[发明专利]一种高陡边坡危岩运动轨迹测量及坡段参数计算方法

权利要求书

1.一种高陡边坡危岩运动轨迹测量及坡段参数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、利用无人机对目标边坡进行地形扫描，根据无人机扫描的图片建立目标边坡的三维点阵模型，根据三维点阵模型辨识危岩潜在发育的区域并初步判断危岩潜在的运动轨迹；

步骤二、根据步骤一所得危岩潜在的运动轨迹在边坡不同高程分别设置无人机机群，然后在边坡表面释放危岩，无人机机群实时拍摄危岩运动中的照片，通过双目立体视觉原理计算危岩的动态轨迹并获得危岩的位置，绘制危岩的运动轨迹~时间关系图；

步骤三、计算危岩运动轨迹上的实时速度；

步骤四、根据危岩运动轨迹上的实时速度反算边坡不同坡段的滚动摩擦系数和碰撞恢复系数；

所述步骤二具体实施过程包括：

步骤201、设置无人机机群

无人机机群根据步骤一所得危岩潜在运动轨迹的左右两侧，边坡每间隔50m高程设置两个无人机，无人机与地面的垂直距离50m，无人机间距50m，RTK基准站与无人机连接进行定位，操控电脑与无人机连接进行控制；

步骤202、危岩释放与实时测量

危岩选自于目标边坡坡脚散落岩块，采用另外一台无人机悬吊危岩于指定区域进行投放，测量用的无人机采用连拍方式连续获取危岩高清实时位置图像；

步骤203、危岩轨迹计算与绘制同一高程的两个无人机组成双目立体视觉的双目，基于同一时刻获取的高清图像，采用双目视觉测距原理获取危岩的三维坐标，记录好每个三维坐标与时间的对应关系，在目标边坡三维点阵模型上绘制危岩运动轨迹的散点图，根据散点图的路径截取含目标边坡地形和危岩运动轨迹散点图的二维剖面，散点图上散点附带有时间信息，进而绘制出危岩的运动轨迹~时间关系图；

所述步骤三计算危岩运动轨迹上的实时速度具体包括：

危岩运动模式分为滚动模式和弹跳模式，滚动模式的运动轨迹为直线，弹跳模式的运动轨迹为抛物线；

对于滚动模式，其运动轨迹为直线：

危岩滚动模式下沿直线运动速度的计算公式如下：

；

V、Δt分别为滚动模式下沿直线的任意时刻速度和从起始点运动起算的相对时间；ΔS、ΔT分别为滚动模式下沿直线的总位移、总时间；ΔT_0.5、ΔT_0.25别为滚动模式下沿直线总位移1/2处、1/4处的相对时间；

对于弹跳模式，其运动轨迹为抛物线：

抛物线运动轨迹根据初始运动方向的不同为斜上抛运动和斜下抛运动，斜抛运动水平方向做匀速直线运动，竖直方向运动分为：加速度为-g的减速运动、加速度为g的加速运动或减速~加速复合运动；

抛物线运动轨迹水平方向的速度保持不变，水平方向速度的计算公式：

；

V_X、ΔS_X、ΔT分别为弹跳模式下抛物线的水平方向速度、总位移和总时间；

抛物线运动轨迹竖直方向的速度随时间而变化，根据运动轨迹的不同，三种不同运动轨迹的计算方法分述如下：

（1）对于单一加速运动的斜下抛运动，任一时刻竖直方向速度的计算公式：

；

V_Y、ΔS_Y、ΔT分别为弹跳模式下抛物线的水平方向速度、总位移和总时间，Δt为弹跳模式中从起跳点运动起算的相对时间；

（2）对于单一减速运动的斜上抛运动轨迹，任一时刻竖直方向速度的计算公式：

；

V_Y、ΔS_Y、ΔT分别为弹跳模式下抛物线的水平方向速度、总位移和总时间，Δt为弹跳模式中从起跳点运动起算的相对时间；

（3）对于加速~减速复合运动的斜上抛运动，以危岩斜上抛最高点为分界点，将运动轨迹分为单一加速运动和单一减速运动，然后分别采用（1）和（2）计算公式进行计算。

2.如权利要求1所述的高陡边坡危岩运动轨迹测量及坡段参数计算方法，其特征在于：所述步骤一中在目标边坡附近设置为无人机提供定位信息的RTK基准站，通过与无人机无线通信的电脑控制无人机对危岩所在边坡进行扫描，根据无人机扫描的图片采用3D建模软件建立目标边坡的三维点阵模型。