土石堤坝渗漏无人机巡测热红外图像的标定装置及其方法

1.本发明涉及土石堤坝渗漏无人机巡测热红外图像的标定装置及其方法，属于技术领域。


背景技术：

2.堤坝工程是防洪体系的重要组成部分，也是社会生产和人民生活的重要保障。国内外众多水库大坝和堤防工程中，绝大部分为土石材质。近年来随着全球气候变化的影响，极端天气频现，土石堤坝渗漏病害突出，汛期土石堤防渗漏险情多发。土石堤坝渗漏具有时空随机性、隐蔽性和初始量级较小等特征，及时发现、准确识别和定位隐患是保障土石堤坝安全的关键。利用无人机搭载可见光和热成像相机进行土石堤坝异常渗漏巡测，具有直观快速和覆盖面广等特点，目前正处于初期探索阶段。
3.可靠的标定是应用图像分析技术准确识别土石堤坝渗漏缺陷的重要前提。通过标定得到内参、外参和畸变系数，从而方可进行图片矫正、配准、融合、定量分析以及三维重建等后续操作。对于红外热图像而言，现有标定板图案无法在红外波段下差异性成像，因而无法实现红外热图像的标定。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供土石堤坝渗漏无人机巡测热红外图像的标定装置及其方法，旨在实现长距离线状土石堤坝无人机巡测作业中，热图像和可见光图像的标定。
5.为达到上述目的，本发明提供土石堤坝渗漏无人机巡测热红外图像的标定装置，包括用于标定的标定板、用于给标定板加热的加热板、用于给加热板供电的供电盒以及用于隔开加热板与供电盒的隔热层，标定板、加热板、隔热层和供电盒从上向下依次固定连接。
6.优先地，加热板包括加热丝和绝缘基体，绝缘基体上表面固定连接标定板下表面，加热丝固定设置在绝缘基体下表面。
7.优先地，供电盒包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，太阳能电池板通过太阳能控制器电连接蓄电池 。
8.优先地，包括远程控制终端、控制处理器、通信模块和加热开关，加热丝、加热开关和蓄电池 串联，控制处理器电连接通信模块和加热开关，控制处理器通过通信模块与远程控制终端进行通信连接，用于远程控制加热开关开关。
9.优先地，包括封装盒，加热板、隔热层、供电盒、控制处理器、通信模块和加热开关均密封固定设置在封装盒中，标定板固定设置在封装盒上表面。
10.优先地，标定板有两种标定方式：方式一，包括第一标定板和第二标定板，第一标定板和第二标定板等间距交错阵列分布，第一标定板和第二标定板均固定设置在标定板上表面，第一标定板为黑色板材且
第二标定板为白色板材；方式二，包括圆板，圆板固定阵列固定设置在标定板上。
11.优先地，包括若干个固定脚，若干个固定脚上端固定连接封装盒下表面。
12.优先地，固定脚包括第一支撑杆、若干个第二支撑杆和第三支撑杆，第一支撑杆、若干个第二支撑杆和第三支撑杆依次从上向下固定连接，第一支撑杆为圆柱形杆件，第二支撑杆为倒置的圆台形杆件，第三支撑杆为圆锥形杆件。
13.优先地，标定板为陶瓷材质的矩形板，隔热层材质为气凝胶毡或可发聚苯乙烯，绝缘基体为采用pet材质。
14.土石堤坝渗漏无人机巡测热红外图像的标定方法，采用上述所述的标定装置，执行步骤：将多个标定装置的固定脚固定在线状土石堤坝上；若标定板尺寸大于200mm
í
200mm，则太阳能电池板与标定板之间的距离设置在2m以上；远程控制终端发送加热指令给控制处理器；控制处理器打开加热开关，加热丝给标定板加热；无人机开始巡检，无人机上搭载的红外热像仪拍摄包括标定装置在内的红外热图像，无人机上搭载的高清可见光相机拍摄包括标定装置在内的可见光图像；无人机巡检结束后，远程控制终端发送断开加热指令给控制处理器；控制处理器控制所述加热开关断开。
15.本发明所达到的有益效果：本发明提供的标定板，解决了热图像的标定问题，尤其适用于无电力供应的长距离线状土石堤防工程异常渗流区无人机巡测作业中热图像的标定，在利用双光（热红外和可见光）云台对土石堤坝进行巡检作业中，通过本发明的同一标定装置便可满足红外和可见光图像的标定。本发明也可用于涉及热图像和可见光图像标定的诸如大型建筑物外墙渗水和空鼓探测、输变电设施故障检测、油气管道泄露排查等领域，具有较强的实用意义和经济价值。
附图说明
16.图1是本发明的结构图；图2是本发明加热板的结构图；图3是本发明固定脚的结构图。
17.附图标记含义，0-导线；1-标定板；2-加热板；3-隔热层；4-供电盒；5-封装盒；6-固定脚；7-太阳能电池板；8-远程控制终端；21-加热丝；22-绝缘基体；41-蓄电池；42-通信模块；43-加热开关。
具体实施方式
18.以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
19.需要说明，若本发明实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则
其仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
20.另外，若在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述，则其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
21.如图1所示，本发明的标定装置主体为四层结构，自顶向下分别为标定板1、加热板2、隔热层3和供电盒4。该标定装置还包含封装盒5、固定脚6、外接的太阳能电池板7和远程控制终端8。所述供电盒与加热板通过导线0电连接，用于为加热板提供电能，并控制加热板2为所述标定板1加热。所述加热板2与标定板1物理接触连接，用于为所述标定板1加热。所述封装盒5与标定板1、加热板2、隔热层3和供电盒4均机械固定连接，用于将所述标定板1、加热板2、隔热层3和供电盒4封装。所述固定脚6与所述封装盒5机械固定连接，用于将整个标定装置固定到土石堤坝坡面上。
22.所述太阳能电池板7与所述供电盒4通过导线电连接，用于将太阳能转换为电能为所述供电盒4充电。所述远程控制终端8与所述供电盒4采用无线通信连接，用于远程控制供电盒4为加热板供电。
23.为了在热像仪下清晰成像，所述标定板1布置于整个标定装置的顶层，采用耐久性好、导热率高的陶瓷矩形薄板，标定板1几何尺寸的长度大于宽度，标定板1的顶面通过电镀工艺构造带有固定间距图案阵列，具体地有两种：方式一，包括第一标定板和第二标定板，第一标定板和第二标定板等间距交错阵列分布，第一标定板和第二标定板均固定设置在标定板上表面，第一标定板为黑色板材且第二标定板为白色板材，形成黑白方格的棋盘图；方式二，包括圆板，圆板固定阵列固定设置在标定板上，形成等间距分布的实心圆形阵列图。
24.如图2所示，所述加热板2的几何尺寸与所述标定板1相适配，包含加热丝21和绝缘基体22。所述加热丝21为铁铬铝合金电阻加热丝，其均匀布置在加热板1的底面。所述绝缘基体22为平面板材，绝缘基体22采用pet材料，将所述加热丝21固定封装。根据供电盒4电池电压和加热丝21电阻大小和所处工作环境设置加热丝21的加热时长，最终将所述标定板1加热至45℃左右的恒温状态。
25.在所述加热板2与供电盒4之间设置隔热层3。所述隔热层3为平面板材，隔热层3的材质可以是气凝胶毡、可发聚苯乙烯等，一方面对加热板2起到保温作用，同时将所述加热板2与供电盒4分隔开，以避免加热板2对蓄电池41加热。
26.为避免电池发热对无人机巡测过程中红外热成像的干扰，所述供电盒4布置并完全遮盖于整个标定装置的底层，所述供电盒4包含蓄电池41、通信模块42和加热开关43，三者通过导线按串联方式电连接，连接顺序为蓄电池-通信模块-加热开关。所述通信模块为无线5g通信模块，用于所述远程控制终端8与所述加热开关43的远程通信。为节约电能，增加整个标定装置的使用寿命，所述加热开关43状态为常开，当无人机巡检作业开始，操作人
员通过远程控制终端将所述加热开关43状态改变为闭合状态，所述加热板2电路接通，开始为所述标定板1加热。无人机巡检结束，通过所述远程控制终端恢复所述加热开关43为开路状态。
27.所述封装盒5为上底面开设凹槽的框体，将所述标定板1、加热板2、隔热层3和供电盒4封装，起到防水、防潮、防虫等目的。
28.如图3所示，所述固定脚6为刚性材料，为便于插入土体并提高所述固定脚与土体的机械咬合力，所述固定脚设计为倒立的塔形结构。
29.所述太阳能电池板7、太阳能控制器与所述蓄电池41通过导线连接，太阳能电池板7通过太阳能控制器电连接蓄电池 41，安装在离标定板较远并且距离已知的堤坝表面，在为蓄电池充电的同时，不对标定板造成热辐射干扰。如当标定板尺寸为200mm
í
200mm时，太阳能电池板与标定板之间的距离控制在2m以上为宜。整个堤防工程沿线所安装的所述太阳能电池板7与标定板1的距离宜设定为相同值，从而便于后续图像处理时，将几何形状规整的太阳能电池板图像目标在红外热图像上统一而高效地剔除。
30.所述远程控制终端8可同时控制多个所述电池盒的加热开关。
31.本发明解决了红外热图像的标定问题，尤其适用于无电力供应的长距离线状土石堤防工程异常渗流区无人机巡测作业中热图像的标定，在利用双光（热红外和可见光）云台对土石堤坝进行巡检作业中，通过本发明的同一标定装置便可满足红外热图像和可见光图像的标定。本发明也可用于涉及红外热图像和可见光图像标定的诸如大型建筑物外墙渗水和空鼓探测、输变电设施故障检测和油气管道泄露排查等领域，具有较强的实用意义和经济价值。
32.标定板1为平面板材，导线0、太阳能电池板7、远程控制终端8、加热丝21、蓄电池41、通信模块42和加热开关43上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。
33.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。