本發(fā)明屬于地形勘測(cè)，具體涉及一種基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的庫(kù)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(kù)周期性蓄水，引發(fā)了庫(kù)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(kù)區(qū)蓄水以來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者開(kāi)始逐步關(guān)注消落帶岸坡形變和穩(wěn)定性問(wèn)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(guò)程愈演愈烈，造成消落帶岸坡區(qū)域局部失穩(wěn)。庫(kù)區(qū)水位在此消彼長(zhǎng)過(guò)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(guò)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(guò)程。因此，對(duì)于庫(kù)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(kù)區(qū)相關(guān)地質(zhì)養(yǎng)護(hù)部門(mén)提供更貼切、及時(shí)的第一手參考資料。

2、受庫(kù)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(wú)法直接有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，繼而無(wú)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(wèn)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(wú)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(lái)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(wú)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(wú)人機(jī)在三峽庫(kù)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(jué)對(duì)消落帶巖石裂縫進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，對(duì)于庫(kù)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(wú)人機(jī)技術(shù)的庫(kù)區(qū)消落帶巖縫圖像的自動(dòng)采集方法，通過(guò)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)技術(shù)的庫(kù)區(qū)消落帶巖縫圖像的自動(dòng)采集方法，包括：

4、獲取庫(kù)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(guò)無(wú)人機(jī)控制平臺(tái)向無(wú)人機(jī)下發(fā)圖像采集指令；

6、無(wú)人機(jī)基于采集指令自行飛往指定位置開(kāi)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(kù)區(qū)消落帶巖縫圖像集。

8、優(yōu)選的，獲取庫(kù)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(kù)近岸地形環(huán)境以地形掃描設(shè)備掃描得到庫(kù)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(guò)庫(kù)區(qū)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)獲取庫(kù)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(guò)無(wú)人機(jī)控制平臺(tái)向無(wú)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(wú)人機(jī)總數(shù)量以及各架無(wú)人機(jī)的空間坐標(biāo)；

16、基于無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)與該無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)與區(qū)域坐標(biāo)唯一對(duì)應(yīng)為邊界條件，通過(guò)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(wú)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(wú)人機(jī)下發(fā)圖像采集任務(wù)。

22、優(yōu)選的，無(wú)人機(jī)基于采集指令自行飛往指定位置開(kāi)始對(duì)消落帶進(jìn)行巖縫圖像的采集執(zhí)行過(guò)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(guò)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(guò)超聲波設(shè)備檢測(cè)無(wú)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(wú)人機(jī)位置，使無(wú)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(guò)無(wú)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(guò)攜帶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上傳至無(wú)人機(jī)控制平臺(tái)；

26、無(wú)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(guò)無(wú)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(wú)人機(jī)發(fā)送近距離拍攝指令；

29、無(wú)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(kù)區(qū)消落帶巖縫圖像集的過(guò)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(lái)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(lái)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(kù)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(guò)無(wú)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(wú)人機(jī)的使用降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

37、2.無(wú)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(shuō)明書(shū)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(jiàn)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(guò)下面的說(shuō)明書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。