基于三目视觉技术的人工降雨型滑坡监测分析
发布时间：2021-11-20 09:48
在滑坡监测研究中,形变特征的出现通常意味着边坡失稳的发生,因此能够获得连续的滑坡变形信息对滑坡过程分析具有重要意义。传统的从遥感图像以及航拍数据中提取的滑坡信息主要考虑大尺度空间范围内的群发性滑坡现象,其数据获取的成本高,同时遥感和航拍影像的间隔时间较长,不能提供连续的形变数据,也难以获得单个边坡全面详细的特征信息。本文首先通过设计室内物理降雨模型试验,在室内模拟自然条件下的降雨状况,模拟不同形态边坡在不同降雨条件下产生的滑坡现象。同时建立了基于双目视觉的三目相机监测系统,以获取边坡二维以及三维深度信息。然后基于该系统采集的图像数据提出了一种基于超像素理论的滑坡变形区域图像识别方法。利用该方法可实现滑坡区域的自动识别,获得连续的滑坡变形数据,并结合深度信息实现自动提取滑坡形变空间变化信息以及三维表面重建。具体研究成果如下:（1）基于传统的室内降雨滑坡试验,设计了新的监测手段,使用三目相机进行边坡形变的深度信息采集,同时结合了传统的孔隙水压力传感器以及摄像机设备,实现了降雨型边坡试验二维与三维数据的多角度监测,获得了丰富的边坡形变信息数据。（2）利用Python和OpenCV开源库基于超...
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１试验装置图??２．?１．５监测系统??
集的视频中??观察目标不发生畸变。??２）三目相机采用ＰｏｉｎｔＧｍｙ?（灰点）公司生成的三目立体视觉相机ＢＢＸ３，其内部??固定有三个相同摄像头，等间距水平排列，其分辨率为１２８０９６０，具有镜头畸变和相机??位置偏差自动校正功能，具有两种镜头焦距，分别是１２ｃｍ与２４ｃｍ，同时该设备能够导??出相机配置参数，包括相机矩阵、归一化焦距等，能够减少单独使用相时所需的标定工??作流程。设备采集的数据为三个摄像头分别获得的原始图像以及表示深度信息的视差图??像。??ａ）?ｂ）??图２－２相机及传感器设备图??２．２试验设备校验??在进行试验前，首先需要保证试验设备能够良好的运转以及可靠性，本试验中主要??对降雨发生装置以及孔隙水压力精度进行校验。??２．?２．１降雨均匀性校验??室内降雨装置产生的人工降雨应与自然降雨的特征吻合，在目前的科学技术条件下??室内降雨无法完全还原自然降雨的各项特征，本降雨装置设计宗旨是为试验目的服务，??因此在滑坡降雨特征中主要考虑降雨强度的稳定性以及降雨均匀性，降雨强度由流量计??进行控制，读数能够时刻调节，稳定性可靠；降雨均匀性对于降雨模拟试验至关重要，??降雨模拟装置是否满足实验需求主要通过该因素来进行判断，而降雨均匀性受到喷头以??及气压的影响，需要进行校准测试。对于本试验中的降雨装置，由于使用了雾化喷头降??低了雨滴对边坡冲击的影响，只要满足降雨均匀性要求，即可认为该装置具有良好的自??然降雨模拟功能。本次试验采用均匀系数计算方法来评价降雨均匀性，主要原理为利用??固定容积容器检测实际降雨强度，并与标定数值进行对比，据此判断降雨强度的稳定性。??测定方法是在降雨覆盖区域内均匀
?基于三目视觉技术的人工降雨型滑坡监测分析???謂｜＿?＿??０?５?１０?１５?２０?２５??读数次数??图２－４降雨均匀系数图??可以看出，在标定过程中，虽然误差存在波动，但所有孔隙水压力传感器的误差绝??对值均小于Ｏ．ｌＫｐａ，即证明传感器精度可靠，能够满足正常试验需求。??２．３试验设计与过程??２．?３．?１试验方案设计??降雨诱发滑坡的影响因素众多，降雨强度、边坡植被分布、土壤类型、边坡形态等??均对边坡稳定性具有不同程度的影响。在室内模拟试验中，无法将所有因素同时进行考??虑，通常只选取一种或两种重要影响因素进行试验设计，控制其它因素不变，分析控制??研宄因素变化对边坡稳定性的影响。在本试验中，主要着重于福建地区海岸边坡在不同??降雨强度与不同边坡形态对边坡稳定性以及破坏形式的影响，试验材料来自于福建漳州??海岸边坡砂土，该区域以第四纪海成阶地沉积物为主，大面积土壤层位年龄在中更新统??７３万年至上更新统１．３万年之间的沿海阶地，砂土颗粒表面光洁、粒形圆整，渗透系数??较大。（福建省测绘地理信息局，２００９）。??（１）传感器布设方案??试验中使用６个传感器，所有传感器均沿边坡模型中线进行埋设。其中正孔隙水压??力传感器埋设于坡脚处，用以监测模型槽内降雨积水水位变化情况。剩余５个传感器按??照一定间距埋设，其相对位置如图（２－５）所示。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]滑坡泥石流大尺度统计预报模型的实时检验[J]. 何爽爽,汪君,王会军. 大气科学学报. 2019(01)
[2]一种自循环式人工降雨模拟装置降雨特性的试验研究[J]. 蒋建清,程超,蔡晶垚,夏平,王亮,肖邬旺. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2017(02)
[3]陕西泾阳南塬杏园滑坡InSAR监测分析[J]. 何杨,赵超英,张勤,杨成生. 工程勘察. 2016(06)
[4]福建省台风暴雨条件下滑坡规律性研究[J]. 池永翔. 地质学刊. 2015(04)
[5]重庆地区降雨型滑坡相关性分析及预报模型[J]. 唐红梅,魏来,唐云辉,高阳华. 中国地质灾害与防治学报. 2013(04)
[6]基于正则割（Ncut）的多阈值图像分割方法[J]. 邹小林,冯国灿. 计算机工程与应用. 2012(19)
[7]持续降雨对滑坡的稳定性影响及治理措施研究[J]. 王良艳,王震. 工程建设与设计. 2012(05)
[8]滑坡监测技术方法研究[J]. 彭欢,黄帮芝,杨永. 资源环境与工程. 2012(01)
[9]高分辨率SAR数据在三峡库区滑坡监测中的应用[J]. 廖明生,唐婧,王腾,Timo BALZ,张路. 中国科学:地球科学. 2012(02)
[10]干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究[J]. 包惠明,魏雪丰. 工程地质学报. 2011(04)
硕士论文
[1]针管式人工降雨装置的研究与应用[D]. 孙恺.武汉理工大学 2013
[2]图像三角网格化算法的研究与实现[D]. 付民.华中科技大学 2010
[3]边坡监测与预测预报智能化方法研究[D]. 杨永波.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2005
本文编号：3507069
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１试验装置图??２．?１．５监测系统??
集的视频中??观察目标不发生畸变。??２）三目相机采用ＰｏｉｎｔＧｍｙ?（灰点）公司生成的三目立体视觉相机ＢＢＸ３，其内部??固定有三个相同摄像头，等间距水平排列，其分辨率为１２８０９６０，具有镜头畸变和相机??位置偏差自动校正功能，具有两种镜头焦距，分别是１２ｃｍ与２４ｃｍ，同时该设备能够导??出相机配置参数，包括相机矩阵、归一化焦距等，能够减少单独使用相时所需的标定工??作流程。设备采集的数据为三个摄像头分别获得的原始图像以及表示深度信息的视差图??像。??ａ）?ｂ）??图２－２相机及传感器设备图??２．２试验设备校验??在进行试验前，首先需要保证试验设备能够良好的运转以及可靠性，本试验中主要??对降雨发生装置以及孔隙水压力精度进行校验。??２．?２．１降雨均匀性校验??室内降雨装置产生的人工降雨应与自然降雨的特征吻合，在目前的科学技术条件下??室内降雨无法完全还原自然降雨的各项特征，本降雨装置设计宗旨是为试验目的服务，??因此在滑坡降雨特征中主要考虑降雨强度的稳定性以及降雨均匀性，降雨强度由流量计??进行控制，读数能够时刻调节，稳定性可靠；降雨均匀性对于降雨模拟试验至关重要，??降雨模拟装置是否满足实验需求主要通过该因素来进行判断，而降雨均匀性受到喷头以??及气压的影响，需要进行校准测试。对于本试验中的降雨装置，由于使用了雾化喷头降??低了雨滴对边坡冲击的影响，只要满足降雨均匀性要求，即可认为该装置具有良好的自??然降雨模拟功能。本次试验采用均匀系数计算方法来评价降雨均匀性，主要原理为利用??固定容积容器检测实际降雨强度，并与标定数值进行对比，据此判断降雨强度的稳定性。??测定方法是在降雨覆盖区域内均匀
?基于三目视觉技术的人工降雨型滑坡监测分析???謂｜＿?＿??０?５?１０?１５?２０?２５??读数次数??图２－４降雨均匀系数图??可以看出，在标定过程中，虽然误差存在波动，但所有孔隙水压力传感器的误差绝??对值均小于Ｏ．ｌＫｐａ，即证明传感器精度可靠，能够满足正常试验需求。??２．３试验设计与过程??２．?３．?１试验方案设计??降雨诱发滑坡的影响因素众多，降雨强度、边坡植被分布、土壤类型、边坡形态等??均对边坡稳定性具有不同程度的影响。在室内模拟试验中，无法将所有因素同时进行考??虑，通常只选取一种或两种重要影响因素进行试验设计，控制其它因素不变，分析控制??研宄因素变化对边坡稳定性的影响。在本试验中，主要着重于福建地区海岸边坡在不同??降雨强度与不同边坡形态对边坡稳定性以及破坏形式的影响，试验材料来自于福建漳州??海岸边坡砂土，该区域以第四纪海成阶地沉积物为主，大面积土壤层位年龄在中更新统??７３万年至上更新统１．３万年之间的沿海阶地，砂土颗粒表面光洁、粒形圆整，渗透系数??较大。（福建省测绘地理信息局，２００９）。??（１）传感器布设方案??试验中使用６个传感器，所有传感器均沿边坡模型中线进行埋设。其中正孔隙水压??力传感器埋设于坡脚处，用以监测模型槽内降雨积水水位变化情况。剩余５个传感器按??照一定间距埋设，其相对位置如图（２－５）所示。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]滑坡泥石流大尺度统计预报模型的实时检验[J]. 何爽爽,汪君,王会军. 大气科学学报. 2019(01)
[2]一种自循环式人工降雨模拟装置降雨特性的试验研究[J]. 蒋建清,程超,蔡晶垚,夏平,王亮,肖邬旺. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2017(02)
[3]陕西泾阳南塬杏园滑坡InSAR监测分析[J]. 何杨,赵超英,张勤,杨成生. 工程勘察. 2016(06)
[4]福建省台风暴雨条件下滑坡规律性研究[J]. 池永翔. 地质学刊. 2015(04)
[5]重庆地区降雨型滑坡相关性分析及预报模型[J]. 唐红梅,魏来,唐云辉,高阳华. 中国地质灾害与防治学报. 2013(04)
[6]基于正则割（Ncut）的多阈值图像分割方法[J]. 邹小林,冯国灿. 计算机工程与应用. 2012(19)
[7]持续降雨对滑坡的稳定性影响及治理措施研究[J]. 王良艳,王震. 工程建设与设计. 2012(05)
[8]滑坡监测技术方法研究[J]. 彭欢,黄帮芝,杨永. 资源环境与工程. 2012(01)
[9]高分辨率SAR数据在三峡库区滑坡监测中的应用[J]. 廖明生,唐婧,王腾,Timo BALZ,张路. 中国科学:地球科学. 2012(02)
[10]干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究[J]. 包惠明,魏雪丰. 工程地质学报. 2011(04)
硕士论文
[1]针管式人工降雨装置的研究与应用[D]. 孙恺.武汉理工大学 2013
[2]图像三角网格化算法的研究与实现[D]. 付民.华中科技大学 2010
[3]边坡监测与预测预报智能化方法研究[D]. 杨永波.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2005
本文编号：3507069
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