一种多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及一种多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法、设备及存储介质，适用于水土流失监测技术领域。

背景技术

弃渣场是生产建设项目在施工期和生产运行期产生的大量弃土、弃石等固体废弃物的专门堆放场地，是一种高势能的人为水土流失源。目前我国大型弃渣场约有几万座，其中大多数地理位置处在山岭坡地，部分处在峡谷，而弃渣场属于人造边坡，在降雨和上游来水的影响下，不但可能造成严重的水土流失，而且还可能诱发滑坡、泥石流等地质灾害，对下游人民生命财产安全造成严重威胁。弃渣场占地面积、弃土(渣)量、以及堆渣坡比均为水土保持监测的观测指标，常规基于卫星遥感、无人机监测已不能满足实时的监测需求，因此，利用近景数字视频监控设备实现弃渣场的水土保持远程监测具有迫切的现实意义。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法，其特征在于：所述多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法包括如下步骤：

S1、基于弃渣场周围布设的监控设备拍摄的视频数据获取相机位姿，解算监控设备的几何检校参数，并获取监控设备的空间坐标信息；

S2、基于监控设备拍摄的视频提取的关键帧图像数据，保证关键帧记录弃渣场特征以及帧之间的重叠度；

S3、基于处理后的关键帧图像数据以及监控设备的位姿信息，进行稀疏三维点云重建，恢复每张图像的内外方位元素；

S4、影像定向后，对稀疏点云进行密集重建；

S5、基于密集重建的点云生成三角形网格，通过纹理映射生成无人机三维模型；

S6、利用上述生成的无人机三维模型，量测弃渣场占地面积、弃土(渣)量、以及堆渣坡比。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：步骤S1中：通过监控设备的几何检校参数采用室内LED显示器作为平面控制场进行监控设备的几何标定，先通过监控设备进行视频采集，再提取视频中的部分帧图像，利用3DF Zephyr解算几何检校参数。

监控设备的空间坐标信息利用手持GPS获取。

作为本发明的优选技术方案：步骤S2中：利用ORB(Oriented FAST and rotatedBRIEF)快速匹配算法基于特征自适应提取视频流中的关键帧图像数据，提取过程中自动匹配两帧ORB特征点数量，计算帧间重叠率，判别是否属于关键帧；

作为本发明的优选技术方案：步骤S3中，利用SFM(Structure from Motion)基于运动恢复结构法和光束法平差进行稀疏三维点云重建，实现点云的精准匹配；

作为本发明的优选技术方案：步骤S4中，利用PMVS(Patch based multi-viewstereo)基于面片的三维多视角立体视觉算法对稀疏点云进行加密，生成具有真实空间坐标的三维密集点云数据；

作为本发明的优选技术方案：步骤S5中：根据重建需求，三角形网格应选择更符合实际的尖锐表面。

本发明第二个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种电子设备。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种电子设备，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，所述处理器、通信接口、存储器之间通过通信总线完成相互间的通信，其特征在于：

所述存储器用于存储计算机程序，

所述处理器用于执行存储器上所存储的计算机程序以实现前文所述的多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法步骤。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种计算机可读存储介质。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前文所述的多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法步骤。

本发明提供的多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法、设备及存储介质，利用弃渣场多目实时视频数据通过多视角多视图三维重建技术，生成弃渣场三维模型并进行水土保持监测；本发明对弃渣场水土保护监测过程时效性强、成本低，客观准确地非接触式监测弃渣场的水土保持情况，评价结果与实际情况相贴合。

附图说明

图1为本发明所提供的多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法的流程图。

图2为基于ORB快速匹配算法的关键帧提取流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1，本发明的一种多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法，包括如下步骤：

S1、在本例中，选择一个平地形的石泥混合弃渣场作为水土保持监测目标。在弃渣场周围4处视野良好的监测点位，布设监控设备，设备选择为高清4K摄像头，4K视频流影像的分辨率为4096*2160，视频帧率为24fps，并调整好摄影角度，从而让云台旋转带动监控设备对被监测弃渣场进行旋转分层扫描视频。

通过监控设备的几何检校参数采用室内LED显示器作为平面控制场进行监控设备的几何标定，先通过监控设备进行视频采集，再提取视频中的部分帧图像，利用3DF Zephyr解算几何检校参数，经过检校后视频传感器焦距为14mm，像元大小为3.8μm。

根据设备拍摄的视频数据获取相机位姿，解算监控设备的几何检校参数，并获取监控设备的空间坐标信息，监控设备的空间坐标信息利用麦哲伦eXplorist500手持GPS获取，测量每处监控设备的经纬度坐标值以及高程。

S2、参照图2，基于监控设备拍摄的视频，利用ORB(Oriented FAST and rotatedBRIEF)快速匹配算法基于特征自适应提取视频流中的关键帧图像数据，提取过程中自动匹配两帧ORB特征点数量，计算帧间重叠率，保证关键帧记录弃渣场特征以及帧之间的重叠度，当重叠率在0.75～0.9的范围内，即判别属于关键帧，重叠度计算方式如下：

D＝(wS

其中，D是影像重叠度，v为监控设备旋转速度，t

S

其中，H为监控设备高程，μ为像元大小，f为传感器焦距。

S3、基于处理后的关键帧图像数据以及监控设备的位姿信息，进行稀疏三维点云重建，利用SFM(Structure from Motion)基于运动恢复结构法和光束法平差进行稀疏三维点云重建，实现点云的精准匹配，恢复每张图像的内外方位元素。

S4、影像定向后，利用PMVS(Patch based multi-view stereo)基于面片的三维多视角立体视觉算法对稀疏点云进行加密重建，生成具有真实空间坐标的三维密集点云数据。

S5、根据重建需求，三角形网格选择更符合实际的尖锐表面，基于密集重建的点云生成三角形网格，通过纹理映射生成无人机三维模型。

S6、利用上述生成的无人机三维模型，量测弃渣场占地面积、弃土(渣)量、以及堆渣坡比，利用地理分析软件对三维密集点云数据进行了相关的高度、面积、体积等定量化计算，得出弃渣场的占地面积为7.53hm

本发明还可以通过一种电子设备来实施，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，所述处理器、通信接口、存储器之间通过通信总线完成相互间的通信，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行存储器上所存储的计算机程序以实现前文所述的多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法步骤。

此外，本发明还可以实施为一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前文所述的多目视频下的弃渣场水土保持实时监测方法步骤。

上述计算机可读存储介质可以是电子设备中的处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等、光学存储器，如CD、DVD、BD、HVD等、以及半导体存储器如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD)等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。