【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于受火建筑遥感变形监测领域，具体涉及一种基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法及系统。
技术介绍
1、受火建筑面临火势蔓延速度快、人员疏散难度大、易发生燃气泄漏、坍塌等次生灾害、安全监测手段匮乏的现状。受火建筑坍塌极易造成群死群伤、巨额经济损失、社会恐慌等严重后果。灭火救援过程中不仅对消防救援人员的生命产生巨大的威胁，也给火灾救援现场决策、实施带来了巨大的压力。
2、在试验和火灾现场观察均发现，建筑结构目标的变形位移、变形速率的变化趋势能反映结构坍塌的本质特征，因此结构目标变形可作为建筑坍塌风险判定的主要指标之一。实时、准确的获取受火建筑关键结构目标的三维变形量，对火灾现场建筑坍塌预警、保障救援人员安全具有重要意义。
3、然而，传统变形监测设备配合物联网监测平台，虽可对建筑的沉降、倾斜、裂缝、振动等安全风险进行常态化监测预警，但不适宜在火灾救援场景布设监测。激光位移监测设备具有精度高、探测距离远的优点，尽管已融合红外测温、倾角、无线传输等功能，但仍是“单点探测” 且易受强烈的自然光或热辐射削弱及浓雾、浓烟等环境的干扰。地基干涉雷达具有非接触、大范围、高精度等原理优势，近年来已在实际火场结构目标变形位移测量有效应用。但地基干涉雷达受限于监测视角，无法获取顶部关键点位变形信息，且寻找临时架设高点影响救援时效。另一方面，单台雷达监测方法只能获取雷达视线方向的位移结果，无法感知失火建筑的三维空间变形态势，影响坍塌预警的有效性和可靠性。
4、综上所述，现有技术无法满足受火建筑在火灾救援场景
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对火灾救援现场建筑顶部结构目标三维变形监测需求，提出一种基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法及系统。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、通过地基形变监测雷达a、无人机形变监测雷达 b和无人机形变监测雷达c获取雷达图像；
5、对各雷达获取的遥感图像进行地理编码，将建筑结构目标在雷达斜距-方位向极坐标系下的二维图像坐标映射至在局部空间三维坐标；
6、依据雷达分布式组网监测迭代解算目标三维变形分量及变形速度；
7、所述无人机形变监测雷达c的布设位置通过以下方式确定：
8、首先依据坐标系右手准则及方向矢量，结合地基形变监测雷达a和无人机形变监测雷达b的已部署位置，初步确定无人机形变监测雷达c的候选点位；
9、在候选点位临近区域进行飞行位姿调整，在调整过程中，实时计算三维变换矩阵 m的条件数，根据条件数对变换矩阵 m进行稳定性评价，当变换矩阵 m满足可逆时，确定该位置为无人机形变监测雷达c的最终布设位置；
10、所述计算三维变换矩阵 m的条件数具体为：
11、，
12、其中，为三维变换矩阵 m的逆矩阵。
13、进一步地，所述无人机形变监测雷达 b布设在与受火建筑结构目标竖直方向平行的位置。
14、进一步地，所述变形速度的计算公式为：
15、，
16、其中， 为建筑结构目标三维变形速度，为建筑结构变形后的位置，为建筑结构初始位置， t为雷达监测采样周期。
17、本专利技术还提供一种基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测系统，包括地基形变监测雷达 a 、无人机形变监测雷达 b和无人机形变监测雷达c；所述地基形变监测雷达a由位移监测模块、辅助功能模块、红外热成像模块、智能控制平台、供电模块组成；所述无人机形变监测雷达b和无人机形变监测雷达c由位移监测模块、辅助功能模块、供电模块组成。
18、进一步地，所述位移监测模块包括全固态射频收发子模块、高速数据采集处理子模块、mcu 控制子模块，所述全固态射频收发子模块用于发射和接收调频连续波射频信号，所述高速数据采集处理子模块用于目标回波复信号模数采样，所述 mcu 控制子模块用于发送控制指令并接收来自各个模块的信息；
19、所述辅助功能模块包括视图采集子模块、位姿监测子模块、无线传输子模块，所述位姿监测子模块利用北斗卫星导航系统进行定位；所述无线传输子模块用于将监测数据发送到智能控制平台；所述位姿监测子模块用于；
20、所述智能控制平台用于发送时钟同步信号，实时接收雷达位移监测模块、辅助功能模块的监测数据，并依据雷达位姿数据迭代优化三维变换矩阵，完成建筑结构目标三维形变分解；
21、所述红外热成像模块用于实时监测受火建筑的温度分布情况，通过热成像技术呈现建筑不同部位的温度差异。
22、进一步地，所述供电模块用于为地基形变监测雷达a、无人机形变监测雷达b和无人机形变监测雷达c的各个模块电力供应。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
24、首先，其采用地基形变监测雷达 a 与无人机形变监测雷达 b、c 相结合的组网方式，实现了对受火建筑的全方位、多角度监测，既利用了地基雷达的稳定性，又发挥了无人机雷达的机动性和灵活性，克服了传统监测设备的单点探测局限。其次，系统中的三维变形处理方法通过精确的公式和迭代算法，能够根据雷达的测量数据准确地解算出局部空间坐标系下的三维变形分量并计算三维变形速度，为评估建筑结构的变形状态提供了量化且准确的数据。再者，通过对无人机形变监测雷达 b 的视线方向控制，使其与空间坐标系 z 轴近似平行，保证了对建筑结构目标竖直方向变形信息的精准获取。对于无人机形变监测雷达 c 的布设位置，通过独特的确定方式，即依据坐标系右手准则及方向矢量结合已部署雷达位置初步确定候选点位，并在临近区域进行飞行位姿调整，同时根据三维变换矩阵 m 的条件数评价其稳定性，确保矩阵可逆，从而保证了监测点位的科学性和可靠性，提高了监测结果的准确性。
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1.一种空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，所述无人机形变监测雷达 B布设在与受火建筑结构目标竖直方向平行的位置。
3.根据权利要求1所述的空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，所述变形速度的计算公式为：
4.一种基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测系统，其特征在于，包括地基形变监测雷达 A 、无人机形变监测雷达 B和无人机形变监测雷达C；所述地基形变监测雷达A 由位移监测模块、辅助功能模块、红外热成像模块、智能控制平台、供电模块组成；所述无人机形变监测雷达B和无人机形变监测雷达C由位移监测模块、辅助功能模块、供电模块组成。
5.根据权利要求4所述的基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测系统，其特征在于，所述位移监测模块包括全固态射频收发子模块、高速数据采集处理子模块、MCU 控制子模块，所述全固态射频收发子模块用于发射和接收调频连续波射频信号，所述高速数据采集处理子模块用于目标回波复信号模数采样，所述 MCU 控制子模
6.根据权利要求4所述的基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测系统，其特征在于，所述供电模块用于为地基形变监测雷达A、无人机形变监测雷达B和无人机形变监测雷达C提供电力供应。
...【技术特征摘要】
1.一种空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，所述无人机形变监测雷达 b布设在与受火建筑结构目标竖直方向平行的位置。
3.根据权利要求1所述的空-地遥感组网的受火建筑变形监测方法，其特征在于，所述变形速度的计算公式为：
4.一种基于空-地遥感组网的受火建筑变形监测系统，其特征在于，包括地基形变监测雷达 a 、无人机形变监测雷达 b和无人机形变监测雷达c；所述地基形变监测雷达a 由位移监测模块、辅助功能模块、红外热成像模块、智能控制平台、供电模块组成；所述无人机形变监测雷...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓琳，张浩，周国辉，任贵文，候杉山，王宇，
申请(专利权)人：中安国泰北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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