大坝外观全域变形监测及预警方法与流程

技术特征：
1.一种大坝外观全域变形监测及预警方法，其特征在于：它包括如下步骤：s1、获取大坝坝体整个外观三维点云坐标集；s1.1、采用无人机视觉摄影并搭载激光雷达装备，获取大坝坝体全域的坝面图像及激光坐标数据，采用相邻图像特征点匹配并通过激光雷达校核的方法，对拍摄的全域坝面表面图像进行图像处理，获取t时刻大坝全域坝面三维点云坐标数据集a
t
＝{x
ti
,y
ti
,z
ti
}，其中，i＝1,2,3,
…
,p，p为代表大坝坝体全域外观特征的三维点云数据的个数；s1.2、依据大坝坝面的空间位置，将大坝坝面均匀划分为m个坝面拟合区域，则大坝整个坝面三维点云坐标数据集b
t
被划分为{b
t1
,b
t2
,b
t3
,
…
,b
tm
}，其中，b
tm
表示t时刻编号为m的坝面拟合区域三维点云坐标数据集合；s2、对t时刻大坝整个坝面三维点云坐标集b
t
进行多元回归统计分析，确定大坝整个坝面多元连续函数集c
t
＝{f
t1
(x,y,z)，f
t2
(x,y,z)，f
t3
(x,y,z),
…
,f
tm
(x,y,z)}，多元连续函数集c
t
的计算步骤如下：s2.1、基于大坝整个坝面三维点云坐标数据集b
tm
，分别求解每个坝面拟合区域的多元连续函数f
tm
(x,y,z)及每个坝面拟合区域的决定系数r2：1)设坝面多元连续函数f
tm
(x,y,z)模型为：其中，a
jk
为函数系数，j为x的项数，k为y的项数；2)采用残差平方和s(x,y,z)作为评价函数，带入坐标集b
tm
，同时设置限制函数：求解的最优系数解集{a
00
,a
01
,a
02
,a
03
,a
10
,...,a
jk
}，得到了当前t时刻大坝每个坝面拟合区域的多元连续函数f
tm
(x,y,z)；3)计算大坝每个坝面拟合区域多元连续函数f
tm
(x,y,z)的决定系数其中，ssr为回归平方和，sst为总平方和；s2.2、判断每个坝面拟合区域的决定系数r2是否大于0.9？如果决定系数r2＞0.9，说明该坝面拟合区域连续函数f
tm
(x,y,z)满足精度要求，执行步骤s2.4；如果决定系数r2≤0.9，说明该坝面拟合区域连续函数f
tm
(x,y,z)不满足精度要求，执行步骤s2.3；s2.3、对不满足精度要求的连续函数f
tm
(x,y,z)所在坝面拟合区域坐标集b
tm
，基于几何构造对该坝面拟合区域进行四等分，则此时b
tm
由四个子区域构成{b
t(m1)
,b
t(m2)
,b
t(m3)
,b
t(m4)
}，对重新划分后的坐标集区域执行步骤s2.1拟合求解，若重新拟合后的多元连续函数的决定系数r2仍然不大于0.9，则继续对划分后仍不满足精度要求的坝面拟合区域坐标集继续四等分细化，直到大坝坝面内的所有坝面拟合区域的多元连续函数的决定系数r2都大于0.9，则停止划分；此时第m号坝面拟合区域b
tm
有b(b≥1)个子区域{b
t(m1)
,b
t(m2)
,b
t(m3)
,
…
,b
t(mb)
}，每个子区域都有一个高精度的多元连续函数f
tmb
(x,y,z)；
s2.4当m个区域内的所有子区域决定系数r2全部大于0.9时，t时刻的大坝表面一共有n个多元连续函数；s3、对t 1时刻大坝整个坝面三维点云坐标数据集b
(t 1)m
重复上述步骤s1和s2操作，确定t 1时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
＝{f
(t 1)1
(x,y,z)，f
(t 1)2
(x,y,z)，f
(t 1)3
(x,y,z),
…
,f
(t 1)m
(x,y,z)}，t 1时刻的大坝表面一共有l个多元连续函数；s4、对比t时刻整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻整个坝面多元连续函数集c
t 1
，判断大坝坝面是否存在变形情况，并依据变化情况划分预警等级。2.根据权利要求1所述的大坝外观全域变形监测及预警方法，其特征在于：在获得大坝坝体整个外观三维点云坐标数据集a
t
后，再用通过传统测量方法获得的大坝局部和/或某一大坝断面的变形监测数据对三维点云坐标数据集a
t
进行修正，获得修正后的大坝整个坝面三维点云坐标数据集b
t
＝{x
i
,y
i
,z
i
}，其中，i＝1,2,3,
…
,p。3.根据权利要求1或2所述的大坝外观全域变形监测及预警方法，其特征在于：所述步骤s4对比t时刻的大坝整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻的大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
，判断大坝坝面是否存在变形情况，并依据变化情况划分预警等级，具体方法如下：(1)当t时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
的函数个数相等，即n＝l，且同区域的函数模型并未发生变化，说明大坝表面未发生变形，无需预警；(2)当t时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
的函数个数相等，即n＝l，但同区域的函数模型发生变化，依据大坝坝面区域编号对变化区域提出一级预警；(3)当t时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
的函数个数不相等，即n≠l，且(l-n)/4≤2时，说明大坝坝面局部发生变形，依据大坝坝面区域编号对变化区域提出二级预警；(4)当t时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
的函数个数不相等，即n≠l，且2＜(l-n)/4≤5时，说明大坝坝面多处发生变形，依据大坝坝面区域编号对变化区域提出三级预警；(5)当t时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t
和t 1时刻大坝整个坝面多元连续函数集c
t 1
的函数个数不相等，即n≠l，且5＜(l-n)/4时，说明大坝坝面出现严重变形，依据大坝坝面区域编号对变化区域提出四级预警。

技术总结
本发明公开一种大坝外观全域变形监测及预警方法，即：先获取不同时刻的大坝外部整个坝面三维点云坐标集，对t时刻修正后的大坝坝面全域三维点云坐标集进行多元回归统计分析，计算确定t时刻整个坝面多元连续函数集；对t 1时刻修正后的大坝整个外观坝面三维点云坐标数据集进行多元回归统计分析，计算确定t 1时刻大坝整个外观坝面的多元连续函数集；对比t时刻和t 1时刻整个坝面多元连续函数集，计算两个时刻的坐标数值差异，从而快速获取大坝整个外观的连续变形情况，并依据变化情况划分预警等级。本发明可快速识别并定位大坝外观全域的微小变形及区域，发出预警，便于采取合理工程技术措施有效控制大坝外观变形的进一步扩大，保障大坝安全。保障大坝安全。保障大坝安全。


技术研发人员：刘毅 聂鼎 金鑫鑫 谭妮 卢正超 黎利兵 姜云辉 邱永荣 李辉 段治良
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2022.08.16
技术公布日：2022/12/5