一种非接触式滑坡灾害监测系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种滑坡灾害监测系统，尤其涉及一种非接触式滑坡灾害监测系统， 本发明同时涉及使用上述滑坡灾害监测系统实现的监测方法，属于地质灾害监测领域。
【背景技术】
[0002] 滑坡是在一定的自然条件与地质条件下，组成斜坡的部分岩土体在以重力为主的 作用下沿斜坡内部一定的软弱面发生剪切而产生的整体下滑破坏现象。近年来由于滑坡灾 害引发的事故频繁发生，严重威胁着人民的生命财产安全。
[0003] 现有的滑坡监测技术主要有以下三种：1)传统的滑坡监测技术;2)分布式光纤监 测技术;3)GNSS位移监测技术。上述三种监测技术均是接触式监测技术，在对滑坡进行监测 时分别存在以下优缺点。
[0004] 其中，传统的滑坡监测技术采用传感器技术，借助安装在坡体的振动式裂缝计，测 斜计，地下水位监测计，压力计等专门仪器对滑坡体进行监测，通过总线发送到中心，进行 软件分析处理。此种监测技术成本较低，精度较高，效果较好;但其容易受地下水、气候环境 的影响；而且仅能对坡体进行点的测量，非面的测量，测量准确性容易受到影响;并且施工 难度大，周期长。
[0005]分布式光纤监测技术是一种布里渊背向散射的分布式光纤应变传感技术。光波在 光纤中传播并与光纤中的声学声子相互作用发生布里渊散射。传感光纤在滑坡表面呈网状 布设，通过间隔一定距离将光纤固定在滑坡土体表面以下一定深度位置或直接附着在岩体 表面，使其跟岩土体的变形协调一致。分布式光纤传感技术具有如下优点：测量距离长、覆 盖范围大，能够很好的对大面积的滑坡体进行监测，可以测出光纤沿线任一点上的应变、温 度和损伤等信息，实现对监测对象的全方位监测。但同时也具有如下缺点：接触式测量，施 工麻烦，受温度、光纤老化等因素影响较大，误报率高，成本较高。
[0006] GNSS位移监测技术在对滑坡位移进行监测时应先设立GNSS监测点和基准点。其 中，在滑坡体的滑移速度较快或滑移量较大的关键位置布设GNSS监测点，在远离滑坡影响 区以外的稳定地段布设若干GNSS基准点。并在每个GNSS监测点或基准点上安装GNSS接收机 和GNSS天线。GNSS天线和接收机用于接收和记录北斗、GPS、GLONASS、Gal i Ieo等卫星信 号，并转换为数据流或数据文件，通过通信链路汇聚到安装有专用监测软件的服务器端，通 过监测软件进行高精度差分定位解算，得到每个高精度的位移数据。当位移数据超出预定 的阈值时，系统自动发出报警，提醒有关部门提前采取避险措施。GNSS位移监测技术，具有 监测精度较高，效果较好的优点；但其仍仅对坡体进行点的监测，非全方位监测;并且整个 监测技术的施工难度大，周期长，成本高。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种非接触式滑坡灾害监测系统。
[0008] 本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种非接触式滑坡灾害监测方法。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0010] 一种非接触式滑坡灾害监测系统，包括分别与监控处理主机连接的激光雷达扫描 仪、视频复核设备和监控中心处理平台；其中，
[0011]所述激光雷达扫描仪用于获取滑坡监控区域中各点到所述激光雷达扫描仪的距 离数据；
[0012] 所述视频复核设备用于采集滑坡监控区域的图像数据；
[0013] 所述监控处理主机用于接收所述激光雷达扫描仪所采集的距离数据、获取超限检 测结果并将超限检测结果发送给监控处理平台；当所述监控处理平台判断超限检测结果超 过数据门限后，所述监控处理主机还用于触发所述视频复核设备采集视频进行复核。
[0014] 其中较优地，所述激光雷达扫描仪内部的激光源可进行水平方向的角度旋转；
[0015] 所述激光雷达扫描仪设置在曲杆摇柄副平台上，所述曲杆摇柄副平台用于带动所 述激光雷达扫描仪进行垂直方向的角度旋转。
[0016] 其中较优地，所述曲杆摇柄副平台的仰角0:和俯角θ2分别与激光雷达扫描仪的安 装高度h和坡体的高度H之间满足下列公式：
[0018]其中较优地，所述曲杆摇柄副平台的俯仰角速度ω与曲杆摇柄副平台的控制角度 Φ之间满足下列公式：
[0020]其中，曲杆摇柄副平台的控制角度(6 = 为所述曲杆摇柄副平台的扫描周期。
[0021]其中较优地，所述监控处理主机包括激光雷达处理平台和视频复核平台；
[0022] 所述激光雷达处理平台用于控制电机驱动所述曲杆摇柄副平台进行旋转，并且， 所述激光雷达处理平台用于接收所述曲杆摇柄副平台的位置反馈信息;所述激光雷达处理 平台还用于根据所述激光雷达扫描仪扫描获得的距离数据建立所述滑坡监控区域的数字 表面模型，并获取超限检测结果；
[0023] 所述视频复核平台与所述视频复核设备连接;所述视频复核平台与所述视频复核 设备连接;所述视频复核平台用于启动所述视频复核设备采集视频数据，并将所述视频数 据发送至所述监测中心处理平台进行灾害复核。
[0024] 其中较优地，所述监控处理主机还包括用于与所述激光雷达处理平台、所述视频 复核平台和所述监测中心处理平台进行通信的交换机。
[0025] -种非接触式滑坡灾害监测方法，包括如下步骤：
[0026] (1)使用整个滑坡监控区域的标准点云数据建立基础的数字表面模型；
[0027] (2)激光雷达扫描仪对整个滑坡监控区域进行重复检测建立实时数字表面模型， 并根据实时数字表面模型与所述基础的数字表面模型的对比结果，确定超差区域的位置、 面积、体积以及超差平均高度和最大高度，并将超限检测结果传送回监控中心处理平台；
[0028] (3)所述监控中心处理平台对比所述超限检测结果与既定的数据门限，当所述超 限检测结果没有超过所述数据门限时，产生预警信号；当所述超限检测结果超过所述数据 门限时，产生报警信号，并触发视频复核设备进行灾害复核。
[0029] 其中较优地，在所述步骤(1)中，从所述激光雷达扫描仪的初次扫描结果或者定期 检修的扫描结果中获得整个滑坡监控区域的标准点云数据，所述标准点云数据中包括每个 监测点到所述激光雷达扫描仪的初始距离。
[0030] 其中较优地，在所述步骤(2)中包括如下步骤：
[0031] (21)获取每个实时扫描点的实际距离，并计算所述实际距离与所述初始距离之间 的差值；
[0032] (22)判断所述差值是否是正差值并同时大于设定阈值，如果是，则对该点后续扫 描的超限点云构建实时数字表面模型;如果否，则继续扫描；
[0033] (23)用实时数字表面模型与基础的数字表面模型进行数据对比，确定超差区域的 位置、面积、体积以及超差平均高度和最大高度。
[0034] 其中较优地，在所述步骤(2)中还包括步骤(24):根据超限点云的数据形态，识别 超限检测对象是否是人或动物，如果是，则忽略该检测结果，返回步骤(21)。
[0035]本发明所提供的非接触式滑坡灾害监测系统采用三级架构，分别是监控中心处理 平台，监控处理主机，激光雷达扫描仪及视频复核设备。该非接触式滑坡灾害监测系统，利 用三维立体扫描技术对滑坡监控区域的整个坡面进行监测，可以精确