一种天空地一体化公路边坡安全防控方法

技术领域

本发明属于边坡防护技术领域，具体的说是一种天空地一体化公路边坡安全防控方法。

背景技术

在重力与外力的共同驱动下，斜坡岩土体产生破裂，伴随内部潜在滑动面的孕育与贯通，产生外部宏观变形最终失稳破坏形成滑坡，滑坡监测预警是通过现代监测技术对滑坡变形破坏过程中的一些指标(如位移、应力、内部破裂产生的微震、声发射，以及地下水位等)进行持续监测，根据监测指标的动态变化特征、规律，以及前兆特征，在滑坡发生前发出警示信息，是主动防灾减灾的重要途径之一，现有技术通常通过定时对滑坡位置进行天基卫星、空基无人机和地基监测站的监测，而天基卫星、空基无人机和地基监测站之间监测的间隙无法做到有效的衔接，导致监测的衔接位置发生监测中空区，这样导致边坡易在监测中空区的数据遗失，从而无法及时对滑坡量和滑坡时间及时预警。

如申请公开号为CN115388939A的中国专利提供了一种公路边坡用天空地一体化智能监测系统，属于边坡监测技术领域，它解决了现有公路边坡监测手段单一、智能维度低等问题。包括若干无线信号发射塔、防火墙、数据处理中心和监控中心，无线信号发射塔通过无线通讯连接有天监测模块、空监测模块和地监测模块，天监测模块包括点监测、面监测和视觉监测，空监测模块包括三维激光扫描测量、点线面覆盖监测和数字化近景摄影监测，地监测模块包括位移监测、水力监测和环境因素监测以及监测机构。本发明形成多层次、多视角、多技术、自动化的立体边坡监测体系，形态全、多维度的连续、实时监测、智能化程度高，可进行边坡状态演变规律的精细化数值模拟计算。

又如在申请公开号为CN113742827A的中国专利中提供一种基于有限差分分析的公路边坡监测网络体系构建方法，包括：根据公路边坡的实地勘察结果选择监测断面，得出监测点第一布设方案；通过无人机倾斜摄影对公路边坡进行图像采集，建立公路边坡地质模型；提取公路边坡地质模型的三维点云数据进行网格细化处得到网格文件；使用强度折减法进行数值模拟，得到边坡安全系数、变形位移云图，位移等值线图，剪应变增量云图；找出边坡发生失稳的位置，根据边坡发生失稳的位置得出监测点第二布设方案；根据监测点第一布设方案和监测点第二布设方案得出公路边坡监测网络。本发明可以解决公路边坡的监测点位布设不够合理，不能够准确的反应滑坡主要变形及应力集中部位变化情况的技术问题。

以上专利均存在本背景技术提出的问题：通常通过定时对滑坡位置进行天基卫星、空基无人机和地基监测站的监测，而天基卫星、空基无人机和地基监测站之间监测的间隙无法做到有效的衔接，导致监测的衔接位置发生监测中空区，这样导致边坡易在监测中空区的数据遗失，从而无法及时对滑坡量和滑坡时间及时预警，为了解决这些问题，本发明设计了一种天空地一体化公路边坡安全防控方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种天空地一体化公路边坡安全防控方法，对监察位置的位置坐标和位置0时刻的建造图像图片进行提取，将位置0时刻的建造图像图片作为对比项储存，天基监测模块对遥感卫星图像进行采集，对监察位置的若干期遥感图像进行分析，并与位置0时刻的建造图像图片进行对比，得到公路沿线边坡变形数据，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取，空基监测模块使用无人机对监测滑坡威胁区域进行视频拍摄，对监测滑坡威胁区域进行识别确认，设定风险阈值，对于风险值超过风险阈值的边坡进行识别,地基监测模块使用滑坡监测设备对边坡位置进行滑坡量监测，对滑坡位置进行定位监测，对滑坡量和滑坡时间进行准确预估，对滑坡危险区域进行计算，能够对滑坡量和滑坡时间的及时预警。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天空地一体化公路边坡安全防控方法，包括以下具体步骤：

S1、对监察位置的位置坐标和位置0时刻的建造图像图片进行提取，将位置0时刻的建造图像图片作为对比项储存；

S2、天基监测模块对遥感卫星图像进行采集，对监察位置的若干期遥感图像进行分析，并与位置0时刻的建造图像图片进行对比，得到公路沿线边坡变形数据，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取；

S3、空基监测模块使用无人机对监测滑坡威胁区域进行视频拍摄，对监测滑坡威胁区域进行识别确认，设定风险阈值，对于风险值超过风险阈值的边坡进行识别；

S4、地基监测模块使用滑坡监测设备对边坡位置进行滑坡量监测，对滑坡位置进行定位监测，对滑坡危险区域进行计算，并对滑坡危险区域进行预警。

具体的，所述S1的具体步骤为：

S101、对监测位置0时刻的建造图像进行提取，将提取的图片导入图片处理软件中进行建造图像特征点的提取，提取边坡特征点像素数据；

S102、将各个监测位置边坡特征点的起始位置坐标(x

S103、将位置0时刻的建造图像图片的边坡特征点像素数据和位置坐标图层作为对比项储存，并设定天基监测阈值。

具体的，所述S2的具体步骤为：

S201、天基监测模块对遥感卫星图像的若干期过顶图像进行采集，对监测位置坐标的若干期遥感卫星图像进行采集，并对监察位置的若干期遥感图像进行分析对比，提取若干期遥感图像中的边坡数据，在遥感图像中对各个监测位置边坡特征点的实时位置坐标进行提取(x

S202、将各个监测位置边坡特征点的起始位置坐标和若干期遥感图像中的各个监测位置边坡特征点的的实时位置坐标进行提取，得到公路沿线边坡变形数据，并代入偏移量计算策略中进行计算，预测各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的偏移量，并预测各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的整体偏移量；

S203、将各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的整体偏移量与天基监测阈值进行对比，查找监测位置边坡特征点中整体偏移量大于天基监测阈值的点，设为滑坡威胁区域，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取。

具体的，所述S3的具体步骤为：

S301、空基监测模块放飞无人机对滑坡威胁区域进行视频拍摄，对滑坡威胁区域进行图像采集，将无人机起始位置数据，滑坡威胁区域位置数据、无人机飞行速度数据以及无人机滞空时间数据采集代入无人机飞行频率计算策略中计算无人机的放飞频率，进而进行无人机不间断监测；

S302、将无人机采集的若干期视频图像中的滑坡威胁区域的偏移量进行提取，代入风险值计算策略中计算滑坡威胁区域的风险值，并与设定的风险阈值进行对比，对于风险值超过风险阈值的滑坡风险区域进行识别，并按照风险值降序将若干个风险值超过风险阈值的滑坡风险区域传输至地基监测模块。

具体的，所述S4的具体步骤为：

S401、地基监测模块接受到空基监测模块传输的，风险值超过风险阈值的滑坡风险区域的位置坐标，使用滑坡监测设备对风险值超过风险阈值的滑坡风险区域进行监测，并使用滑坡量计算策略对滑坡量进行评估计算；

S402、将计算的滑坡量代入事先设定的预警等级对照表中进行预警等级和预警区域的提取，以对滑坡危险区域进行预警。

具体的，所述偏移量计算策略具体包括以下步骤：

S2021、提取各期遥感图像中第i个监测点的偏移量

S2022、预测第i个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的偏移量

S2023、预测各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的整体偏移量，整体偏移量的计算公式为

具体的，所述无人机飞行频率计算策略包括以下具体步骤：

S3011、提取滑坡威胁区域位置数据(x

S3012、计算无人机的起飞频率，

具体的，所述风险值计算策略包括以下具体步骤：

S3021、对无人机拍摄图像进行提取，提取其中的滑坡威胁区域空基偏移量数据，与储存的位置坐标图层进行对比，得出滑坡威胁区域空基偏移量,滑坡威胁区域空基偏移量的计算方式为：将拍摄图像与储存的位置坐标图层位置对应，找出其中滑坡威胁区域空基偏移量数据；

S3022、将滑坡威胁区域偏移量数据代入风险值计算公式中计算两个监测点之间的风险值，风险值计算公式计算方式为：

具体的，所述滑坡量计算策略的具体步骤为：

S4011、对风险值超过风险阈值的滑坡风险区域进行提取，提取第i个滑坡风险区域的坡度值c

S4012、将数据代入滑坡量计算公式中计算滑坡量，滑坡量计算公式为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

对监察位置的位置坐标和位置0时刻的建造图像图片进行提取，将位置0时刻的建造图像图片作为对比项储存，天基监测模块对遥感卫星图像进行采集，对监察位置的若干期遥感图像进行分析，并与位置0时刻的建造图像图片进行对比，得到公路沿线边坡变形数据，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取，空基监测模块使用无人机对监测滑坡威胁区域进行视频拍摄，对监测滑坡威胁区域进行识别确认，设定风险阈值，对于风险值超过风险阈值的边坡进行识别,地基监测模块使用滑坡监测设备对边坡位置进行滑坡量监测，对滑坡位置进行定位监测，对滑坡量和滑坡时间进行准确预估，对滑坡危险区域进行计算，能够对滑坡量和滑坡时间及时预警。

附图说明

图1为本发明一种天空地一体化公路边坡安全防控方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种天空地一体化公路边坡安全防控方法，包括以下具体步骤：

S1、对监察位置的位置坐标和位置0时刻的建造图像图片进行提取，将位置0时刻的建造图像图片作为对比项储存；

其中，S1的具体步骤为：

S101、对监测位置0时刻的建造图像进行提取，将提取的图片导入图片处理软件中进行建造图像特征点的提取，提取边坡特征点像素数据；

S102、将各个监测位置边坡特征点的起始位置坐标(x

S103、将位置0时刻的建造图像图片的边坡特征点像素数据和位置坐标图层作为对比项储存，并设定天基监测阈值；

S2、天基监测模块对遥感卫星图像进行采集，对监察位置的若干期遥感图像进行分析，并与位置0时刻的建造图像图片进行对比，得到公路沿线边坡变形数据，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取；

S2的具体步骤为：

S201、天基监测模块对遥感卫星图像的若干期过顶图像进行采集，对监测位置坐标的若干期遥感卫星图像进行采集，并对监察位置的若干期遥感图像进行分析对比，提取若干期遥感图像中的边坡数据，在遥感图像中对各个监测位置边坡特征点的实时位置坐标进行提取(x

S202、将各个监测位置边坡特征点的起始位置坐标和若干期遥感图像中的各个监测位置边坡特征点的的实时位置坐标进行提取，得到公路沿线边坡变形数据，并代入偏移量计算策略中进行计算，预测各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的偏移量，并预测各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的整体偏移量；

S203、将各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的整体偏移量与天基监测阈值进行对比，查找监测位置边坡特征点中整体偏移量大于天基监测阈值的点，设为滑坡威胁区域，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取；

S3、空基监测模块使用无人机对监测滑坡威胁区域进行视频拍摄，对监测滑坡威胁区域进行识别确认，设定风险阈值，对于风险值超过风险阈值的边坡进行识别；

其中，S3的具体步骤为：

S301、空基监测模块放飞无人机对滑坡威胁区域进行视频拍摄，对滑坡威胁区域进行图像采集，将无人机起始位置数据，滑坡威胁区域位置数据、无人机飞行速度数据以及无人机滞空时间数据采集代入无人机飞行频率计算策略中计算无人机的放飞频率，进而进行无人机不间断监测；

S302、将无人机采集的若干期视频图像中的滑坡威胁区域的偏移量进行提取，代入风险值计算策略中计算滑坡威胁区域的风险值，并与设定的风险阈值进行对比，对于风险值超过风险阈值的滑坡风险区域进行识别，并按照风险值降序将若干个风险值超过风险阈值的滑坡风险区域传输至地基监测模块；

S4、地基监测模块使用滑坡监测设备对边坡位置进行滑坡量监测，对滑坡位置进行定位监测，对滑坡危险区域进行计算，并对滑坡危险区域进行预警；

S4的具体步骤为：

S401、地基监测模块接受到空基监测模块传输的，风险值超过风险阈值的滑坡风险区域的位置坐标，使用滑坡监测设备对风险值超过风险阈值的滑坡风险区域进行监测，并使用滑坡量计算策略对滑坡量进行评估计算；

S402、将计算的滑坡量代入事先设定的预警等级对照表中进行预警等级和预警区域的提取，以对滑坡危险区域进行预警。

在本实施例中，偏移量计算策略具体包括以下步骤：

S2021、提取各期遥感图像中第i个监测点的偏移量

S2022、预测第i个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的偏移量

S2023、预测各个监测位置边坡特征点的卫星下次过顶过程中的整体偏移量，整体偏移量的计算公式为

在本实施例中，无人机飞行频率计算策略包括以下具体步骤：

S3011、提取滑坡威胁区域位置数据(x

/>

S3012、计算无人机的起飞频率，

在本实施例中，风险值计算策略包括以下具体步骤：

S3021、对无人机拍摄图像进行提取，提取其中的滑坡威胁区域空基偏移量数据，与储存的位置坐标图层进行对比，得出滑坡威胁区域空基偏移量,滑坡威胁区域空基偏移量的计算方式为：将拍摄图像与储存的位置坐标图层位置对应，找出其中滑坡威胁区域空基偏移量数据；

S3022、将滑坡威胁区域偏移量数据代入风险值计算公式中计算两个监测点之间的风险值，风险值计算公式计算方式为：

在本实施例中，滑坡量计算策略的具体步骤为：

S4011、对风险值超过风险阈值的滑坡风险区域进行提取，提取第i个滑坡风险区域的坡度值c

S4012、将数据代入滑坡量计算公式中计算滑坡量，滑坡量计算公式为：

通过对监察位置的位置坐标和位置0时刻的建造图像图片进行提取，将位置0时刻的建造图像图片作为对比项储存，天基监测模块对遥感卫星图像进行采集，对监察位置的若干期遥感图像进行分析，并与位置0时刻的建造图像图片进行对比，得到公路沿线边坡变形数据，对潜在公路沿线边坡存在滑坡威胁区域进行初步识别，对滑坡威胁区域进行提取，空基监测模块使用无人机对监测滑坡威胁区域进行视频拍摄，对监测滑坡威胁区域进行识别确认，设定风险阈值，对于风险值超过风险阈值的边坡进行识别,地基监测模块使用滑坡监测设备对边坡位置进行滑坡量监测，对滑坡位置进行定位监测，对滑坡量和滑坡时间进行准确预估，对滑坡危险区域进行计算，能够对滑坡量和滑坡时间的及时预警。

本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。