[发明专利]基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法

说明书

本发明提出了一种基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法，包括以下步骤：收集高陡危岩的崩塌视频，获得崩塌地区的三维实景模型，对危岩崩塌体进行分区，选取不同分区部位中，图像颜色特征明显、运动过程鲜明的点作为特征点，在视频画面上构建坐标系和比例尺，对特征点进行动态追踪，导出特征点的位移数据，对导出的位移数据进行坐标系校正，通过一次求导和二次求导得到特征点的速度和加速度特征，对各分区分别绘制运动曲线，对危岩体崩塌的运动过程进行运动阶段划分。本发明通过直接解析高陡危岩的崩塌视频和校正解译数据坐标，能有效还原高陡危岩崩塌事件的破坏和运动过程，有助于对高陡危岩崩塌灾害成灾机理和动力学过程的研究。

技术领域

本发明涉及地质灾害勘察、监测和动力学机理研究领域，特别涉及一种基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法。

背景技术

高陡危岩具有严重的成灾性，广泛存在于全世界的峡谷区和高山地区。高陡危岩崩塌成灾过程具有较强的突发性，因此，一般很难直接对高陡危岩崩塌灾害的破坏模式和运动特征进行直接观测。

传统高陡危岩崩塌破坏模式和运动特征的研究方法主要是在野外地质灾害调查的基础上，通过物理模拟试验和数值仿真试验来进行。其弊端在于，无法真实地还原高陡危岩崩塌灾害的破坏和运动过程。无论是物理模型试验还是数值仿真试验中，初始状况的设定往往被试验人的主观想法影响，且无法体现出自然界中真实岩体的复杂结构。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法，能有效和准确地还原和评价高陡危岩崩塌过程中的破坏模式和运动特征，为高陡危岩崩塌灾害的发生机理和动力学过程的研究和预测工作提供支撑。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法，包括以下步骤：

步骤一：收集高陡危岩的崩塌视频；

步骤二：通过无人机实地摄影，获得崩塌视频中对应崩塌地区的三维实景模型；

步骤三：基于危岩体的岩体结构特征和视频中的不同部位的危岩体坠落过程中体现出的差异性，对危岩崩塌体进行分区；

步骤四：选取不同分区部位中，图像和颜色特征明显、运动过程鲜明的点作为特征点；

步骤五：在视频画面上构建坐标系和比例尺；

步骤六：采用tracker，对特征点进行动态追踪，然后导出特征点的位移数据；

步骤七：对导出的特征点位移数据进行坐标系校正；

步骤八：将修正后的数据作为各个特征点的位移数据，在修正或剔除部分异常点后，通过一次求导和二次求导得到特征点的速度和加速度特征，并对每个分区分别绘制相应的运动曲线；

步骤九：对危岩体崩塌的运动过程进行运动阶段划分。

上述方案中：在步骤五中，构建坐标系和比例尺的方法如下：

S1、选取一个崩塌体崖壁上较明显的标定点，作为笛卡尔坐标系的原点，这个点在整段视频的崩塌过程中一直出现在视频内；

S2、坐标系中x和y轴方向与视频画面方向一致，x轴为沿着视频往正右方，y轴为沿着视频往正上方；

S3、在视频中选取崖壁上较明显的两个标定点，通过无人机摄影获得的三维模型，确定两个标定点之间的距离，以作为图像的比例尺。

上述方案中：在步骤七中，坐标系校正的方法如下：

S1、通过坐标系旋转和轴对称变换，使y轴方向与重力方向保持一致；