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专利号: 2024100413629
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,具体方法如下:针对待监测边坡,结合激光雷达预设有效探测广角,规划若干空中采样坐标;

每个空中采样坐标均对应一段坡段,相邻两个坡段之间均有相同范围的重叠坡段;

控制无人机飞依次飞行至每个空中采样坐标,在每个空中采样坐标完成对应坡段的探测,获取每个对应坡段的地表坐标信息构建对应窗口数据;

判断所有窗口数据是否存在异常,若存在异常则剔除存在异常的窗口数据;

解析若干不同时间段的窗口数据,判断边坡是否出现了位移。

2.如权利要求1所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,规划若干空中采样坐标,具体方法如下:确定无人机搭载的激光雷达的最佳探测距离;

在待监测边坡的开启点位置处预设第一个空中采样坐标,以无人机在第一个空中采样坐标时,其探测广角的边界能覆盖待监测边坡的起启点且探测广角边界的边坡与激光雷达的距离不超过最佳探测距离为边界条件,以探测范围覆盖边坡面积最大化为优化条件,采用动态规划算法优化当前空中采样坐标的位置;

获取上一个空中采样坐标的探测边界,使无人机在当前空中采样坐标时与上一个空中采样坐标的探测边界有预设重合段,在边界条件内以探测范围覆盖边坡面积最大化为优化条件,采用动态规划算法优化当前空中采样坐标的位置;

重复递进规划若干空中采样坐标的位置,直到探测范围完全覆盖整个待监测边坡。

3.如权利要求2所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,若任意空中采样坐标存在障碍,对障碍物进行建模,将障碍物远离待监测边坡的一侧设置为限制坐标,在边界条件内,以满足与上一个空中采样坐标的探测边界有预设重合段,以及在边界条件内以探测范围覆盖边坡面积最大化为优化条件,重新优化当前存在障碍的空中采样坐标;

重新优化当前存在障碍的空中采样坐标后,依次重新优化后续空中采样坐标。

4.如权利要求1所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,完成对应坡段的探测,获取每个对应坡段的地表坐标信息构建对应窗口数据,具体方法如下:采用实时动态载波相位差分定位算法实现无人机精确定位;

控制无人机飞行至每个空中采样坐标,调整无人机飞行姿态,使预设有效探测广角能覆盖对应坡段,通过激光雷达获取每个坡段表面若干采样点的三维坐标;

读取每个坡段表面若干采样点的三维坐标的高度信息,按采集样的排列顺序,以高度信息构建矩阵,矩阵对应窗口数据。

5.如权利要求4所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,剔除存在异常的窗口数据,具体方法如下:确定相邻两个窗口数据中重合部分所对应的矩阵位置;

一一对比相邻两个矩阵重合位置的数据,若同一位置在两个矩阵中高度差距大于上限阈值,则将该位置赋值为1;若同一位置在两个矩阵中高度差距小于下限阈值,则将该位置赋值为‑1;若在上限阈值和下限阈值之间,则赋值为0,以赋值数据构建异常判断矩阵;

将异常判断矩阵输入卷积神经网络模型中,判断异常判断矩阵的产生原因;

若产生原因由干扰信号引起,或由无人机探测的空中采样坐标异常引起,则剔除构建该干扰矩阵的相邻两个窗口数据;反之,则保留构建该干扰矩阵的相邻两个窗口数据。

6.如权利要求5所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,所述卷积神经网络模型的构建方法如下:使无人机搭载激光雷达在晃动和平衡状态下获取试验目标的表面高度,由晃动和平衡状态下的表面高度构建训练无人机异常矩阵;

使无人机搭载激光雷达在有各种干扰源的情况下获取试验目标的表面高度,由干扰下的试验目标表面高度与无干扰下的试验目标表面高度构建训练干扰异常矩阵;

以无人机异常矩阵、干扰异常矩阵、以及有效矩阵构建训练数据;

以训练数据训练卷积神经网络模型。

7.如权利要求4所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,解析若干不同时间段的窗口数据,判断边坡是否出现了位移,具体方法如下:获取同一坡段,两个不同时间段的窗口数据;

将两个不同时间段的窗口数据相减;

统计采样点变化数量,若达到预设数量,则累加相减后窗口数据的绝对值,再除以该坡段的采样点数,获取位移判断值,若位移判断值大于阈值由判断该坡段发生了位移。

8.如权利要求7所述的基于无人机激光雷达探测的表面位移监测方法,其特征在于,所述权重的计算方法为:获取相减后窗口数据的平均绝对值作为分母,以每个相减后每个数据位的绝缘值作为分子,计算窗口数据中每个数据位的权重值。