(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210653638.X (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 (72)发明人 郭立平　余志祥　田永丁　廖林绪　 张丽君　 (74)专利代理 机构 成都东恒知盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51304 专利代理师 罗江 (51)Int.Cl. G06V 20/40(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06T 7/246(2017.01) G06K 9/00(2022.01) (54)发明名称 非接触式落石防护动态响应信号自动识别 及反馈方法 (57)摘要 本发明涉及边坡落石灾害防护技术领域， 涉 及一种非接触式落石防护动态响应信号自动识 别及反馈方法， 其包括如下步骤： 步骤(1)： 摄像 机位布置及冲击过程高速视频录制； 步骤(2)： 像 素‑距离比例因子计算与校准； 步骤(3)： 落石冲 击运动轨迹自动识别； 步骤(4)： 时域含噪信号频 域分析及其能量 分布； 步骤(5)： 高斯函数与高斯 小波族选择； 步骤(6)： 信号伪频率确定与尺度参 数选择； 步骤(7)： 时域含噪信号与高斯小波的卷 积运算； 步骤(8)： 落石 运动位移、 速度、 加速度信 号反馈及其自洽性检查。 本发明实现了非接触式 落石防护动态响应信号的自动识别及实时反馈 。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114898278 A 2022.08.12 CN 114898278 A 1.非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤(1)： 摄 像机位布置及冲击过程高速 视频录制； 步骤(2)： 像素 ‑距离比例因子计算与校准； 步骤(3)： 落石冲击运动轨 迹自动识别； 步骤(4)： 时域含噪信号频域分析及其能量分布； 步骤(5)： 高斯 函数与高斯小 波族选择； 步骤(6)： 信号伪频率确定与尺度参数选择； 步骤(7)： 时域含噪信号与高斯小 波的卷积运 算； 步骤(8)： 落石运动位移、 速度、 加速度信号反馈及其自洽 性检查。 2.根据权利要求1所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(1)中， 根据柔性防护网安装位置架设2台高速摄像机， 摄像机机位与录制目标 之间因满足不同距离、 不同角度要求； 设置摄像机帧率， 对冲击全过程进行录制； 摄像机最 小帧率应满足采样定理要求， 最大帧率应当保证录制时间能够大于或等于冲击全过程时 长。 3.根据权利要求1所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(2)中， 选择高速视频画面中的不同目标物体， 分别测量各个目标物体的实际 特征长度； 记录高速视频画面中选定目标物体所占的像素数量， 根据视频画面像素与特征 长度之间的一 一对应关系计算像素 ‑距离比例因子 。 4.根据权利要求1所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(3)中， 在视频画 面中标注落石轮廓， 通过调节画 面对比度、 亮度选取落石运动 捕捉的特征点； 在冲击全过程中应保证落石特征点不被完全遮挡； 结合运动分析技术实现 对落石特征点的自动捕捉及落石运动轨迹的自动识别； 通过步骤(2)中计算的像素 ‑距离比 例因子将落石运动过程的捕捉像素点 转换为落石位移时域信号fM[tn]， 其中n＝1,2,…,N。 5.根据权利要求4所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(4)中， 对步骤(3)中获得的落石位移时域信号 fM[tn]进行离散傅里叶变换， 得 到落石运动信号的傅里叶变换 结果F(ωk)： 其中ωk为信号的频率值； 根据落石位移时域信号的离散傅里叶变换结果， 可进一步获 得信号的频域能量Efreq： 记录能量占比为0～90％及能量占比为0～99％的信号频段， 该能量段的频率记为ω90 及ω99。 6.根据权利要求1所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(5)中， 高斯函数是概率统计与随机信号分析应用中最重要的函数之一， 高斯 函数g(t)的表达式为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114898278 A 2其中C、 α 为常数； 高斯 函数的傅里叶变换 仍然为高斯 函数： 高斯函数具有光滑的无穷阶导数， 且高斯函数的n阶导数具备小波函数振荡、 能量有限 的特征， 通过对高斯 函数的n阶微分运 算， 可以生成n个高斯母小 波： 对小波函数gn(t)做伸缩、 平 移变换可以得到一系列小 波函数， 称为小 波函数族： 其中gu,s(t)称为高斯小 波函数族， s称为尺度参数、 u称为平 移参数。 7.根据权利要求1所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(6)中， 小波尺度参数并不等同于工程中更容易理解的傅里叶频率； 小波尺度 参数s对应 的信号频域特征采用伪频率fs表示， 尺度参数与伪频率的对应关系可由下式换 算： 其中Δt＝1/fsamp为时域信号的采样时间间隔， fsamp为采样频率， fc＝ωc/2 π为小波中心 频率， 对于时域冲 击信号， 更关注大于零的频率成分， 选定小波变换中采用的母小波函数 gn (t)后， 母小 波时间中心 tc、 角频率中心ωc可由下式计算： 8.根据权利要求1所述的非接触式落石防护动态响应信号自动识别及反馈方法， 其特 征在于： 步骤(7)中， 对步骤(2)中获得的落石位移信号与步骤(5)中选择的高斯小波进行卷 积运算， 得到时域含噪信号的高斯小 波变换结果GWT(u,s)： 其中 为g(t)的复共轭； 根据卷积运算的微分性质， 高斯小波 变 换最终可以写为以下 形式： 上式表明， 选择高斯小波进行小波变换的表达式中显式地包含了含微分运算dn/dun与 卷积运算f(u)*gs(u)； 由于高斯函数在实数域积分不为零性质， 卷积运算解释为函数f在核 函数gs(u)的加权平均平滑过程， 不同阶数的高斯小波对应着对原始含噪信号的不同阶数权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114898278 A 3