一种道路地质灾害多源数字感知方法及系统与流程

本发明涉及道路地质灾害监测，尤其涉及一种道路地质灾害多源数字感知方法及系统。

背景技术：

1、山区道路沿线容易受到滑坡、边坡失稳、崩塌等地质灾害影响。为掌握道路边坡的变形状态，现有技术通常采用卫星遥感、无人机巡检以及地面传感器监测等方式获取道路边坡的地表形变、坡面裂缝、局部沉降、倾斜位移及深部位移等信息。

2、其中，遥感监测具有覆盖范围大的特点，能够从较大空间尺度发现疑似变形区域；无人机巡检具有空间分辨率较高的特点，能够对坡面裂缝、局部沉降和坡面形态变化进行较为精细的观测；地面传感器则能够在固定位置持续采集位移、裂缝宽度、倾角或深部位移等连续监测数据。

3、但是，不同来源的监测数据在空间表达形式和时间采样方式方面存在较大差异。例如，遥感形变数据通常以影像像元或地理坐标表示，无人机巡检数据通常以影像、点云或三维模型坐标表示，地面传感器数据则通常以传感器编号及安装位置表示。同时，遥感数据、无人机数据和地面传感器数据的采集周期并不一致。

4、现有的多源监测系统通常将不同来源的数据分别存储、叠加显示，或者将各类监测指标直接输入风险评价模型。由于缺少围绕同一潜在灾害体建立的连续空间约束和对象专属时间约束，容易将位置相近但发生于不同时间阶段的异常数据错误归属于同一灾害对象，或者将发生时间接近但实际位于不同道路边坡区域的异常数据进行错误关联。

5、此外，部分现有方案采用预先设定的统一时间窗对不同来源的数据进行匹配。由于不同道路边坡的变形起始时间和持续时间并不相同，统一时间窗难以准确对应具体潜在灾害体的实际演化过程。

6、因此，需要一种道路地质灾害多源数字感知方法，使遥感形变数据、无人机巡检数据和地面传感器数据围绕同一道路边坡空间对象逐级关联，并通过对象空间范围与对象演化时间之间的相互约束，形成能够表征同一潜在灾害体的道路地质灾害数字感知对象。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：针对现有道路地质灾害监测过程中，不同来源的监测数据缺少围绕同一潜在灾害体建立的连续空间约束和对象专属时间约束，导致遥感形变数据、无人机巡检数据和地面传感器数据容易发生错误关联的问题，提供一种道路地质灾害多源数字感知方法及系统。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

3、一种道路地质灾害多源数字感知方法，包括如下步骤：

4、获取待监测道路的道路空间数据，根据道路空间数据将道路沿线的道路边坡划分为沿道路延伸方向依次关联的多个道路地质灾害感知单元，并将遥感形变数据、无人机巡检数据和地面传感器数据映射至对应的道路地质灾害感知单元；

5、根据遥感形变数据确定遥感异常感知单元，并将连续关联的遥感异常感知单元组合形成第一级候选感知对象；

6、在第一级候选感知对象对应的空间范围内提取无人机异常特征，根据无人机异常特征与遥感异常感知单元之间的空间对应关系，更新第一级候选感知对象包含的道路地质灾害感知单元，形成第二级候选感知对象；

7、从第二级候选感知对象包含的道路地质灾害感知单元中选择对应的地面传感器，根据所选择的地面传感器的连续监测数据确定第二级候选感知对象的对象演化时间段；

8、根据对象演化时间段筛选与第二级候选感知对象关联的遥感形变数据和无人机巡检数据，并根据筛选结果更新第二级候选感知对象包含的道路地质灾害感知单元；

9、在更新后的第二级候选感知对象满足预设稳定条件时，将其包含的道路地质灾害感知单元、对象演化时间段以及对应的遥感形变数据、无人机巡检数据和地面传感器数据进行关联，生成道路地质灾害数字感知对象。

10、道路空间数据包括道路中心线、道路桩号数据和道路边坡空间边界。

11、遥感形变数据、无人机巡检数据和地面传感器数据按照道路桩号、相对于道路中心线的横向位置以及相对于道路基准面的高程位置，映射至对应的道路地质灾害感知单元。

12、每个道路地质灾害感知单元由对应的道路桩号区间、边坡侧别和边坡空间范围限定。属于同一连续道路边坡且道路桩号区间相邻的道路地质灾害感知单元之间建立邻接关系，并基于邻接关系判断多个遥感异常感知单元是否连续关联。

13、根据无人机异常特征与遥感异常感知单元之间的空间对应关系更新第一级候选感知对象时，确定同时被遥感形变数据和无人机异常特征覆盖的道路地质灾害感知单元；保留与所确定的道路地质灾害感知单元连续关联的遥感异常感知单元，并删除与所确定的道路地质灾害感知单元相分离的遥感异常感知单元；将与保留的遥感异常感知单元连续关联且被无人机异常特征覆盖的道路地质灾害感知单元并入第二级候选感知对象。

14、根据所选择的地面传感器的连续监测数据确定对象演化时间段时，根据各地面传感器的监测参数随时间的变化情况，分别确定各地面传感器的异常时间区间；根据至少一个异常时间区间，或者多个异常时间区间的重合时间区间，确定对象演化时间段。

15、根据对象演化时间段筛选遥感形变数据和无人机巡检数据时，保留观测时间区间与对象演化时间段存在交集的遥感形变数据；保留采集时刻位于对象演化时间段内，或者与对象演化时间段之间的时间间隔满足预设时间条件的无人机巡检数据；根据保留的遥感形变数据和无人机巡检数据重新确定对应的道路地质灾害感知单元。

16、预设稳定条件包括：更新前后的第二级候选感知对象所包含的道路地质灾害感知单元集合之间的一致程度达到预设稳定阈值；在未达到预设稳定阈值时，根据更新后的道路地质灾害感知单元重新选择地面传感器，并重新确定对象演化时间段及筛选遥感形变数据和无人机巡检数据。

17、本发明还提供一种道路地质灾害多源数字感知系统，包括数据获取装置、地面传感器网络、存储器和处理器。

18、数据获取装置用于获取待监测道路的道路空间数据、遥感形变数据和无人机巡检数据。

19、地面传感器网络用于获取道路边坡的连续监测数据。

20、存储器中存储有计算机程序。

21、处理器执行计算机程序时，实施上述道路地质灾害多源数字感知方法。

22、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果。

23、本发明首先将道路沿线边坡划分为沿道路延伸方向依次关联的道路地质灾害感知单元，并将不同来源的监测数据映射至统一的道路地质灾害感知单元，使不同坐标形式和不同空间尺度的监测数据能够在道路空间范围内进行对应。

24、本发明利用遥感形变数据形成第一级候选感知对象，以第一级候选感知对象限定无人机异常特征的提取空间，再利用无人机异常特征对候选对象的空间范围进行更新。因此，无人机巡检数据并非与遥感形变数据简单并列，而是以前一步形成的候选对象为数据提取范围，并对前一步形成的空间对象进行细化。

25、本发明利用第二级候选感知对象的空间范围选择对应的地面传感器，并根据所选择的地面传感器的连续监测数据确定对象演化时间段，使对象演化时间段与具体候选感知对象的空间范围对应，避免采用与具体灾害对象无关的统一固定时间窗。

26、本发明进一步利用对象演化时间段反向筛选遥感形变数据和无人机巡检数据，并根据筛选结果更新候选感知对象的空间范围，使候选感知对象的空间范围与对象演化时间相互约束，从而减少空间位置接近但发生时间不同的监测数据被错误关联的情况。