[发明专利]采煤沉陷地裂缝自动提取方法、装置及存储介质

说明书

本公开提供的采煤沉陷地裂缝自动化提取方法、装置及存储介质，包括：采集多幅无人机影像，进行影像拼接后得到地裂缝监测区域正射影像，对其进行将几何校正后转为第一灰度图像；对第一灰度图像进行不同旋转角度的高斯匹配滤波，得到地裂缝信息对相应旋转角度的高斯匹配滤波具有最大响应的第二灰度图像，记相应旋转角度为目标旋转角度；对第一灰度图像进行目标旋转角度下的高斯一阶导滤波处理，得到第三灰度图像；将第二、第三灰度图像进行线性运算，得到第四灰度图像；利用第四灰度图像进行地裂缝初提取；通过路径开运算的形态学滤波方法剔除初提取地裂缝中的噪声，实现地裂缝精提取。本公开可快速、准确的获取采煤沉陷地裂缝分布及其形态信息。

技术领域

本公开涉及无人机摄影测量和图像处理领域，具体涉及采煤沉陷地裂缝自动化提取方法、装置及存储介质。

背景技术

中国是能源生产与消费大国，煤炭资源在能源生产与消费结构中长期占主导地位，2018年中国煤炭生产总量高达39.5亿吨。中国西北干旱区生态环境脆弱，同时又是中国煤炭工业重点建设地区，该区域地下采煤活动对地表生态环境影响主要是地表形变产生的大量地裂缝。已有研究表明，采煤塌陷地裂缝的出现导致土壤特性发生变化，土壤质量降低，裂缝出现区域地表土壤含水量下降，加剧地表水土流失状况，严重威胁矿井安全生产。因此，干旱区采煤塌陷地裂缝的快速调查与测绘对矿区生态修复是十分必要的。

传统上的采煤沉陷地裂缝测绘主要是人工地面调查，使用全站仪、GPS等手段实地测量地裂缝平面位置并绘制地裂缝分布图。由于矿区裂缝分布密集，地面调查方法费时费力，工作量较大。同时传统测量手段仅能获取初略的裂缝分布情况，无法较为完成的反映裂缝真实形态。根据实际地裂缝踏勘资料显示，地裂缝宽度通常为亚米级，当前光学卫星影像的分辨率尚无法清晰反映地裂缝情况。当前，无人机摄影测量与遥感技术发展迅速，在矿区地裂缝调查领域中展现巨大应用潜力。但基于无人机摄影测量与遥感的地裂缝提取应用目前大部分仍采用目视解译方式，即人工从无人机高分辨率影像中绘制地裂缝分布图，未做到自动化提取，消耗大量人力物力。而已有矿区地裂缝自动检测方法也多为实验性质研究，并未开展采煤工作面尺度的区域性验证实验，只有少数自动检测方法成功应用于我国西部风积沙区采煤沉陷地裂缝提取。但西部风积沙区地形地貌相对单一，在面对地形地貌复杂地区如黄土沟壑区时，这类自动提取方法可能并不适用或效果较差。

发明内容

本公开旨在解决上述问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的能够快速、高效且较为准确的获取采煤沉陷地裂缝分布及其形态信息的采煤沉陷地裂缝自动化提取方法，包括：

根据地下煤炭开采位置及矿区开采沉陷信息划定无人机摄影测量的影像获取范围，布设地面像控点并测量所述地面像控点的三维坐标；

在所述影像获取范围内采集多幅无人机影像，进行影像拼接后得到地裂缝监测区域正射影像，使用所述地面像控点的三维坐标对所述地裂缝监测区域正射影像进行几何校正，将几何校正后的所述地裂缝监测区域正射影像转为第一灰度图像；

对所述第一灰度图像进行不同旋转角度的高斯匹配滤波处理，以实现高斯匹配滤波处理的自适应性，得到地裂缝信息对相应旋转角度的高斯匹配滤波处理具有最大响应的第二灰度图像，记录所述相应旋转角度作为目标旋转角度；

对所述第一灰度图像进行所述目标旋转角度下的高斯一阶导滤波处理，以削弱高斯匹配滤波中对非地裂缝结构的错误响应，得到第三灰度图像；

将所述第二灰度图像和所述第三灰度图像进行线性运算，以增强地裂缝信息并抑制非地裂缝信息，得到第四灰度图像；

对所述第四灰度图像进行分割，以实现地裂缝的初步提取；

通过路径开运算的形态学滤波方法剔除初步提取的地裂缝中的噪声，以实现地裂缝的精提取。

本公开第一方面实施例提供的采煤沉陷地裂缝自动化提取方法，具有以下特点及有益效果：