本發(fā)明涉及干灘解譯及監(jiān)測，尤其涉及一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、尾礦是指選礦廠從金屬非金屬礦石中篩選出精礦后排放出砂一般的“廢渣，大量尾礦砂存放于利用山體圍成尾礦庫，尾礦庫的安全運營與人民群眾的生命財產(chǎn)安全和環(huán)境保護息息相關(guān)。

2、目前，尾礦庫的在線監(jiān)測模塊有：壩體表面變形監(jiān)測、壩體內(nèi)部位移監(jiān)測、浸潤線監(jiān)測、庫水位降水量監(jiān)測、干灘長度監(jiān)測。干灘監(jiān)測包括干灘長度、干灘坡度、干灘高程，正確測量干灘相關(guān)參數(shù)可以讓礦山企業(yè)和安全監(jiān)測部門在雨季有效的避免尾礦壩潰壩事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的測量尾礦庫干灘參數(shù)獲取方法主要是在尾礦庫區(qū)選擇監(jiān)測點布設(shè)物理傳感器設(shè)備進行數(shù)據(jù)獲取，進一步使用坡度推算法、激光測角測距法、滲流反推法等進行干灘參數(shù)的計算，進行監(jiān)測的整體成本較高，難以兼顧所得參數(shù)的多樣性和準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的方法也在大范圍和復(fù)雜地形的干灘上應(yīng)用受到限制，而且通常是局部監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、（一）要解決的技術(shù)問題

2、基于上述問題，本發(fā)明提供一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有監(jiān)測方法難以兼顧獲取參數(shù)的多樣性和準(zhǔn)確性的問題。

3、（二）技術(shù)方案

4、基于上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，包括以下步驟：

5、s1、定期獲取尾礦庫區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述影像數(shù)據(jù)建立干灘三維點云模型；

6、s2、基于所述干灘三維點云模型計算干灘的網(wǎng)格點坡度；

7、s21、在干灘三維點云模型上沿平行于壩體中軸線的方向劃分多個點云剖面；

8、s22、對劃分好的所述點云剖面進行濾波去噪處理；

9、s23、將去噪后的點云剖面沿垂直于壩體軸線方向劃分，形成多個網(wǎng)格點；

10、s24、根據(jù)網(wǎng)格點的點云坐標(biāo)和灘頂坐標(biāo)，計算每個網(wǎng)格點的干灘坡比，得到干灘的網(wǎng)格點坡度；

11、s3、同時，基于所述影像數(shù)據(jù)和干灘三維點云模型計算干灘長度；

12、s31、通過包含分界線的圖片，對水面和干灘的分界線、干灘和壩體的分界線進行識別和像素坐標(biāo)提??；

13、s32、利用轉(zhuǎn)換矩陣將提取的所述像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維點云模型坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)；

14、s33、根據(jù)轉(zhuǎn)換后的空間坐標(biāo)，計算所述水面和干灘的分界線上的三維點與所述干灘和壩體的分界線之間投影至水面上的距離，得到干灘長度；

15、s4、根據(jù)所述干灘的網(wǎng)格點坡度和干灘長度，與設(shè)定的安全閾值比較，進行安全性評估。

16、進一步的，s1中，還包括：在現(xiàn)場安置拍攝設(shè)備，拍攝范圍能夠全面覆蓋干灘的整體，根據(jù)監(jiān)測目的和干灘的變化速度，確定拍攝頻率和時間，定期獲取尾礦庫區(qū)域的影像數(shù)據(jù)。

17、進一步的，s1中，還包括：對采集到的影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。

18、進一步的，s22中，所述濾波去噪處理包括：將三維點云投影至xoz平面，初始化滑動窗口后，沿x方向移動窗口，求得滑動窗口內(nèi)z坐標(biāo)平均值，設(shè)定過濾條件，剔除噪聲點，直到滑動窗口移動到達點云剖面終點。

19、進一步的，s24中，根據(jù)所述每個網(wǎng)格點的干灘坡比的計算公式為：式中，(xu，yu，zu)、(xd，yd，zd)分別為干灘頂部和干灘網(wǎng)格點的坐標(biāo)，s為每個網(wǎng)格點對應(yīng)的坡比。

20、進一步的，s31中，所述對水面和干灘的分界線、干灘和壩體的分界線進行識別和像素坐標(biāo)提取的方法包括：將包含分界線的圖片從rgb空間轉(zhuǎn)化到hsv空間，利用k均值聚類對hsv空間的圖片進行分割，再利用邊緣提取算子提取邊緣像素，再利用dbscan去除噪聲點，得到分界線像素坐標(biāo)。

21、進一步的，s32中，所述轉(zhuǎn)換矩陣為：式中，點p（u，v）是由世界坐標(biāo)系中的點p（x，y，z）投影到像素坐標(biāo)系中的點，fx、fy分別為x和y方向上的焦距，cx、cy為光軸與像平面相交的主點坐標(biāo)，其組成的k矩陣是內(nèi)參矩陣，[r|t]是外參矩陣，是世界坐標(biāo)系和相機坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，rij為方向余弦，i=1,2,3；j=1,2,3；tm為方向向量，m=1,2,3，k和[r|t]矩陣為三維點云重建過程的轉(zhuǎn)換矩陣。

22、進一步的，s33中，所述干灘長度的計算公式為：式中，d為干灘長度，水面和干灘的分界線上的某個三維點(x,y,z)投影至水平面（xoy平面）上的點為（x0，y0），干灘和壩體分界線的擬合直線投影至水平面上的解析式為ax+by+c=0，a、b、c為解析式的常數(shù)系數(shù)。

23、本發(fā)明也公開了一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

24、至少一個處理器；以及與所述處理器通信連接的至少一個存儲器，其中：

25、所述存儲器存儲有可被所述處理器執(zhí)行的程序指令，所述處理器調(diào)用所述程序指令能夠執(zhí)行所述的方法。

26、本發(fā)明也公開了一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機指令，所述計算機指令使所述計算機執(zhí)行所述的方法。

27、（三）有益效果

28、本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：

29、（1）本發(fā)明基于三維點云模型計算尾礦庫干灘的監(jiān)測參數(shù)，包括干灘長度和干灘的網(wǎng)格點坡度，其中，根據(jù)劃分的網(wǎng)格點的點云坐標(biāo)和灘頂坐標(biāo)計算得到所有網(wǎng)格點的坡比，得到整個干灘的網(wǎng)格點坡度，根據(jù)圖像識別得到兩個分界線的像素坐標(biāo)，再根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后計算得到水面和干灘的分界線上的三維點和干灘與壩體分界線之間投影至水平面的距離，得到干灘長度，計算得到的干灘參數(shù)更全面，由此進行的安全評估更準(zhǔn)確；

30、（2）本發(fā)明基于干灘點云數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格點并計算網(wǎng)格點坡度可以覆蓋干灘全部范圍，可實現(xiàn)干灘內(nèi)部局部區(qū)域的坡比計算，從而對局部范圍的坡比進行評估；

31、（3）本發(fā)明通過三維點云模型能實現(xiàn)尾礦庫干灘的整體監(jiān)測和可視化分析，采用拍攝設(shè)備無接觸的監(jiān)測方式更加安全和高效，設(shè)備成本低，能實現(xiàn)干灘的全面監(jiān)測，獲取的原始數(shù)據(jù)更全面，從而有利于提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，有利于保證尾礦庫的安全運營。

技術(shù)特征：

1.一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s1中，還包括：在現(xiàn)場安置拍攝設(shè)備，拍攝范圍能夠全面覆蓋干灘的整體，根據(jù)監(jiān)測目的和干灘的變化速度，確定拍攝頻率和時間，定期獲取尾礦庫區(qū)域的影像數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s1中，還包括：對采集到的影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s22中，所述濾波去噪處理包括：將三維點云投影至xoz平面，初始化滑動窗口后，沿x方向移動窗口，求得滑動窗口內(nèi)z坐標(biāo)平均值，設(shè)定過濾條件，剔除噪聲點，直到滑動窗口移動到達點云剖面終點。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s24中，根據(jù)所述每個網(wǎng)格點的干灘坡比的計算公式為：式中，(xu，yu，zu)、(xd，yd，zd)分別為干灘頂部和干灘網(wǎng)格點的坐標(biāo)，s為每個網(wǎng)格點對應(yīng)的坡比。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s31中，所述對水面和干灘的分界線、干灘和壩體的分界線進行識別和像素坐標(biāo)提取的方法包括：將包含分界線的圖片從rgb空間轉(zhuǎn)化到hsv空間，利用k均值聚類對hsv空間的圖片進行分割，再利用邊緣提取算子提取邊緣像素，再利用dbscan去除噪聲點，得到分界線像素坐標(biāo)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s32中，所述轉(zhuǎn)換矩陣為：式中，點p（u，v）是由世界坐標(biāo)系中的點p（x，y，z）投影到像素坐標(biāo)系中的點，fx、fy分別為x和y方向上的焦距，cx、cy為光軸與像平面相交的主點坐標(biāo)，其組成的k矩陣是內(nèi)參矩陣，[r|t]是外參矩陣，是世界坐標(biāo)系和相機坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，rij為方向余弦，i=1,2,3；j=1,2,3；tm為方向向量，m=1,2,3，k和[r|t]矩陣為三維點云重建過程的轉(zhuǎn)換矩陣。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法，其特征在于，s33中，所述干灘長度的計算公式為：式中，d為干灘長度，水面和干灘的分界線上的某個三維點(x,y,z)投影至水平面上的點為（x0，y0），干灘和壩體分界線的擬合直線投影至水平面上的解析式為ax+by+c=0，a、b、c為解析式的常數(shù)系數(shù)。

9.一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機指令，所述計算機指令使所述計算機執(zhí)行如權(quán)利要求1至8任一項所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于三維重建的尾礦庫干灘整體監(jiān)測方法及系統(tǒng)，方法包括：定期獲取尾礦庫區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述影像數(shù)據(jù)建立干灘三維點云模型；基于所述干灘三維點云模型計算干灘的網(wǎng)格點坡度，同時，基于所述影像數(shù)據(jù)和干灘三維點云模型計算干灘長度；根據(jù)所述干灘的網(wǎng)格點坡度和干灘長度，與設(shè)定的安全閾值比較，進行安全性評估。本發(fā)明解決了現(xiàn)有監(jiān)測方法難以兼顧獲取參數(shù)的多樣性和準(zhǔn)確性的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：魯光銀,李亞妮,曹貝,朱旭東,孫熙寧,曾明,曾智力,吳坤,張茂,張前豐
受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6