yùn)輸?shù)男枨?，水位在海?45m～175m之間周期性波動(dòng)，循環(huán)往復(fù)最終形成了消落帶區(qū)域。自三峽庫區(qū)蓄水以來，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者開始逐步關(guān)注消落帶岸坡形變和穩(wěn)定性問題，周期性的水位變化使得消落帶區(qū)域變得極為活躍。因此，水與巖石的不斷相互作用使得消落帶岸坡巖石的損失劣化過程愈演愈烈，造成消落帶岸坡區(qū)域局部失穩(wěn)。庫區(qū)水位在此消彼長(zhǎng)過程中，消落帶岸坡中的巖體均存在明顯的損傷劣化現(xiàn)象。而消落帶岸坡巖體上的裂縫是水與巖石相互作用的主要區(qū)域，并且是滑裂面形成的重要部分，巖體在水位消漲作用下的損傷劣化是不可逆的過程，特別是對(duì)裂縫區(qū)域間斷地滲透作用，也是逐漸由表及里的過程。因此，對(duì)于庫區(qū)岸坡巖石裂縫的識(shí)別檢測(cè)就顯得尤為重要，也可為庫區(qū)相關(guān)地質(zhì)養(yǎng)護(hù)部門提供更貼切、及時(shí)的第一手參考資料。

2、受庫區(qū)水位周期性變化的影響和當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)的限制，檢測(cè)數(shù)據(jù)采集往往只針對(duì)175m水位線以上的區(qū)域。對(duì)于普遍存在巖體裂縫的消落帶區(qū)域，無法直接有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，繼而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)消落帶岸坡巖體形變的定性定量分析。且消落帶區(qū)域的變化機(jī)理復(fù)雜多樣、變化區(qū)域狹長(zhǎng)以及作業(yè)環(huán)境艱苦，部分消落帶岸坡坡度近乎垂直。傳統(tǒng)的依靠輔助工具進(jìn)行人工目測(cè)的檢測(cè)手段就會(huì)存在效率低、成本高及人員安全性等問題，特別是對(duì)于部分難以達(dá)到的位置便會(huì)存在檢測(cè)盲區(qū)。

3、隨著無人機(jī)設(shè)備、航空攝影和遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，其數(shù)據(jù)獲取能力受到越來越多的關(guān)注，由于其高效率、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小和可達(dá)性高的特點(diǎn)，以無人機(jī)為平臺(tái)的非接觸式貼近攝影技術(shù)在復(fù)雜地形的數(shù)據(jù)采集方面表現(xiàn)出色。使用裝備高清鏡頭的無人機(jī)在三峽庫區(qū)消落帶區(qū)域采集巖石圖像，實(shí)現(xiàn)在非物理接觸的方式上獲取巖石裂縫信息。從而為基于圖像處理的裂縫識(shí)別技術(shù)創(chuàng)造良好的前提條件，利用計(jì)算機(jī)視覺對(duì)消落帶巖石裂縫進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，對(duì)于庫區(qū)岸坡的安全管理、巖石侵蝕的早發(fā)現(xiàn)以及災(zāi)害預(yù)警具有一定實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出一種基于無人機(jī)技術(shù)的庫區(qū)消落帶巖縫圖像的自動(dòng)采集方法，通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)對(duì)巖縫圖像的自動(dòng)化采集，減少了人工現(xiàn)場(chǎng)勘查的工作量和風(fēng)險(xiǎn)，相比于傳統(tǒng)的人工勘查方法，無人機(jī)的使用降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種基于無人機(jī)技術(shù)的庫區(qū)消落帶巖縫圖像的自動(dòng)采集方法，包括：

4、獲取庫區(qū)的地理環(huán)境信息以及水位信息，并推算出消落帶在地理空間上的位置分布；

5、基于消落帶的位置分布通過無人機(jī)控制平臺(tái)向無人機(jī)下發(fā)圖像采集指令；

6、無人機(jī)基于采集指令自行飛往指定位置開始對(duì)消落帶進(jìn)行巖石圖像的采集；

7、對(duì)巖石圖像進(jìn)行分析確定其中存在的巖縫圖像并匯總，得到庫區(qū)消落帶巖縫圖像集。

8、優(yōu)選的，獲取庫區(qū)的地理環(huán)境信息以及水位信息，并推算出消落帶在地理空間上的位置分布包括：

9、預(yù)先針對(duì)水庫近岸地形環(huán)境以地形掃描設(shè)備掃描得到庫區(qū)近岸的地形環(huán)境信息；

10、針對(duì)地形環(huán)境信息中每個(gè)地形環(huán)境掃描點(diǎn)，確定其對(duì)應(yīng)在地形掃描設(shè)備上的世界坐標(biāo)信息，并建立世界坐標(biāo)信息與地形環(huán)境信息的映射關(guān)系，得到地理環(huán)境信息；

11、通過庫區(qū)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)獲取庫區(qū)的水位信息；

12、基于水位信息以及地理環(huán)境信息，對(duì)以近岸地形環(huán)境所構(gòu)成的三維模型進(jìn)行水平切割，得到位于水面之上的消落帶模型；

13、基于消落帶模型上對(duì)應(yīng)地形環(huán)境信息與世界坐標(biāo)信息之間的映射關(guān)系，確定消落帶在地理空間上的位置分布。

14、優(yōu)選的，基于消落帶的位置分布通過無人機(jī)控制平臺(tái)向無人機(jī)下發(fā)圖像采集指令包括：

15、確定消落帶周圍預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所選擇可啟用的無人機(jī)總數(shù)量以及各架無人機(jī)的空間坐標(biāo)；

16、基于無人機(jī)總數(shù)量對(duì)狹長(zhǎng)的消落帶進(jìn)行平均分段處理，得到多段圖像采集區(qū)域；

17、對(duì)于任意一段圖像采集區(qū)域，確定該圖像采集區(qū)域兩端點(diǎn)連線的中點(diǎn)為區(qū)域坐標(biāo)；

18、將多架無人機(jī)與多個(gè)區(qū)域坐標(biāo)進(jìn)行兩兩組合得到一個(gè)組合集，

19、確定組合集內(nèi)各架無人機(jī)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)與該無人機(jī)唯一對(duì)應(yīng)的區(qū)域坐標(biāo)之間的直線距離，并對(duì)所有直線距離進(jìn)行求和得到總距離；

20、以總距離最短為優(yōu)化目標(biāo)，以多架無人機(jī)與多個(gè)區(qū)域坐標(biāo)之間的兩兩組合方式為優(yōu)化項(xiàng)，以無人機(jī)與區(qū)域坐標(biāo)唯一對(duì)應(yīng)為邊界條件，通過遍歷所有組合的方式進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到最優(yōu)的組合方式所對(duì)應(yīng)的組合集；

21、根據(jù)組合集確定任意無人機(jī)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域坐標(biāo)作為飛行目的地，向該無人機(jī)下發(fā)圖像采集任務(wù)。

22、優(yōu)選的，無人機(jī)基于采集指令自行飛往指定位置開始對(duì)消落帶進(jìn)行巖縫圖像的采集執(zhí)行過程中包括：

23、基于所獲取的采集指令自行導(dǎo)航移動(dòng)至指定的工作坐標(biāo)位置，在飛行過程當(dāng)中進(jìn)行自動(dòng)避障管理工作；

24、在到達(dá)工作坐標(biāo)位置后通過超聲波設(shè)備檢測(cè)無人機(jī)與水面之間的相對(duì)位置關(guān)系，根據(jù)相對(duì)位置關(guān)系以及預(yù)先確定的消落帶在地理空間上的位置分布調(diào)整無人機(jī)位置，使無人機(jī)與水面和消落帶之間保持預(yù)設(shè)的拍攝距離；

25、通過無人機(jī)對(duì)消落帶進(jìn)行圖像拍攝，同時(shí)將采集的圖像通過攜帶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上傳至無人機(jī)控制平臺(tái)；

26、無人機(jī)控制平臺(tái)將上傳的圖像輸入預(yù)先訓(xùn)練的用于進(jìn)行巖石識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到圖像上巖石的識(shí)別結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行圖像分割得到巖石圖像。

27、優(yōu)選的，在通過無人機(jī)控制平臺(tái)得到圖像上巖石的識(shí)別結(jié)果后還進(jìn)行以下操作：

28、根據(jù)圖像對(duì)應(yīng)的拍攝位置對(duì)消落帶上巖石的位置進(jìn)行定位以及標(biāo)注，并向無人機(jī)發(fā)送近距離拍攝指令；

29、無人機(jī)在接收到近距離拍攝指令后，根據(jù)定位以及標(biāo)注結(jié)果對(duì)巖石位置進(jìn)行全方位的近距離拍攝，得到特定位置對(duì)應(yīng)巖石的巖石圖像。

30、優(yōu)選的，在對(duì)巖石圖像進(jìn)行細(xì)分析確定其中存在的巖縫圖像并匯總，得到庫區(qū)消落帶巖縫圖像集的過程當(dāng)中執(zhí)行包括以下步驟：

31、對(duì)巖石圖像中的目標(biāo)像素替換為其周圍像素值的中值來實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的降噪處理；

32、使用線性對(duì)比度增強(qiáng)法來增強(qiáng)去噪處理后的巖石圖像；

33、對(duì)巖石圖像進(jìn)行篩選，去除模糊度較高的圖片，得到清晰且具有明顯裂縫的圖像；

34、將篩選后的圖像進(jìn)行裁剪得到多張統(tǒng)一尺寸的圖像，并對(duì)裁剪后的圖像進(jìn)行分析確定其中存在的巖縫圖像并匯總，得到庫區(qū)消落帶巖縫圖像集。

35、本發(fā)明至少取得了以下有益效果：

36、1.通過無人機(jī)對(duì)巖縫圖像的自動(dòng)化采集，減少了人工現(xiàn)場(chǎng)勘查的工作量和風(fēng)險(xiǎn)，相比于傳統(tǒng)的人工勘查方法，無人機(jī)的使用降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

37、2.無人機(jī)可以快速覆蓋大面積區(qū)域，能夠有效提高數(shù)據(jù)采集的效率，在短時(shí)間內(nèi)完成圖像采集任務(wù)，對(duì)于動(dòng)態(tài)變化的消落帶區(qū)域，能夠提供實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。

38、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。