[发明专利]一种高精度的非接触式边坡危岩监测预警方法

权利要求书

1.一种高精度的非接触式边坡危岩监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

布设监测仪器，所述监测仪器包括大尺度粒子图像测速模块、测振模块、计算模块、信息传输模块和电源模块；

进行相机标定；

启动测振模块，获取边坡危岩表面的速度时程；

启动大尺度粒子图像测速模块，获取边坡危岩图像；

计算模块根据速度时程和边坡危岩图像，计算边坡危岩的振动主导频率和位移变化速率；所述计算模块将危岩表面的速度时程进行快速傅里叶变换处理，得到边坡危岩振动的振动主导频率；计算模块将当前时刻获取的边坡危岩图像与上一时刻获取的边坡危岩图像进行图像处理，计算得到边坡危岩的位移值、速度值、位移变化速率；所述图像处理包括：图像前处理、图像匹配、图像后处理以及根据相机标定结果进行坐标转换的处理过程；

图像前处理过程使用灰度转换、高斯滤波降噪以及直方图均衡化算法进行处理；

灰度转换的算法公式如下式所示：

Grey＝0.299＊R+0.587＊G+0.114＊B

式中，Grey——转换后的像素灰度值；

R、G、B——分别为彩色图像红、绿、蓝三种颜色通道的像素值；

高斯滤波降噪的算法公式如下式所示：

式中，σ——为标准差；

G(x，y)——邻域内各个像素点的加权系数值；

直方图均衡化的算法公式如下式所示：

式中，L——为图像灰度值区间划分的个数，称为灰度级总数；

n——为图像总的像素个数；

n_j——为当前灰度级的像素个数；

s_k——为某一灰度值区间的灰度分布频率值；

图像匹配过程采用最小平方差算法进行处理；

最小平方差的算法公式如下所示：

式中，G₁和G₂——为两个矩阵元素表示两帧图像对中计算窗口的灰度值；

M和N——选定的计算窗口在x、y轴方向上的长度，M＝N；

g₁和g₂——分别表示两帧图像对中计算窗口的灰度值分布函数；

Δx和Δy——物体变形后图像中计算窗口对应的位移值；

图像后处理过程采用信噪比滤波、反距离权重插值以及三点高斯亚像素拟合算法进行处理；

信噪比滤波算法公式如下所示：

式中，p₁——为互相关系数峰值；

p₂——为互相关系数第二峰值；

所使用的反距离权重插值算法公式如下式所示：

式中，Z_i——为离散点i的计算值；

Z——为估计值；

N′——为参与计算的离散点个数；

D_i——为第i个离散点距离估计点的距离值；

P——为距离的幂次；

三点高斯亚像素拟合算法公式如下式所示：

式中，C_i″，j″——为计算窗口对应的互相关系数峰值；

i″，j″——为互相关系数峰值对应点的整数像素坐标值；

Δx′和Δy′——为经插值拟合后得到的实际互相关系数峰值与整数坐标间的差值；

实时监测边坡危岩的振动主导频率和位移变化速率，当其达到预设阈值时，发出预警，并根据预警信息，调节大尺度粒子图像测速模块的拍摄频率。

2.根据权利要求1所述的一种高精度的非接触式边坡危岩监测预警方法，其特征在于，将监测仪器布置于边坡危岩现场，使大尺度粒子图像测速模块中的相机能够正对边坡正面，通过调整相机的像素和焦距，使相机能够拍摄获取完整、清晰的边坡危岩图像。

3.根据权利要求1所述的一种高精度的非接触式边坡危岩监测预警方法，其特征在于，所述相机标定包括：将具有反光区域的相机标定板设置于边坡危岩表面，使用大尺度粒子图像测速模块中的相机拍摄获取标定图像。

4.根据权利要求1所述的一种高精度的非接触式边坡危岩监测预警方法，其特征在于，大尺度粒子图像测速模块启动时，大尺度粒子图像测速模块以低频监测模式运行。