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专利号: 2021109680621
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:设置无人机平行于堤坝轴线航测飞行,使用机载相机拍摄堤坝表面图像;

S2:对堤坝表面图像进行预处理,采用最大类间方差法对图像进行分割,分离出裂缝,并对裂缝标上序号,选取任意序号裂缝作为待测裂缝;

S3:在待测裂缝相应的坝顶处向下悬置测绳,使得待测裂缝周围有测绳刻度作为参考点,根据裂缝骨架信息选取裂缝的边缘点作为裂缝测点,选取其中一个裂缝测点进行后续激光对准及运算;

S4:采用螺旋线轨迹确定至少三个无人机采样点,航迹参数根据地形情况和无人机相机参数确定;

S5:采用激光测距测量每个无人机采样点与裂缝测点之间的距离,记录裂缝测点和无人机采样点的测量数据;

S6:利用三个无人机采样点与裂缝测点之间的距离,采用空间三点交会法求出裂缝测点坐标的初始值;

S7:利用无迹卡尔曼滤波,对裂缝测点坐标的初始值进行迭代优化,得到裂缝测点坐标的最优估计,作为裂缝测点坐标的真实值;

S8:选取新的裂缝测点,重复步骤S4至步骤S7,直至求出所有裂缝测点的坐标;

S9;选取新的序号的裂缝作为待测裂缝,重复步骤S3至步骤S8,直至求出所有序号的裂缝的所有裂缝测点的坐标;

S10:每隔周期T对堤坝裂缝进行裂缝开展程度检测,以上一次裂缝开展程度检测得到的裂缝测点的坐标为参照,求出该周期内各个堤坝裂缝的开展程度。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法,其特征在于,所述步骤S4中选取无人机采样点的过程包括:无人机在裂缝测量点上方采用螺旋上升的方式环绕裂缝测量点飞行,在飞行过程中选取至少三个拍摄点作为无人机采样点,记录每一个拍摄点中无人机的GPS位置和光电仓测距距离作为采样点数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法,其特征在于,所述步骤S6中无人机采样点包括采样点A、采样点B和采样点C,利用空间三点交会法表达裂缝测量点与无人机采样点距离公式为:其中:xA、yA、zA为采样点A的空间坐标,xB、yB和zB为采样点B的空间坐标,xC、yC、zC为采样点C的空间坐标,xR、yR和zR为裂缝测量点的空间坐标,dAR、dBR和dCR分别为三个采样点到裂缝测量点的距离。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法,其特征在于,所述步骤S3中堤坝裂缝附近布置测绳的过程包括:从裂缝上方的堤坝顶部往下放置测绳,标记堤坝悬挂测绳的位置,测绳上设有刻度;在测绳的底部悬挂重锤,使测绳不会随着风吹动。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法,其特征在于,所述步骤S7包括如下步骤:

S71:无人机对同一个裂缝测量点进行多次采样测距并记录下无人机GPS所在位置以及无人机采样点和裂缝测点的距离;

S72:令第k次的无人机位置为(xk,yk,zk,),裂缝测点的位置为(xR,yR,zR),设置状态量表示对裂缝测点的第k次估计值,得到离散系统的状态方程与观测方程为:

Mk+1=φk+1,kMk+wkJk+1=h(Mk)+vk

其中φk+1,k是系统的状态转移矩阵,wk是系统的噪声矩阵,vk是测量噪声;

S73:根据离散系统的状态方程与观测方程利用无迹卡尔曼滤波求出最优估计作为裂缝测点的具体坐标。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种基于无人机与激光测距的堤坝裂缝检测方法,其特征在于,所述步骤S5中的裂缝测点和无人机采样点的测量数据包括裂缝测量点附近的测绳刻度数值和对应的每个无人机采样点记录的无人机在差分GPS中的位置。