(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210725025.2 (22)申请日 2022.06.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114812528 A (43)申请公布日 2022.07.29 (73)专利权人 湖北高路公路工程 监理咨询有限 公司 地址 430000 湖北省武汉市汉阳 龙阳大道9 号 (72)发明人 张建功　杨超　明宏　陈静　 吴志勇　尹福　刘海燕　 (74)专利代理 机构 武汉欣博智慧知识产权代理 事务所(普通 合伙) 42277 专利代理师 吴华丽(51)Int.Cl. G01C 15/00(2006.01) G01C 5/00(2006.01) G01B 11/00(2006.01) G01B 11/02(2006.01) G01B 11/16(2006.01) G01N 21/47(2006.01) G01J 3/46(2006.01) G06F 21/60(2013.01) G06T 17/00(2006.01) 审查员 郭昊东 (54)发明名称 一种运用在高速公路病害边坡上的自动监 测系统 (57)摘要 本发明提供了一种运用在高速公路病害边 坡上的自动监测系统， 包括： 数据获取模块： 用于 通过三维激光扫描仪对高速公路边坡进行扫描， 获取扫描点云数据； 模型构建模块： 根据所述扫 描点云数据构建边坡监测模型， 并根据所述边坡 监测模型进行边坡病害状态分析， 获取分析结 果； 预警处理模块： 对所述分析结果显示为边坡 病害时， 进行预警处理， 本发明通过三维激光扫 描技术获取的点云数据， 能快速、 高精度精确、 全 面地记录目标对象的三维空间位置信息、 反射率 的信息和色彩纹理信息等， 因此不仅可以提高了 测量的效率， 而且通过根据点云数据构建模型从 而对边坡病害情况进行监测， 可以及时的对出现 的病害情况进行预警， 从而避免出现资源的损失 和人员的伤害。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114812528 B 2022.10.14 CN 114812528 B 1.一种运用在高速公路病害边坡上的自动监测系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块： 用于通过三维激光扫描仪对高速公路边坡进行扫描， 获取扫描点云数 据； 模型构建模块： 根据所述扫描点云数据构建边坡监测模型， 并根据所述边坡监测模型 进行边坡病害状态分析， 获取分析 结果； 预警处理模块： 对所述分析 结果显示 为边坡病害时， 进行 预警处理； 所述模型构建模块， 包括： 坐标系确定单元： 用于确定三维激光扫描标靶， 拟合出标靶中心三维坐标， 并通过全站 仪免棱镜对标靶中心进行坐标测量， 确定坐标比例； 并基于所述标靶中心三维坐标和所述 坐标比例， 构建边坡点云数据三维坐标系； 三维坐标投影单元： 用于对所述数据获取模块中获取的扫描点云数据， 进行数据拼接， 形成边坡整体点云数据， 并将所述边坡整体点云数据转换边坡点云数据三维坐标系中， 获 取边坡整体点云数据坐标； 噪声剔除单元： 基于边坡整体点云数据坐标， 进行数据坐标有效性检验， 当检验结果显 示数据无效时， 对边坡整体点云无效数据进行删除； 当检验结果显示数据有效时， 将边坡整体点云有效数据在数据库中进行加密存储， 并 对存储的所述边坡整体点云有效数据进行噪声剔除处理， 获取无噪边坡整体点云有效数 据； 模型构建单 元： 用于根据所述无噪边坡整体点云有效数据， 构建边坡监测模型； 边坡病害分析单元： 用于根据所述边坡监测模型进行边坡病害状态分析， 获取分析结 果； 所述将边坡整体点云有效数据在数据库中进行加密存 储的具体步骤如下： 步骤S1： 对所述 边坡整体点云有效数据按照预设字符位进行分组， 获取分组数据； 步骤S3： 对所述分组数据进行置换， 确定置换数据， 并对所述置换数据通过轮函数进行 迭代处理； 步骤S4： 当所述置换数据进行迭代的次数与预设迭代次数相等时， 则结束迭代， 获取迭 代后的边坡整体点云有效数据， 并对所述迭代后的边坡整体点云有效数据进 行数据交换处 理， 得到交换 数据； 步骤S5： 将所述交换数据进行逆置换， 生成加密后的边坡整体点云有效数据， 并将所述 加密后的边坡整体点云有效数据在数据库中进行存 储； 所述轮函数表达式为： 式中， F为轮函数； m为 边坡整体点云有效数据； 和 为加密密钥。 2.如权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述数据获取模块具体用于： 对预设的监测控制点进行布置， 通过三维激光扫描仪对高速公路边坡进行三维激光扫 描， 获取扫描点云数据； 其中， 所述扫描点云数据包括： 边坡位移数据、 边坡沉降数据、 变形数据、 边坡反射数据 和边坡纹 理信息。 3.如权利要求2所述的系统， 其特 征在于， 所述 边坡病害分析 单元， 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114812528 B 2曲线预测子单元： 用于将历史有效点云数据作为模型输入值， 并将所述模型输入值输 入至边坡监测模型中进行点云数据曲线预测， 生成边坡位移变化 曲线、 边坡沉降变化 曲线 和边坡表面剥蚀变化曲线； 病害分析子单元： 当所述边坡位移变化曲线与预设位移变化曲线一致时， 则判断高速 公路边坡安全， 反 之则判断高速公路边坡具有滑坡病害； 当所述边坡沉降变化曲线与预设沉降变化曲线一致时， 则判断高速公路边坡安全， 反 之则判断高速公路边坡具有沉降塌陷病害； 当所述边坡表面剥蚀变化曲线与 预设表面剥蚀变化曲线一致 时， 则判断高速公路边坡 安全， 反之则判断高速公路边坡具有崩塌病害。 4.如权利要求3所述的系统， 其特 征在于， 所述 边坡位移变化曲线的生成过程如下： 根据将历史有效点云数据作为模型输入值， 并将所述模型输入值输入至边坡监测模型 中， 并筛选出监测点的坐标 数据； 将第一次扫描的历史数据作为初始值， 并将固定时间段扫描的监测点历史坐标数据作 为变量值； 基于所述监测点的坐标数据， 计算水平位移累计值和位移变化速率， 并通过所述水平 位移累计值和所述 位移变化速率， 生成边坡位移变化曲线。 5.如权利要求 4所述的系统， 其特 征在于， 所述水平位移累计值计算式如下： 式中， 为水平位移累计值； 为监测点的横坐标值； 为监测点的纵坐标值。 6.如权利要求5所述的系统， 其特 征在于， 所述 位移变化速率计算式如下： 式中， 为位移变化速率； 为水平位移累计值；  t为扫描间隔时间段。 7.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述预警处理模块包括： 声光预警单元和短 信预警单 元； 所述声光预警子单元： 用于将声光报警器与自动监测系统通过无线网络进行连接， 当 所述病害预警子单元接 收到滑坡病害、 沉降塌陷病害和崩塌病害分析结果时， 通过所述声 光报警器进行对应病害危险声光报警提 示； 其中， 所述声光报警器安装于高速公路监测区域内； 短信预警子单元： 用于通过无线网络将滑坡病害、 沉降塌陷病害和崩塌病害信息发送 至监测区域人员的手机， 进行短信预警。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114812528 B 3