一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法

1.本发明涉及工程勘察设计方法技术领域，具体为一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法。


背景技术：

2.滑坡是指地质体沿地质弱面向下滑动的重力破坏，既可指一种重力地质作用的过程，也可指一种重力地质作用的结果。滑坡勘查是通过调查、测绘、勘探手段，对滑坡区进行的地质工作，提出综合报告和图件。
3.应急治理工程勘查设计是滑坡灾害防治工程中的重要内容，一般是在滑坡灾害突发险情或部分灾情后，为避免灾害继续发展、尽快消除灾害隐患而开展应急治理工程的重要实施依据。因此，应急治理工程勘查设计在遵照常规的滑坡防治工程勘查设计相关规范基础上，尤其要注重其时效性和准确性。
4.目前传统的应急治理工程勘查设计方法存在以下弊端：首先，待治理的滑坡一般处于随时会发生进一步变形破坏的危险状态，同时滑坡体上常存在先期破坏造成的陡壁深壑人类无法涉足的区域，这些客观因素严重制约了在滑坡体上开展以大比例尺地形图测量和工程地质测绘为代表的详细现场工作的可能性；传统的大比例尺地形图现场测量工作效率较低，且整体成图精度也不高，同时，单一的线划地形图无法直观反映滑坡地表现状的综合特征，直观可视化效果差，影响了工作效率和精度。
5.但是目前市面上用于滑坡应急治理工程勘查的无人机遥感技术，在进行分析对比时，对比量数少，对地形观测存在偏差，后续在制定设计方案时，存有较大出入，所以我们提出了一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，以便于解决上述中提出的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，以解决上述背景技术提出的目前市场上的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，包括如下步骤：
8.s1、了解滑坡情况：具体了解所需勘查的滑坡类型、规模、地质结构、土壤类型和水文情况信息，同时评估滑坡对周围环境和人员的威胁；
9.s2、遥感勘测：利用无人机进行遥感勘测，获取滑坡的高精度数据，得到地形、地貌、地下水位、土壤结构、植被覆盖多种信息；
10.s3、数据处理：将航拍图像上传至计算机终端，并使用相关软件进行去噪、图像拼接、图像校正处理；
11.s4、建立数字地形模型：将处理过后的图像通过pix4dmapper或agisoft photoscan生成数字地形模型，数字地形模型能够提供高分辨率的地形数据，为滑坡的空间
分布和形态提供准确的信息；
12.s5、提取滑坡地物信息：使用计算机视觉技术提取数字地形模型中滑坡区域的植被、建筑地物信息，通过与dtm叠加，可以提取出滑坡的地貌特征，为滑坡类型和规模提供参考；
13.s5、模型评估：对生成的数字地形模型进行精度、分辨率指标的检测评估；
14.s6、叠加信息：将数字地形模型与数字高程模型、滑坡现场数据、信息进行叠加，再次提取出滑坡的高程、坡度、坡向信息，为滑坡应急治理方案的制定提供基础数据；
15.s7、分析原因：通过数字地形模型、现场勘查情况与历史地质资料，分析滑坡形成的机理；
16.s8、制定方案：根据滑坡类型、规模、信息，制定滑坡应急治理方案。
17.优选的，所述步骤s2中，根据滑坡情况，再依据飞行能力、摄像能力、稳定性、操作简便性、可靠性选择合适的无人机，在进行遥感航拍时，根据光照、拍摄角度、云层因素，以获得高质量的图像。
18.优选的，所述步骤s3中，还可以使用photoshop或ptgui图像拼接软件将多张航拍图像拼接成一张大图，再使用agisoft photoscan或pix4d mapper对拼接后的大图进行校正处理。
19.优选的，所述步骤s4中，通过使用激光雷达扫描、立体影像测量技术，将航拍数据转换为点云数据，其中每个点代表地表上的一个点，使用arcgis或qgis将点云数据建立数字地形模型，基于生成的dtm数据，进行地形坡度、高程变化、流域分析、可视化分析，以帮助理解滑坡的形成和演化；
20.优选的，在转化为电云数据时，从航拍图像中提取出角点、边缘特征点，利用特征点进行图像匹配，确定不同图像之间的对应关系，即计算出相邻图像之间的视差信息，根据视差信息，计算每个点的三维坐标，即可生成点云数据。
21.优选的，所述步骤s6中，使用数字图像处理技术从航空或卫星影像中提取高程信息，通过数字高程模型可获取到地形倾向、地形曲率、高程、坡度、滑坡区域的面积、体积信息。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.本发明中，使用计算机视觉技术提取数字地形模型中滑坡区域的植被、建筑地物信息，能够快速准确地获取滑坡区域内的地物信息，为滑坡应急治理提供有价值的参考，将数字地形模型与数字高程模型、滑坡现场数据、历史地质资料信息进行叠加分析，能够全面地评估滑坡情况，为制定应急治理方案提供重要支撑，引入先进的遥感和gis技术，将勘查和设计过程数字化，实现了数据的自动化处理和精细化分析，为滑坡应急治理提供了更加科学、精准、高效的手段。
具体实施方式
24.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明提供一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
26.s1、了解滑坡情况：具体了解所需勘查的滑坡类型、规模、地质结构、土壤类型和水文情况信息，同时评估滑坡对周围环境和人员的威胁；
27.s2、遥感勘测：利用无人机进行遥感勘测，获取滑坡的高精度数据，得到地形、地貌、地下水位、土壤结构、植被覆盖多种信息；
28.s3、数据处理：将航拍图像上传至计算机终端，并使用相关软件进行去噪、图像拼接、图像校正处理；
29.s4、建立数字地形模型：将处理过后的图像通过pix4dmapper或agisoft photoscan生成数字地形模型，数字地形模型能够提供高分辨率的地形数据，为滑坡的空间分布和形态提供准确的信息；
30.s5、提取滑坡地物信息：使用计算机视觉技术提取数字地形模型中滑坡区域的植被、建筑地物信息，通过与dtm叠加，可以提取出滑坡的地貌特征，为滑坡类型和规模提供参考；
31.s5、模型评估：对生成的数字地形模型进行精度、分辨率指标的检测评估；
32.s6、叠加信息：将数字地形模型与数字高程模型、滑坡现场数据、信息进行叠加，再次提取出滑坡的高程、坡度、坡向信息，为滑坡应急治理方案的制定提供基础数据；
33.s7、分析原因：通过数字地形模型、现场勘查情况与历史地质资料，分析滑坡形成的机理；
34.s8、制定方案：根据滑坡类型、规模、信息，制定滑坡应急治理方案。
35.具体的，所述步骤s2中，根据滑坡情况，再依据飞行能力、摄像能力、稳定性、操作简便性、可靠性选择合适的无人机，在进行遥感航拍时，根据光照、拍摄角度、云层因素，以获得高质量的图像。
36.具体的，所述步骤s3中，还可以使用photoshop或ptgui图像拼接软件将多张航拍图像拼接成一张大图，再使用agisoft photoscan或pix4d mapper对拼接后的大图进行校正处理。
37.具体的，所述步骤s4中，通过使用激光雷达扫描、立体影像测量技术，将航拍数据转换为点云数据，其中每个点代表地表上的一个点，使用arcgis或qgis将点云数据建立数字地形模型，基于生成的dtm数据，进行地形坡度、高程变化、流域分析、可视化分析，以帮助理解滑坡的形成和演化。
38.具体的，在转化为电云数据时，从航拍图像中提取出角点、边缘特征点，利用特征点进行图像匹配，确定不同图像之间的对应关系，即计算出相邻图像之间的视差信息，根据视差信息，计算每个点的三维坐标，即可生成点云数据。
39.具体的，所述步骤s6中，使用数字图像处理技术从航空或卫星影像中提取高程信息，通过数字高程模型可获取到地形倾向、地形曲率、高程、坡度、滑坡区域的面积、体积信息。
40.工作原理：首先，需要对滑坡进行全面的了解，了解滑坡的类型、规模、位置、地质结构、土壤类型和水文情况信息，同时评估滑坡对周围环境和人员的威胁，根据滑坡情况，评估其对周围环境和人员的风险，并确定应急治理工程的需求，包括暴露面的加固、土方支
护、水利工程和生态修复方案，利用无人机进行遥感勘测，获取滑坡的高精度数据，根据其飞行能力、摄像能力、稳定性、操作简便性、可靠性再结合滑坡现场地势情况，选择合适的无人机，同时，无人机可搭全色相机、多光谱相机、激光雷达，以获取地形、地貌、地下水位、土壤结构、植被覆盖多种信息，将航拍图像上传至计算机终端，对航拍图像进行处理，包括几何校正、图像拼接、图像增强，以提高图像质量和准确性，对处理后的图像进行特征提取，以便分析滑坡的特征，这可以通过计算形状、大小、颜色、纹理图像特征来完成；
41.在特征提取的基础上，需要进一步提取滑坡边界，通过计算梯度、边缘检测、二值化图像处理技术来实现，其中先使用数字高程模型计算，首先从数字高程模型中提取出滑坡边界的高程数据，将相邻的两个点的高程差除以它们之间的水平距离，得到滑坡边界每个点的高程梯度，进而计算出整个滑坡边界的梯度；再通过遥感数据计算，利用遥感数据生成高程模型，从高程模型中提取出滑坡边界的高程数据，使用与数字地形模型计算相同的方法计算高程梯度；
42.对于已经提取出的滑坡边界，通过计算滑坡区域的大小、形状、密度参数，对滑坡进行详细分析，其中，面积＝像素数x像素分辨率x像素分辨率缩放系数；
43.通过使用激光雷达扫描、立体影像测量技术，将航拍数据转换为点云数据，其中每个点代表地表上的一个点，从航拍图像中提取出角点、边缘特征点，利用特征点进行图像匹配，确定不同图像之间的对应关系，即计算出相邻图像之间的视差信息，根据视差信息，计算每个点的三维坐标，即生成点云数据使用arcgis或qgis将点云数据建立数字地形模型，基于生成的数字地形模型数据，进行地形坡度、高程变化、流域分析、可视化分析。
44.利用地形分析方法，将曲率、坡度、高程作为参数，其中，曲率可以反映地表形态的变化，坡度可以表征地形的陡峭程度，高程可以反映地形的高低起伏，进行滑坡识别，将识别出的滑坡区域进行划分，从滑坡区域中提取相关的地物信息，如滑坡体积、滑坡形态、滑坡趋势特征参数，其中，滑坡体积通过体积测算方法进行估算，滑坡形态通过分析滑坡轮廓线和椭圆拟合方法进行提取，滑坡趋势可以通过分析滑坡移动的方向和速度进行提取；
45.将数字地形模型与数字高程模型、滑坡现场数据、信息进行叠加，提取出滑坡的高程、坡度、坡向信息，为滑坡应急治理方案的制定提供基础数据，其中，使用数字图像处理技术从航空或卫星影像中提取高程信息，通过数字高程模型可获取到地形倾向、地形曲率、高程、坡度、滑坡区域的面积、体积信息，通过数字地形模型、现场勘查情况与历史地质资料，分析滑坡形成的机理，根据滑坡类型、规模、原因信息，制定滑坡应急治理方案，这就是本发明的整个工作流程。且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术，
46.尽管参照前述实施例对本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施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、了解滑坡情况：具体了解所需勘查的滑坡类型、规模、地质结构、土壤类型和水文情况，评估滑坡对周围环境和人员的威胁；s2、遥感勘测：利用无人机进行遥感勘测，获取滑坡的高精度数据，得到地形、地貌、地下水位、土壤结构、植被覆盖多种信息；s3、数据处理：将航拍图像上传至计算机终端，并使用软件进行去噪、图像拼接、图像校正处理；s4、建立数字地形模型：将处理过后的图像通过pix4dmapper或agisoft photoscan生成数字地形模型；s5、提取滑坡地物信息：使用计算机视觉技术提取数字地形模型中滑坡区域的植被、建筑地物信息，通过与dtm叠加，提取出滑坡的地貌特征；s5、模型评估：对生成的数字地形模型进行精度、分辨率指标的检测评估；s6、叠加信息：将数字地形模型与数字高程模型、滑坡现场数据、信息进行叠加，再次提取出滑坡的高程、坡度、坡向信息；s7、分析原因：通过数字地形模型、现场勘查情况与历史地质资料，分析滑坡形成的机理；s8、制定方案：根据滑坡类型、规模、信息，制定滑坡应急治理方案。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：所述步骤s2中，根据滑坡情况，再依据飞行能力、摄像能力、稳定性、操作简便性、可靠性选择合适的无人机，在进行遥感航拍时，根据光照因素、拍摄角度因素、云层因素，以获得高质量的图像。3.根据权利要求1所述的一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：所述步骤s3中，使用photoshop或ptgui图像拼接软件将多张航拍图像拼接成一张大图，再使用agisoft photoscan或pix4dmapper对拼接后的大图进行校正处理。4.根据权利要求1所述的一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：所述步骤s4中，通过使用激光雷达扫描、立体影像测量技术，将航拍数据转换为点云数据，点对点，再使用arcgis或qgis将点云数据建立数字地形模型，基于生成的数字地形模型数据，进行地形坡度、高程变化、流域分析、可视化分析。5.根据权利要求4所述的一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：在转化为电云数据时，从航拍图像中提取出角点、边缘特征点，利用特征点进行图像匹配，确定不同图像之间的对应关系，即计算出相邻图像之间的视差信息，根据视差信息，计算每个点的三维坐标，生成点云数据。6.根据权利要求1所述的一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其特征在于：所述步骤s6中，使用数字图像处理技术从航空或卫星影像中提取高程信息，通过数字高程模型获取地形倾向、地形曲率、高程、坡度、滑坡区域的面积、体积信息。

技术总结
本发明公开了一种基于无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，属于工程勘察设计方法技术领域，包括如下步骤：具体了解所需勘查的滑坡类型、规模、地质结构、土壤类型和水文情况信息，同时评估滑坡对周围环境和人员的威胁，利用无人机进行遥感勘测，获取滑坡的高精度数据，以获取地形、地貌、地下水位、土壤结构、植被覆盖多种信息，本发明中，使用计算机视觉技术提取数字地形模型中滑坡区域的植被、建筑地物信息，能够快速准确地获取滑坡区域内的地物信息，为滑坡应急治理提供有价值的参考，将数字地形模型与数字高程模型、滑坡现场数据、历史地质资料信息进行叠加分析，能够全面地评估滑坡情况。地评估滑坡情况。


技术研发人员：孙兴航
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/20