[发明专利]一种基于无人机遥感技术的地表隐蔽裂缝尺度计算方法

说明书

本发明涉及地表裂缝勘测技术领域，特别涉及一种基于无人机遥感技术的地表隐蔽裂缝尺度计算方法，包括：基础地形采集，利用无人机搭载雷达传感器获取地面的点云数据，处理点云数据生成DEM；裂缝数据获取，利用无人机搭载近红外传感器在所测区域进行飞行拍摄，获取裂缝的红外影像，根据裂缝和周围地物的温度差在红外影像中提取裂缝；裂缝属性提取，对红外影像进行分析；裂缝尺度计算，将红外传感器参数、裂缝在影像中的参数、飞行参数、地形数据等带入转换公式，计算裂缝的实际长度。本发明获取地裂缝的红外数据，计算裂缝尺度参数，对地表的隐蔽裂缝实现了大范围远距离精确识别地裂缝。

技术领域

本发明涉及地表裂缝勘测技术领域，特别涉及一种基于无人机遥感技术的地表隐蔽裂缝尺度计算方法。

背景技术

在煤矿开采引起的地表沉陷区域，存在许多由于采动造成的裂缝，采动裂缝不仅对地表植被的生长和地表建构筑物的安全造成极大的影响，而且也容易造成采空区顶板的导水裂隙带贯通至地表，对井下通风、防火、防水等工作带来隐患，故对裂缝的调查研究具有重要意义。目前对于地裂缝的监测方法通常是通过直接测量进行监测的，主要包括水准测量、GPS观测等方法，而上述方法都依赖于专业的测量仪器，探测范围有限且需要人工实地操作，工作效率低，且受地形地貌因素的影响；虽然卫星遥感技术在地裂缝探测领域也有许多研究，但对于细小和隐蔽的裂缝，卫星遥感受限于其分辨率和成本，也不能大规模推广应用。

发明内容

本发明提出了一种基于无人机遥感技术的地表隐蔽裂缝尺度计算方法，解决现有技术中，人工进行地裂缝测量难度大、具有危险性的问题。

一种基于无人机遥感技术的地表隐蔽裂缝尺度计算方法，包括：

S1.基础地形采集，利用无人机搭载雷达传感器获取地面的点云数据，处理点云数据生成DEM；

S2.裂缝数据获取，利用无人机搭载近红外传感器在所测区域进行飞行拍摄，获取裂缝的红外影像，根据裂缝和周围地物的温度差在红外影像中提取裂缝；

S3.裂缝属性提取，对红外影像进行分析，得到裂缝在图像中所占的像元数n和裂缝与机头朝向的顺时针夹角ζ，机头朝向与北方向的顺时针夹角为则裂缝与北方向的夹角y为

S4.裂缝尺度计算，将红外传感器参数、裂缝在影像中的参数、飞行参数、地形数据带入转换公式，计算裂缝的实际长度D，所述红外传感器参数包括焦距f、像元尺寸a，裂缝参数包括裂缝在图像中所占的像元数n、裂缝与北方向的夹角γ，地形数据包括裂缝处的坡度β、坡向i和高程H₂，飞行参数包括飞行高度H₁，

优选地，S1中得到每一点的高程H₂，然后对DEM进行坡度、坡向分析，获得坡度坡向模型，得到任意位置的坡度和坡向。

优选地，S2中，红外影像的属性包含拍摄瞬间的经纬度和飞行高度H₁，将经纬度输入到坡度坡向模型中，得到某点的坡度和坡向。

优选地，设DEM的高程为H₂，则无人机相对于地面的高度h为：h＝H₁-H₂。

优选地，S4包括：裂缝的实际长度的水平面长度为D′，其在影像中的长度为d，为斜坡的法线方向，根据正弦定理得：

则裂缝的实际长度D的表达式为：

根据相似定理，可得：

裂缝在水平面内长度D′的表达式为：

根据直角三角形关系，α表示为：

根据裂缝所占的像元数n求得d：d＝n.a；

根据投影关系有：

求得θ的表达式为：