一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統及方法與流程

本發明涉及電力系統桿塔周圍地質災害背景以及災害預防的領域，尤其涉及一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統及方法。

背景技術：

1、隨著社會經濟的快速發展，電力系統的穩定運行對于保障生產生活的正常秩序至關重要。桿塔作為電力輸送的重要支撐設施，其安全性直接關系到電力供應的可靠性。然而，在一些地質條件復雜、自然災害頻發的地區，桿塔面臨著滑坡等地質災害的威脅。滑坡是一種常見的地質災害，具有突發性和破壞性強的特點。一旦桿塔所在區域發生滑坡，可能導致桿塔傾斜、倒塌，從而引發停電事故，給社會帶來巨大的經濟損失和不良影響。傳統的桿塔滑坡監測方法主要依賴人工巡查和地面監測設備，存在監測范圍有限、效率低下、難以實時獲取準確數據等問題。近年來，無人機技術的迅速發展為桿塔滑坡災害監測提供了新的思路和手段。無人機具有機動性強、操作靈活、能夠快速獲取大面積高精度數據等優勢，可以有效地彌補傳統監測方法的不足。通過利用無人機搭載高精度的傳感器和攝像設備，外加自動分析識別軟件相互配合使用，對桿塔周邊區域進行快速掃描和數據采集，然后運用先進的建模和模擬技術，構建出精確的三維地形模型，并對潛在的滑坡風險進行分析和預測。這樣不僅能夠實現對桿塔滑坡災害的實時、動態監測，還可以為電力部門提供及時、準確的預警信息，以便采取有效的防范措施，保障電力設施的安全穩定運行。

2、由于電線路覆蓋范圍廣，輸送距離長，沿途經過很多環境條件惡劣、地質地形復雜、氣候多變地區，電網的安全穩定運行對輸電通道防災減災工作和預測預警技術提出了更高要求，地質災害防治形勢嚴峻。

技術實現思路

1、為了實現桿塔滑坡災害監測以及動態仿真模擬滑坡災害的問題，本發明提供了一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統及方法，該系統主要包括：依次連接的無人機作業建模模塊、地災隱患識別模塊、立體監測預警模塊、隱患動態防控模塊；

2、無人機作業建模模塊用于根據uav正射/傾斜攝影測量、uav貼近攝影測量數據，建立由無人機現場作業通過攝影建立立體實地模型；

3、地災隱患識別模塊用于收集重點輸電線路沿線地質環境信息與遙感衛星影像數據，研究主要地質災害類別與發育情況，通過分析總結地質災害發育特征與時空間分布規律來確定隱患點和風險段；

4、立體監測預警模塊用于立體監測重要輸電通道高風險地質災害隱患，包括遙感面式監測和地面點式監測；

5、隱患動態防控模塊用于進行運動過程仿真模擬和影響范圍模擬預測，從而實現重要輸電通道地質災害的動態統籌防控。

6、一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的方法，該方法包括如下步驟：

7、step1：根據相關要求，進行相關材料的準備，按照試驗流程進行相關操作；無人機作業建模模塊采用硬件加軟件的方法勘測并識別桿塔周圍的地質環境、地災隱患識別、立體監測預警、隱患動態防控相關流程；

8、step2：針對研究區地質災害背景和地質災害現狀的信息收集，通過“天-空-地”一體化綜合遙感技術來進行地質災害的隱患識別和監測預警；

9、step3：采用無人機進行實地飛行取樣，通過無人機多方式攝影測量智能規劃與自主作業技術，根據桿塔周圍的不同的地質情況來選擇無人機飛行方式進行拍攝取樣操作；無人機攝影測量技術包含有，垂直攝影測量、傾斜攝影測量、智能擺拍技術和貼近攝影測量，垂直攝影測量、傾斜攝影測量、智能擺拍技術用于獲取目標精細化紋理，貼近攝影測量能夠高度還原地表及物體的結構，用于彌補近地面的數據失真現象；

10、step4：對無人機和“天-空-地”采集到的數據進行收集，并基于計算機多尺度融合建模技術，經由pix4d或contextcapture相關軟件處理后，獲得多種模型成果，包括實景三維模型、三維點云、數字表面模型、數字高程模型、數字正射影像，從而完成立體實地模型的建立；

11、stet5：根據收集重點輸電線路沿線地質環境信息與遙感衛星影像數據進行地災隱患識別，通過分析總結地質災害發育特征與時空間分布規律來確定隱患點和風險段；基于隱患點的運動過程精細仿真模擬結果分析其活動性，根據危害面積、危害對象來考慮其危害性；通過精細化動態仿真模擬出現的危害面隨后參照實際地質環境找到對應的隱患點；

12、stet6：在無人機作業建模后，使用無人機采集到的數據和照片，隨后基于計算機多尺度融合建模技，采用一系列數值模擬方法，對滑坡崩塌隱患發展運動過程進行精細仿真模擬，實現災前的受災場景推演和災后的受災過程復盤，然后基于高于第一風險閾值的風險地質災害隱患的運動過程精細仿真模擬結果，從其活動性與危害性兩個維度進行風險評價與等級劃分，針對高于第二風險閾值的重要輸電通道地質災害易發高發段，從危險性與易損性兩個維度進行風險評價及等級劃分；然后進行立體監測預警；

13、stet7：在無人機作業建模后，通過數值模擬方法：有限元、離散元、有限差分，基于天然工況或降雨工況來進行滑坡崩塌隱患發展運動過程精細仿真模擬，從隱患點與風險段兩個層面實現重要輸電通道地質災害的動態統籌防控，為電力系統的安全穩定運行提供有力保障。

14、一種計算機可讀存儲介質，存儲有計算機程序，當該程序被處理器執行時，實現上述方法步驟。

15、一種計算機程序產品，包括計算機程序或指令，當該程序或指令被處理器執行時，實現上述方法步驟。

16、本發明提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明通過無人機作業建模、地災隱患識別、立體監測預警、隱患動態防控等手段監測桿塔周圍復雜地形。無人機作業建模模塊用于根據uav正射/傾斜攝影測量、uav貼近攝影測量數據，建立由無人機現場作業通過攝影建立立體實地模型；地災隱患識別模塊用于收集重點輸電線路沿線地質環境信息與遙感衛星影像數據，研究主要地質災害類別與發育情況，通過分析總結地質災害發育特征與時空間分布規律來確定隱患點和風險段；立體監測預警模塊用于立體監測重要輸電通道高風險地質災害隱患，包括遙感面式監測和地面點式監測；隱患動態防控模塊用于進行運動過程仿真模擬和影響范圍模擬預測，從而實現重要輸電通道地質災害的動態統籌防控。通過對不同地形條件下的桿塔進行了大量測試，驗證了該方法的可靠性和有效性，減少了嵌入式軟件測試過程中對硬件的依賴，實現全面實時監測地形變化，準確識別滑坡跡象。本發明顯著提高桿塔滑坡災害的監測預警能力，為電力系統的安全穩定運行提供有力保障。

技術特征：

1.一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：該系統包括依次連接的無人機作業建模模塊(1)、地災隱患識別模塊(2)、立體監測預警模塊(3)、隱患動態防控模塊(4)；

2.如權利要求1所述的一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：無人機作業建模模塊(1)從研究輸電線路典型地質環境與主要地質災害發育特征規律、無人機多方式攝影測量智能規劃與自主作業技術、輸電線路地質災害的無人機多尺度融合定量精細三維建模方法這三個維度進行實地模型的建立，其中輸電線路典型地質環境與主要地質災害發育特征規律采用“天-空-地”一體化綜合遙感技術來研究得到。

3.如權利要求2所述的一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：無人機多方式攝影測量智能規劃與自主作業技術包括傾斜攝影測量和貼近攝影測量、仿地飛行、智能擺拍；傾斜攝影測量是指，在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜五個不同的角度采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側視的紋理；貼近攝影測量是指，面向目標的攝影測量，它以物體的面為攝影對象，針對三維空間任意坡度、坡向的面進行攝影，是介于二維和三維攝影之間的方法；仿地飛行是指，無人機根據獲取的地形數據調整飛行高度，保持對地的恒定高差；智能擺拍是指，飛行器會沿著兩條相互垂直的弓字形航線飛行，從不同角度對測區進行智能擺動拍攝。

4.如權利要求2所述的一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：輸電線路地質災害的無人機多尺度融合定量精細三維建模方法(6)包括對無人機采集到的數據和照片，基于計算機多尺度融合建模技術，經由pix4d或contextcapture處理軟件處理后，獲得多種模型成果，包括：實景三維模型、三維點云、數字表面模型、數字高程模型、數字正射影像。

5.如權利要求1所述的一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：隱患點是指，基于隱患點的運動過程精細仿真模擬結果分析其活動性，根據危害面積、危害對象來考慮其危害性，通過精細化動態仿真模擬出現的危害面隨后參照實際地質環境找到對應的隱患點，進行地災隱患的識別；風險段包括危險性與易損性，其中危險性是在某種誘發因素作用下，一定區域在某一段時間發生特定規模和類型地質災害的概率，易損性是指風險區內承災體遭受地質災害破壞機會的多少與發生損毀的難易程度，考慮人口、建筑和道路方面的易損性。

6.如權利要求1所述的一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：立體監測預警模塊(3)在無人機作業建模后，使用無人機采集到的數據和照片，隨后基于計算機多尺度融合建模技，最后采用一系列數值模擬，對滑坡崩塌隱患發展運動過程進行精細仿真模擬，實現災前的受災場景推演和災后的受災過程復盤；基于高于第一風險閾值的風險地質災害隱患的運動過程精細仿真模擬結果，從其活動性與危害性兩個維度進行風險評價與等級劃分；針對高于第二風險閾值的重要輸電通道地質災害易發高發段，從危險性與易損性兩個維度進行風險評價及等級劃分；然后進行立體監測預警，以便為隱患做好動態防控準備。

7.如權利要求1所述的一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統，其特征在于：隱患動態防控模塊(4)在無人機作業建模后，通過數值模擬方法，包括有限元、離散元、有限差分，基于天然工況或降雨工況來研究滑坡崩塌隱患發展運動過程精細仿真模擬，從隱患點與風險段兩個層面實現重要輸電通道地質災害的動態統籌防控，提升電網穩定運營能力與水平。

8.一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

9.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，存儲有計算機程序，當該程序被處理器執行時，實現上述方法步驟。

10.一種計算機程序產品，其特征在于，包括計算機程序或指令，當該程序或指令被處理器執行時，實現上述方法步驟。

技術總結
本發明涉及桿塔滑坡災害領域，尤其涉及一種基于無人機建模模擬監測桿塔滑坡災害的系統及方法。本發明通過無人機作業建模、地災隱患識別、立體監測預警、隱患動態防控等手段監測桿塔周圍復雜地形。通過對不同地形條件下的桿塔進行了大量測試，驗證了該方法的可靠性和有效性，減少了嵌入式軟件測試過程中對硬件的依賴，實現全面實時監測地形變化，準確識別滑坡跡象。本發明顯著提高桿塔滑坡災害的監測預警能力，為電力系統的安全穩定運行提供有力保障。

技術研發人員：杜勇,韓昊,吳軍,魏曉暉,何相奎,張學鋒,方權,李柏松
受保護的技術使用者：湖北省超能電力有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13