本技術(shù)涉及涉水邊坡變形監(jiān)測(cè)，具體涉及應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、巖質(zhì)涉水邊坡是水利工程建設(shè)中的關(guān)鍵組成部分，其穩(wěn)定性對(duì)周邊環(huán)境以及民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要影響。構(gòu)建完善的涉水邊坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警體系，在邊坡失穩(wěn)前發(fā)出預(yù)警，已成為涉水邊坡治理的一種有效方法。巖質(zhì)涉水邊坡的變形是邊坡失穩(wěn)的前兆，及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡變形趨勢(shì)是巖質(zhì)涉水邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的主要內(nèi)容。

2、三維激光掃描技術(shù)是基于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種非接觸式主動(dòng)測(cè)量技術(shù)，在巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，傳統(tǒng)的kd-tree構(gòu)建方法采用相同的閾值對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立空間索引，忽略了不同區(qū)域巖體變形概率存在差異的特征，造成后續(xù)計(jì)算邊坡變形程度的誤差增大，導(dǎo)致對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡變形監(jiān)測(cè)的精度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，以解決現(xiàn)有的問(wèn)題。

2、本技術(shù)解決技術(shù)問(wèn)題的方案是提供應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，包括以下步驟：

3、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

4、獲取每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的各點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5、對(duì)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類；根據(jù)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其聚類中心的距離，以及不同點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分布離散情況，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇的巖體變形指數(shù)；

6、根據(jù)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的不同聚類簇內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的所在擬合平面之間的位置分布關(guān)系，結(jié)合所述巖體變形指數(shù)，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的巖體復(fù)雜度；

7、根據(jù)不同采樣周期涉水邊坡內(nèi)相同區(qū)域之間所有聚類簇的所述巖體變形指數(shù)的差異情況，以及每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)之前被采集的頻次，結(jié)合所述巖體復(fù)雜度，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡失穩(wěn)值；

8、基于所述邊坡失穩(wěn)值，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的最小分割閾值，結(jié)合空間劃分算法，并對(duì)相鄰兩個(gè)采樣周期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行最近鄰搜索，獲取各點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

9、根據(jù)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的距離關(guān)系，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡變形度；對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

10、優(yōu)選的，所述確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇的巖體變形指數(shù)，包括：

11、對(duì)各聚類簇內(nèi)所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行平面擬合，獲取各聚類簇對(duì)應(yīng)的擬合平面；

12、計(jì)算各聚類簇內(nèi)所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)所述擬合平面的距離的離散程度；

13、計(jì)算各聚類簇內(nèi)各點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其聚類中心的距離，記為第一距離；

14、計(jì)算各聚類簇內(nèi)所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)的所述第一距離的累加和，將所述累加和與所述離散程度的乘積，作為每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇的巖體變形指數(shù)。

15、優(yōu)選的，所述確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的巖體復(fù)雜度，包括：

16、將每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的所有聚類簇的所述巖體變形指數(shù)，組成每個(gè)區(qū)域的巖體特征向量；

17、第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)第個(gè)區(qū)域的巖體復(fù)雜度的計(jì)算公式為：，其中，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)第個(gè)區(qū)域的巖體特征向量的模值，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)第個(gè)區(qū)域的第個(gè)聚類簇與第個(gè)聚類簇的對(duì)應(yīng)的擬合平面的夾角的余弦值，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)第個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的所有聚類簇?cái)?shù)量，為以自然常數(shù)為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡失穩(wěn)值，包括：

19、計(jì)算每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域與其相鄰采樣周期涉水邊坡內(nèi)相同區(qū)域之間所述巖體特征向量的距離，記為第二距離；

20、統(tǒng)計(jì)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)在之前所有采樣周期的被采集的采集頻次的和，記為每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的被采樣頻次；

21、計(jì)算所述第二距離與所述巖體復(fù)雜度的和值，將所述和值與所述被采樣頻次的比值，作為每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡失穩(wěn)值。

22、優(yōu)選的，所述確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的最小分割閾值，計(jì)算方法為：，其中，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)第個(gè)區(qū)域的最小分割閾值，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)所有區(qū)域的最大邊坡失穩(wěn)值，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)所有區(qū)域的最小邊坡失穩(wěn)值，為第個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)第個(gè)區(qū)域的邊坡失穩(wěn)值，為預(yù)設(shè)閾值，為向上取整函數(shù)。

23、優(yōu)選的，所述獲取各點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括：

24、基于所述最小分割閾值，采用空間劃分算法對(duì)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立空間索引；

25、通過(guò)最近鄰點(diǎn)搜索，將每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的各點(diǎn)云數(shù)據(jù)在相鄰采樣周期的最近鄰點(diǎn)，記為每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的各點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

26、優(yōu)選的，所述每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡變形度為每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的所有最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的距離。

27、優(yōu)選的，所述對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，包括：

28、將所有歷史采樣周期中所述邊坡變形度的最大值，記為變形預(yù)警閾值；

29、若每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡變形度大于所述變形預(yù)警閾值，巖質(zhì)涉水邊坡發(fā)生了變形，反之，巖質(zhì)涉水邊坡未發(fā)生變形。

30、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供了應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

31、數(shù)據(jù)采集模塊，用于獲取每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的各點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

32、變形特征分析模塊，對(duì)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類；根據(jù)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其聚類中心的距離，以及不同點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分布離散情況，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇的巖體變形指數(shù)；根據(jù)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的不同聚類簇內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的所在擬合平面之間的位置分布關(guān)系，結(jié)合所述巖體變形指數(shù)，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的巖體復(fù)雜度；根據(jù)不同采樣周期涉水邊坡內(nèi)相同區(qū)域之間所有聚類簇的所述巖體變形指數(shù)的差異情況，以及每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)之前被采集的頻次，結(jié)合所述巖體復(fù)雜度，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡失穩(wěn)值；基于所述邊坡失穩(wěn)值，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的最小分割閾值，結(jié)合空間劃分算法，并對(duì)相鄰兩個(gè)采樣周期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行最近鄰搜索，獲取各點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)；根據(jù)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的距離關(guān)系，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡變形度；

33、變形監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊，用于基于所述邊坡變形度，對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

34、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供了應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)介質(zhì)，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任意一項(xiàng)所述應(yīng)用于巖質(zhì)涉水邊坡的變形監(jiān)測(cè)方法的步驟。

35、本技術(shù)至少具有如下有益效果：

36、本技術(shù)對(duì)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類；根據(jù)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其聚類中心的距離，以及不同點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分布離散情況，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各聚類簇的巖體變形指數(shù)，其有益效果在于基于聚類結(jié)果，通過(guò)分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)的位置分布情況，以反映巖質(zhì)涉水邊坡表面的坡度陡峭情況，進(jìn)而反映巖體發(fā)生變形的風(fēng)險(xiǎn)程度，考慮了巖質(zhì)涉水邊坡內(nèi)不同區(qū)域不同巖體坡面的地形特征；根據(jù)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的不同聚類簇內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的所在擬合平面之間的位置分布關(guān)系，結(jié)合所述巖體變形指數(shù)，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的巖體復(fù)雜度，其有益效果在于不同聚類簇對(duì)應(yīng)的不同巖體坡面之間的夾角對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡變形的影響，反映對(duì)應(yīng)區(qū)域的巖質(zhì)涉水邊坡表面的復(fù)雜程度；根據(jù)不同采樣周期涉水邊坡內(nèi)相同區(qū)域之間所有聚類簇的所述巖體變形指數(shù)的差異情況，以及每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)之前被采集的頻次，結(jié)合所述巖體復(fù)雜度，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡失穩(wěn)值，其有益效果在于考慮了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的被采集頻次，從而反映對(duì)應(yīng)區(qū)域的巖體被水浸泡的持續(xù)時(shí)間，邊坡巖石受侵蝕的程度，進(jìn)而反映巖質(zhì)邊坡的發(fā)生變形的概率，提高判斷邊坡發(fā)生失穩(wěn)變形的準(zhǔn)確性；基于所述邊坡失穩(wěn)值，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的最小分割閾值，結(jié)合空間劃分算法，并對(duì)相鄰兩個(gè)采樣周期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行最近鄰搜索，獲取各點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其有益效果在于通過(guò)不同區(qū)域發(fā)生失穩(wěn)變形風(fēng)險(xiǎn)的不同，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用不同的kd-tree構(gòu)建方式，有利于提高對(duì)最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)的搜索精度，減小后續(xù)計(jì)算誤差；根據(jù)每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的距離關(guān)系，確定每個(gè)采樣周期涉水邊坡內(nèi)每個(gè)區(qū)域的邊坡變形度；對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，其有益效果在于通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其最近鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的差異情況，分析巖質(zhì)涉水邊坡不同區(qū)域的變形程度，以及時(shí)在邊坡發(fā)生變形時(shí)進(jìn)行報(bào)警，提高對(duì)巖質(zhì)涉水邊坡內(nèi)變形風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域的監(jiān)測(cè)精度。