基于双底图联合配准的边坡监测布点设计方法、系统、电子设备和存储介质与流程

本方案属于边坡监测预警，具体涉及一种基于双底图联合配准的边坡监测布点设计方法、系统、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、边坡是公路、铁路等线形工程建设中普遍存在的地质体，其稳定性直接关系工程安全与运营安全。受地质条件、降雨、地下水渗流及工程扰动等因素影响，边坡易发生滑坡、崩塌、沉降、渗流等多种形式的病害。为及时掌握边坡的变形与失稳状态，工程上通常在边坡表面布设 gnss 位移监测、测斜、雨量、地下水位、应力、裂缝等多种类型的监测测点，构建覆盖典型病害类型的监测网络，并在此基础上开展预警与防治。

2、而边坡监测布点方案的设计是监测工作的基础环节。目前，布点设计基本以边坡防护设计图为基础，由设计人员结合工程经验在图纸上手工标注测点位置，再据以实施现场放样。随着工程信息化与监测智能化水平的提升，监测系统对布点成果提出了数字化、标准化、可复用的要求，传统手工布点方式在以下方面逐渐暴露出不足：

3、1、在布点设计依据方面：现有布点设计完全基于边坡防护设计图，反映的是设计阶段的结构与地形地质意图；而边坡建成后受病害发展、变形演化、植被遮挡等因素影响，实际状态往往与设计图存在明显差异，据此布点难以针对真实状态作出合理布设，布点缺乏针对性，设计与建成实际脱节。在边坡监测与预警方向，虽然已有较多关于监测数据融合与预警判定的研究成果，但现有技术均聚焦于监测数据的融合、形变反演与预警触发，未涉及监测测点的空间布点设计，也未解决布点成果如何形成可被监测系统复用的数字化空间底图的问题。

4、2、在数字化空间基准方面：现有监测设计成果多为静态图件或 cad 文件，未与反映边坡建成后真实状态的近期航测正射影像相结合，测点坐标缺乏统一的标准化共享坐标，无统一数字化空间基准，难以作为数字化底图直接提交给监测系统使用；同时，设计完成后布点成果即与监测运行割裂，监测预警状态无法叠加到同一空间底图上，难以直观呈现预警在空间尺度上的分布规律，设计成果无法实现全生命周期的复用。

5、3、在布点精度与效率方面：同一桩号上常需布置多平台、多设备测点，现有方式依赖人工目测对齐，同桩号布点精度差，难以保证各测点严格同位，影响不同设备监测结果的空间可对比性；多个桩号与图幅之间的坐标换算依赖人工完成，桩号与图幅之间缺乏比例尺关联，费时且易出错；预估费用与测点命名多由人工统计生成，效率低且不规范，测点名称未与运营桩号、设计桩号统一关联，监测系统难以直接复用。

6、4、在影像配准、设备布点优化与数字底图等相邻技术方向：现有技术亦有相关研究，但不面向边坡监测布点设计，也未将配准成果作为布点与监测复用的数字基准，并且也与边坡结构监测布点及数字底图设计无关，同时也未解决双底图联合配准以及布点成果形成监测预警动态图层的问题。

7、综上所述，现有边坡监测布点设计在反映边坡建成后真实状态、建立统一数字化空间基准、实现布点成果全生命周期复用、保证同桩号测点严格同位、建立桩号与图幅的比例尺关联以及实现费用与命名的规范化等方面均存在不足，亟需一种能够以标准化数字化图幅为统一空间基准，将设计阶段与监测运行阶段贯通、布点成果可直接被监测系统复用的边坡监测布点设计方法。

技术实现思路

1、本方案旨在克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种基于双底图联合配准的边坡监测布点设计方法、系统、电子设备和存储介质，用于解决现有边坡监测布点设计与建成实际脱节、无统一数字化空间基准、设计成果不可复用、同桩号布点精度差、桩号与图幅无比例尺关联以及费用与名称靠人工统计生成等问题。

2、为了解决上述技术问题，采取下述技术方案：

3、一方面，本方案提供了一种基于双底图联合配准的边坡监测布点设计方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤s1：创建或打开工程，上传边坡近期无人机航测正射全貌图与边坡防护设计图，并在所述边坡近期无人机航测正射全貌图上叠加检测病害标签，生成设计底图；

5、步骤s2：对所述设计底图以及边坡防护设计图进行联合配准，将所述边坡防护设计图配准至所述设计底图的坐标系，并对配准后的两图进行优化处理生成标准化图幅，使所述设计底图与所述边坡防护设计图在所述标准化图幅中共享同一坐标系；

6、步骤s3：在所述标准化图幅的共享坐标系上布设监测测点，选择监测手段，在所述标准化图幅上进行监测测点的空间布置与属性赋值，生成各监测测点的标准化图像坐标；

7、步骤s4：将包含各监测测点的标准化图像坐标的布点成果生成为结构化数据文件，作为数字化交付物；

8、步骤s5：接收所述数字化交付物，加载为全生命周期的数字底图，并叠加实时监测到的预警状态形成动态图层，从而直观呈现预警在空间尺度上的分布规律。

9、本技术通过在边坡近期无人机航测正射全貌图上叠加检测病害标签形成设计底图，使布点能够充分依据边坡建成后的真实病害与变形状态，同时参考边坡防护设计图所反映的支护结构与地形地质设计意图，实现 "建成实际" 与 "设计意图" 双重依据，克服了传统方案仅依赖防护设计图布点、忽略建成后真实状态而导致的布点缺乏针对性的不足；并且还通过同名点配准将边坡防护设计图矫正对齐至设计底图的坐标系，消除两图在来源、比例与畸变上的差异，并对配准后的两图进行旋转、裁剪及统一缩放居中处理，形成两图共享同一坐标系的标准化图幅，为全部布点建立了唯一且一致的数学基准，避免了因图纸比例、扫描畸变等因素导致的坐标换算误差，使不同图源、不同测点的空间位置换算保持一致；在此基础上，本技术还在标准化图幅的共享坐标系上完成监测测点的空间布置与属性赋值，各测点直接生成面向标准化图幅的标准化图像坐标，并将包含标准化图像坐标的布点成果生成为结构化数据文件交付，能够被监测系统直接解析加载，无需人工二次录入或坐标转换，有利于提升布点成果的数字化交付效率，也使布点成果能够在边坡全生命周期内被监测系统稳定复用，避免设计成果与监测运行相互割裂；此外还接收数字化交付物并加载为数字底图，并将实时监测预警状态叠加至数字底图形成动态图层，能够直观呈现监测预警在空间尺度上的分布规律，使设计阶段的布点位置与运行阶段的预警状态在同一空间基准下对应，便于巡检与决策人员快速定位风险区域、辅助制定防治方案。

10、优选地，在所述步骤s2中包括：

11、步骤s21：对所述设计底图与边坡防护设计图进行若干对同名点配准；

12、步骤s22：通过最小二乘仿射变换将所述边坡防护设计图配准至所述设计底图的坐标系，从而进行畸变矫正；

13、步骤s23：对矫正后的两图进行旋转对齐桩号方向、裁剪突出边坡主体处理，再进行统一缩放、居中至固定分辨率操作，从而得到标准化图幅。

14、在上述步骤中通过若干对同名点建立设计底图与边坡防护设计图之间的对应关系，采用最小二乘仿射变换将边坡防护设计图配准至设计底图的坐标系，能够矫正图纸扫描、拍摄等引入的几何畸变，并有利于提高配准计算的稳定性与精度；对矫正后的两图旋转对齐桩号方向、裁剪突出边坡主体，能够消除两图朝向差异并滤除边坡主体外的无关区域，便于桩号与图幅位置的对应；再统一缩放居中至固定分辨率的标准化图幅，能够使两图在统一尺度与坐标系下严格对齐，为后续共享坐标系布点及标准化图像坐标的生成提供准确且唯一的数学基准，保证布点位置换算的一致性与可靠性。

15、优选地，在所述步骤s3中包括：

16、步骤s31：根据布点位置的特征在内置的若干类监测手段中选择相应的监测手段进行布点；

17、步骤s32：当布点位置接近同一桩号上已有测点的竖向连线时，自动吸附至该竖向连线并继承该桩号，使同一桩号上不同平台和 / 或不同设备的监测测点同位布置；

18、步骤s33：建立所述标准化图幅的图幅坐标与运营桩号和 / 或设计桩号的比例尺关联，对桩号未知的布点位置按邻近已知桩号线性插值得到桩号；

19、步骤s34：按预设命名规则结合所述桩号自动生成监测测点的测点名称。

20、在上述步骤中能够根据布点位置特征自动匹配相应的监测手段，使手段选取与实际监测需求相适应，提升布点针对性；布点时若位置接近同一桩号上已有测点的竖向连线，则自动吸附并继承桩号，能够保证同一桩号上不同平台、不同设备的监测测点严格同位，提升多设备监测结果的空间可对比性；通过建立图幅坐标与运营桩号、设计桩号的比例尺关联并对未知桩号按邻近已知桩号线性插值，能够自动完成桩号换算，减少人工误差并提升布点效率；结合桩号按预设命名规则自动生成测点名称，能够保证命名规范统一并关联运营桩号与设计桩号，便于监测系统识别复用。

21、优选地，在所述步骤 s4 中包括：

22、步骤s41：将布点后的设计底图、边坡防护设计图与图例进行拼接并导出为布点图；

23、步骤s42：生成包含各监测测点在标准化图幅中的标准化图像坐标、桩号、监测手段和测点名称的json文件；

24、步骤s43：根据各监测手段的综合单价与对应测点数量计算监测设计预估费用。

25、在上述步骤中，将布点后的设计底图、边坡防护设计图与图例拼接导出为布点图，能够在同一成果图中同时呈现布点位置、设计结构与图例说明，便于设计评审、归档与汇报；并且通过生成包含标准化图像坐标、桩号、监测手段和测点名称的json文件实现能够以结构化、机器可读的形式完整交付布点成果，供监测系统直接解析加载，无需人工转录，提升交付效率与准确性；同时还根据各监测手段综合单价与对应测点数量自动计算监测设计预估费用，从而能够直出费用结果，减少人工统计工作量与出错可能，提升设计交付的规范性与效率。

26、优选地，在所述步骤s5中包括：

27、步骤s51：接收所述结构化数据文件中的标准化图像坐标，将各监测测点作为全生命周期的数字底图进行加载；

28、步骤s52：将实时采集、判定到的监测预警状态按所述标准化图像坐标进行映射叠加，从而形成动态图层，以直观呈现预警在空间尺度上的分布规律。

29、通过接收结构化数据文件中的标准化图像坐标，将各监测测点作为全生命周期的数字底图加载，使得设计阶段的布点成果在统一的标准化图像坐标下被监测系统直接复用，实现设计成果与监测运行在同一空间基准下的贯通，避免成果重复处理；并且将实时采集、判定到的监测预警状态按标准化图像坐标映射叠加形成动态图层，能够直观、定量地呈现预警在空间尺度上的分布规律，使设计阶段的布点位置与运行阶段的预警状态在同一坐标系下对应，以便于巡检与决策人员快速定位风险区域、掌握预警的空间分布态势，辅助制定针对性的巡检与防治方案。

30、优选地，所述方法还包括：在设计评审阶段可对监测测点进行在线修改。

31、通过在设计评审阶段对监测测点进行在线修改，使评审中发现的问题能够直接在系统内调整布点位置及属性，无需重新绘制或手工返工，有利于提升评审与调整的效率和灵活性，且修改后的成果仍基于同一标准化图幅与坐标系生成，能够保证布点数据的一致性与可复用性。

32、另一方面，本方案还提供了一种基于双底图联合配准的边坡监测布点设计系统，所述系统包括：

33、双底图接入模块，设于数据接入层，用于接收并管理边坡近期无人机航测正射全貌图以及边坡防护设计图，并在所述边坡近期无人机航测正射全貌图上进行叠加检测病害标签处理，生成设计底图；

34、配准与标准化模块，设于配准与标准化层，用于对设计底图以及边坡防护设计图进行联合配准，将所述边坡防护设计图配准至所述设计底图的坐标系，并对配准后的两图进行优化处理生成标准化图幅，使所述设计底图与所述边坡防护设计图在所述标准化图幅中共享同一坐标系；

35、布点设计模块，设于布点设计层，用于在所述标准化图幅的共享坐标系上布设监测测点，选择监测手段，在所述标准化图幅上进行监测测点的空间布置与属性赋值，生成各监测测点的标准化图像坐标；

36、输出复用模块，设于输出复用层，用于将包含各监测测点的标准化图像坐标的布点成果生成为结构化数据文件，作为数字化交付物；

37、外部监测模块，与所述输出复用模块相连，用于接收所述数字化交付物，加载为全生命周期的数字底图，并叠加实时监测到的预警状态形成动态图层，从而直观呈现预警在空间尺度上的分布规律。

38、在本系统中，通过双底图接入模块接收并管理航测正射全貌图与边坡防护设计图，并在全貌图上叠加检测病害标签生成设计底图，使布点能够依据建成后的真实病害状态，提升布点针对性；还通过配准与标准化模块来对两图联合配准并将防护设计图配准至设计底图坐标系，经优化处理生成共享同一坐标系的标准化图幅，为全部布点建立统一一致的数学基准，避免因图源、比例与畸变差异导致的坐标不一致；并且利用布点设计模块在共享坐标系上完成监测测点的空间布置与属性赋值并生成标准化图像坐标，使布点位置准确、可量化；同时还通过输出复用模块将布点成果生成为结构化数据文件交付，能够被外部系统直接解析加载，实现布点成果的数字化与全生命周期复用；最后利用外部监测模块接收交付物并加载为数字底图，叠加实时预警状态形成动态图层，能够直观呈现预警的空间分布规律，辅助巡检与决策。各模块按数据流向分层设置、职责清晰，有利于系统的实现、扩展与维护。

39、优选地，在所述配准与标准化模块中包括：

40、同名点配准单元：用于所述设计底图与边坡防护设计图进行若干对同名点配准；

41、矫正畸变单元，用于通过最小二乘仿射变换将所述边坡防护设计图配准至所述设计底图的坐标系，从而进行畸变矫正；

42、优化处理单元，用于对矫正后的两图进行旋转对齐桩号方向、裁剪突出边坡主体处理，再进行统一缩放、居中至固定分辨率操作，从而得到标准化图幅。

43、通过在配准与标准化模块内设置同名点配准、矫正畸变与优化处理三个单元，通过若干对同名点配准结合最小二乘仿射变换矫正图纸畸变，并对矫正后两图进行旋转对齐桩号、裁剪突出主体及统一缩放居中处理，能够使两图准确对齐至共享同一坐标系的标准化图幅，为后续布点提供稳定一致的数学基准，提高配准与标准化的精度和可靠性。

44、又一方面，本方案提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于双底图联合配准的边坡监测布点设计方法。

45、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的基于双底图联合配准的边坡监测布点设计方法。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

47、1.反映建成实际、提升布点针对性：以近期航测正射全貌图叠加检测病害作为设计底图，结合防护设计图参考，使布点充分依据边坡建成后的真实病害与变形状态，克服了仅依赖设计图的盲目性。

48、2.统一数字化空间基准，成果可复用：通过仿射矫正、旋转对齐桩号、裁剪形成标准化共享坐标系图幅，布点输出标准化图像坐标json，可直接被监测系统作为全生命周期数字底图加载。

49、3.预警状态空间可视化：监测预警状态按同一坐标叠加为动态图层，直观、定量地呈现监测预警在空间尺度上的分布规律，辅助巡检与决策。

50、4.同桩号精准布点：动态捕捉机制使同一桩号上不同平台、不同设备严格同位对齐，显著提升多设备监测结果的空间可对比性。

51、5.桩号自动换算与内插：图幅比例尺与桩号关联，多桩号位置线性插值自动完成，减少人工换算误差。

52、6.高效规范化交付：测点名称自动生成并关联运营/设计桩号，监测设计预估费用直出，评审阶段在线修改，提升设计与交付效率。