CN105334862A - 基于bim的无人机监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的无人机监控方法及系统，包括步骤：实景采集操作步骤：操控无人机，向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；无人机定位步骤：在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；工况定位步骤：根据无人机图像采集位置得到工况位置。本发明将无人机与BIM模型相结合，使得空中监控得到的信息通过BIM模型进行记录、展示以及推送，从而提高了监控人员的工作效率，极大的节省了人力，并有助于缩短工期。

Description

基于BIM的无人机监控方法及系统

技术领域

本发明涉及属于无人机领域和BIM应用领域，具体地，涉及基于BIM的无人机监控方法及系统。

背景技术

BIM是BuildingInformationModeling的缩写，即建筑信息模型。是一种建筑全生命周期信息化管理技术。将流程包含在3D模型中进行仿真模拟，让建筑整个生命周期中任何阶段的工作人员都能使用到该模型。而无人机技术飞跃发展，自动化和智能化程度大大提升，利用无人机来代替人工监控建筑工程能够实现更精准的实景监控，并且与仿真监控相结合后使得监控工作变得更便捷实用。

经检索，发现相关专利文献：

申请号：201410854557.1

名称：一种施工现场监控设备

公开号：CN104486599A

该专利文献公开了一种施工现场监视设备，包括视频监视器、信号采集器、信号发射器、无线接收器和显示器，通过所述视频监控器对所述高压输电杆塔展放导线时的走板信息进行采集，用户通过显示器实时监控所述走板信息，因此极大减小了环境对监控动作的影响，因此进一步保证了施工安全有效的进行，并且极大程度上减小了监控人员的人体负荷，使监控工作变得轻松，从而提高了施工效率。其缺点是：难以对建筑外部、整体以及建筑俯视角度进行大范围、全局、多角度的监测，需要预先设置视频监视器，不适合于监控建筑外立面以及不断改变结构的建筑工地，视频监视器占用施工空间，工况位置的确认及通知停留在图纸阶段，不能直观清楚地展示工况以及对照建筑构件。

如上述专利文献等的传统监控建筑工程的技术方案中至少存在以下缺陷：

(1)实景监控方面：人工勘察并不全面，细致，当人工观察到楼层发现某个楼层有问题时，需要到那个楼层具体查看，这需要大量的人力，要及时掌握工程进展动态信息更是困难。

(2)仿真模拟方面：传统的项目文件采用二维平面设计图，并不能很好的与实物建筑对照，而且携带大量图纸在身边查阅起来也很浪费时间，对于不同的人群需要翻阅出不同的文件，这浪费大量的时间跟人力。

(3)信息传递方面：人工监控当发现问题时需要对问题进行确认然后通过打电话或者其他网络方式通知有关人员，有关人员再查阅资料确定问题再通知回去。有时候涉及到的人员众多，导致人员的通知需要花费很多的时间，并且难以确保能够及时通知到相关人员。此外，这种方式传递问题经常会表意不清且没有记录。

(4)工程进度方面：在工程中时间也是成本，企业融资的现象普遍存在，而如果工程进度缩短，项目超预期完成，企业就能够提前拿回资金。相反，工期延误会带来巨大的经济损失。进一步地，工程受到天气气候等诸多影响，传统的监控方式严重减慢了工程进度的开展。

(5)设备投入使用后的运维方面：设备投入使用后对其的运维管理需要花费很大的人力、财力，而通过设备上的检测模块可以实时的反馈到三维模型里，通过无人机进行监测可以形象地看到真实的场景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于BIM的无人机监控方法及系统，将无人机监控与BIM工程管理系统相结合以实行实时监控并管理工程。

根据本发明提供的一种基于BIM的无人机监控方法，包括如下步骤：

实景采集操作步骤：向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；

无人机定位步骤：在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；

无人机操纵步骤：通过如下任一种方式或任多种方式操纵无人机：

-实时控制无人机到达指定位置；

-将三维BIM模型中的位置所对应的实际地理位置作为无人机的指定位置；

-使无人机按照设定的轨迹巡航；

工况定位步骤：根据无人机图像采集位置得到工况位置。

优选地，所述无人机定位步骤，包括如下步骤：

卫星定位步骤：获取在实景图像采集时刻时，无人机的卫星定位位置；

模型定位步骤：将所述卫星定位位置转换为三维BIM模型中的坐标作为所述无人机图像采集位置。

优选地，所述无人机定位步骤，包括如下步骤：

相对构件定位步骤：获取在实景图像采集时刻时，无人机相对于建筑构件的位置；

定位解算步骤：根据无人机相对于建筑构件的位置以及建筑构件在三维BIM模型中的位置，得到无人机在三维BIM模型中的位置作为所述无人机图像采集位置。

优选地，所述工况定位步骤，包括如下步骤：

无人机视角获取步骤：获取无人机采集实景图像的视角方向矢量；

构件确认步骤：在三维BIM模型中，以无人机图像采集位置作为视角方向矢量的起点，检测视角方向矢量延伸线所触碰到的首个建筑构件，将所述首个建筑构件的位置作为工况位置。

优选地，还包括如下步骤：

工况信息推送步骤：将三维BIM模型中的工况位置以及采集到该工况位置的实景图像推送给用户。

根据本发明提供的一种基于BIM的无人机监控系统，包括如下装置：

实景展示操作装置：用于向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；

无人机定位装置：用于在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；

无人机操纵装置：用于通过如下任一种方式或任多种方式操纵无人机：

-实时控制无人机到达指定位置；

-将三维BIM模型中的位置所对应的实际地理位置作为无人机的指定位置；

-使无人机按照设定的轨迹巡航；

工况定位装置：用于根据无人机图像采集位置得到工况位置。

优选地，所述无人机定位装置，包括如下装置：

卫星定位装置：用于获取在实景图像采集时刻时，无人机的卫星定位位置；

模型定位装置：用于将所述卫星定位位置转换为三维BIM模型中的坐标作为所述无人机图像采集位置。

优选地，所述无人机定位装置，包括如下装置：

相对构件定位装置：用于获取在实景图像采集时刻时，无人机相对于建筑构件的位置；

定位解算装置：用于根据无人机相对于建筑构件的位置以及建筑构件在三维BIM模型中的位置，得到无人机在三维BIM模型中的位置作为所述无人机图像采集位置。

优选地，所述工况定位装置，包括如下装置：

无人机视角获取装置：用于获取无人机采集实景图像的视角方向矢量；

构件确认装置：用于在三维BIM模型中，以无人机图像采集位置作为视角方向矢量的起点，检测视角方向矢量延伸线所触碰到的首个建筑构件，将所述首个建筑构件的位置作为工况位置。

优选地，还包括如下装置：

工况信息推送装置：用于将三维BIM模型中的工况位置以及采集到该工况位置的实景图像推送给用户。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过控制无人机，在空中进行实景监控，对建筑图像进行实时摄影与拍照，使得监控更加精确、全面，并可以提高监控人员的工作效率。

2、本发明中无人机实景监控表现在如下情况：

当无人机以规定的线路进行常规往返巡视，此时不需要人工操纵，当实景设备检测到故障时会向无人机发送故障信号，包括构件的位置属性等。无人机接收到该信号会反馈给系统，弹出窗口提醒工作人员；此时工作人员可操纵上、下、左、右、前进、后退、旋转等按钮直接操控无人机飞至工况发生处，也可直接在BIM视图中点击某位置操作无人机直接飞至问题位置。也可直接全程人工控制，更细致全面的监控实景建造过程，极大的节省了人力，同时也能更清晰的记录下问题，从而及时发现问题，解决问题。

3、本发明通过无人机上安装高清摄像头进行实景拍摄，通过传输模块把视频信息实时反馈到后台设备。通过三维BIM模型和实景信息快速定位出工况位置，发生现状。

4、本发明结合BIM技术，每个建筑构件都设置有其关联的个人或部门，从而将工况位置以及工况的实景图像有针对性地推送给相关人员，工况均由各部门人员编辑发送。

5、本发明通过无人机能够获取整体、全局的建筑实景图像，并与BIM模型相对照，进行可以准确的知道施工进度，尤其是实现实景监控与仿真监控相结合，实时对现场进行监控、管理，可以大为缩短工期，对后期的运维也有很大的帮助。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明提供的一种基于BIM的无人机监控系统的结构示意图。

图2为根据本发明提供的一种基于BIM的无人机监控方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于BIM的无人机监控系统，包括如下装置：

实景展示操作装置：用于向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；

无人机定位装置：用于在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；

工况定位装置：用于根据无人机图像采集位置得到工况位置；

无人机操纵装置：用于通过如下任一种方式或任多种方式操纵无人机：

-实时控制无人机到达指定位置，例如，在无人机操纵面板上，通过按压上、下、左、右、前进、后退、旋转等按钮远程操控无人机，到达指定位置；

-将三维BIM模型中的位置所对应的实际地理位置作为无人机的指定位置，其中，可以在三维BIM模型的视图中通过点击来确定无人机要达到的指定位置；

-使无人机按照设定的轨迹巡航；

工况信息推送装置：用于将三维BIM模型中的工况位置以及采集到该工况位置的实景图像推送给用户；

无人机机动控制装置：用于控制无人机进行机动；

无人机监控视角控制装置：用于控制无人机的图像采集视角；

实景图像展示装置：用于展示无人机采集的实景图像；

实景图像文件管理模块：用于管理实景图像，例如删除、查看实景图像，并查看实景图像采集的历史记录等；

仿真展示操作模块：用于展示三维BIM模型，并可对三维BIM模型进行放大、缩小、旋转等操作；

楼层剖面操作模块：用于对三维BIM模型进行分层以及纵向横向解剖，查看内部细节；

楼层三维数据展示模块：用于展示三维BIM模型中各个建筑构件的各类属性，该属性包括长宽高、材料等等，可根据用户需求进行设定；

自动感应故障模块：实景设备上安装有传感器，当实景设备发生故障时，传感器检测到故障并发出故障信号，自动感应装置将接收到故障信号反馈给用户。

在优选例中，所述无人机定位装置，包括如下装置：

卫星定位装置：用于获取在实景图像采集时刻时，无人机的卫星定位位置；

模型定位装置：用于将所述卫星定位位置转换为三维BIM模型中的坐标作为所述无人机图像采集位置。

在优选例中，所述无人机定位装置，包括如下装置：

相对构件定位装置：用于获取在实景图像采集时刻时，无人机相对于建筑构件的位置；

定位解算装置：用于根据无人机相对于建筑构件的位置以及建筑构件在三维BIM模型中的位置，得到无人机在三维BIM模型中的位置作为所述无人机图像采集位置。

在优选例中，所述工况定位装置，包括如下装置：

无人机视角获取装置：用于获取无人机采集实景图像的视角方向矢量；

构件确认装置：用于在三维BIM模型中，以无人机图像采集位置作为视角方向矢量的起点，检测视角方向矢量延伸线所触碰到的首个建筑构件，将所述首个建筑构件的位置作为工况位置。

所述基于BIM的无人机监控系统可以通过本发明提供的一种基于BIM的无人机监控方法的步骤流程实现。本领域技术人员可以将所述基于BIM的无人机监控方法理解为所述基于BIM的无人机监控系统的一个具体实施方式。具体地，根据本发明提供的一种基于BIM的无人机监控方法，包括如下步骤：

实景采集操作步骤：向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；

无人机定位步骤：在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；

无人机操纵步骤：用于通过如下任一种方式或任多种方式操纵无人机：

-实时控制无人机到达指定位置，例如，在无人机操纵面板上，通过按压上、下、左、右、前进、后退、旋转等按钮远程操控无人机，到达指定位置；

-将三维BIM模型中的位置所对应的实际地理位置作为无人机的指定位置，其中，可以在三维BIM模型的视图中通过点击来确定无人机要达到的指定位置；

-使无人机按照设定的轨迹巡航；

工况定位步骤：根据无人机图像采集位置得到工况位置；进一步地，可以根据无人机反馈回来的真实的施工进度在三维模型中通过BIM工程师添加时间维度可生成四维BIM模型进行施工进度模拟；

工况信息推送步骤：将三维BIM模型中的工况位置以及采集到该工况位置的实景图像推送给用户；具体地，可以根据无人机反馈回来的实景图像信息，经过数据库分析删选出对应工况关联的个人或部门，通过邮件或信息的形式发送出去；还可以根据无人机反馈回来的视频等实景图像直观清楚的看到施工进度，经过通过后台数据库的处理把施工进度生成日志的形式反馈给业主；

无人机机动控制步骤：控制无人机进行机动，例如控制无人机进行前进、后退，上升、下降、左转、右转等；

无人机监控视角控制步骤：控制无人机的图像采集视角，例如控制无人机的图像采集视角进行放大、缩小、旋转等操作，也可进行拍照操作；

实景图像展示步骤：展示无人机采集的实景图像；

实景图像文件管理步骤：管理实景图像，例如删除、查看实景图像，并查看实景图像采集的历史记录等；

仿真展示操作步骤：展示三维BIM模型，并可对三维BIM模型进行放大、缩小、旋转等操作；

楼层剖面操作步骤：对三维BIM模型进行分层以及纵向横向解剖，查看内部细节；

楼层三维数据展示步骤：展示三维BIM模型中各个建筑构件的各类属性，该属性包括长宽高、材料等等，可根据用户需求进行设定；

自动感应故障步骤：实景设备上安装有传感器，当实景设备发生故障时，传感器发出故障信号，无人机将接收到故障信号反馈给用户；

在优选例中，所述无人机定位步骤，包括如下步骤：

卫星定位步骤：获取在实景图像采集时刻时，无人机的卫星定位位置(例如相对于地表的三维坐标位置)；

模型定位步骤：将所述卫星定位位置转换为三维BIM模型中的坐标作为所述无人机图像采集位置。

具体地，无人机可以在拍摄的实景图像的属性中记录拍摄时间或者拍摄时的卫星定位位置，这样，可以从无人机的巡航记录中根据拍摄时间查找到对应的卫星定位位置或者直接从实景图像的属性中获取卫星定位位置；然后根据三维BIM模型与卫星定位坐标的相对位置以及无人机的卫星定位位置，得到无人机在三维BIM模型中的坐标。

为了获取无人机的高度定位，在无人机上安装激光测距模块，通过激光测距模块得到无人机的飞行高度信息，具体地，可以采用的方法如下：

将激光测距模块测得的激光测距模块自身相对于地面的高度；

利用激光测距模块对建筑构件上的至少三个激光测距感应点进行测距，得到测距结果；

根据激光测距模块自身相对于地面的高度以及所述测距结果，计算出无人机相对降落平面的俯仰角、滚转角以及无人机相对于建筑的位置信息。

其中，在建筑构件上均匀安装有激光测距感应点。

在优选例中，所述无人机定位步骤，包括如下步骤：

相对构件定位步骤：获取在实景图像采集时刻时，无人机相对于建筑构件的位置；

定位解算步骤：根据无人机相对于建筑构件的位置以及建筑构件在三维BIM模型中的位置，得到无人机在三维BIM模型中的位置作为所述无人机图像采集位置。

具体地，在至少3个建筑构件上安装传感器作为基站，利用三角定位法得到无人机相对于建筑构件的位置。

在优选例中，所述工况定位步骤，包括如下步骤：

无人机视角获取步骤：获取无人机采集实景图像的视角方向矢量；

构件确认步骤：在三维BIM模型中，以无人机图像采集位置作为视角方向矢量的起点，检测视角方向矢量延伸线所触碰到的首个建筑构件，将所述首个建筑构件的位置作为工况位置。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于BIM的无人机监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

实景采集操作步骤：向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；

无人机定位步骤：在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；

无人机操纵步骤：通过如下任一种方式或任多种方式操纵无人机：

-实时控制无人机到达指定位置；

-将三维BIM模型中的位置所对应的实际地理位置作为无人机的指定位置；

-使无人机按照设定的轨迹巡航；

工况定位步骤：根据无人机图像采集位置得到工况位置。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的无人机监控方法，其特征在于，所述无人机定位步骤，包括如下步骤：

卫星定位步骤：获取在实景图像采集时刻时，无人机的卫星定位位置；

模型定位步骤：将所述卫星定位位置转换为三维BIM模型中的坐标作为所述无人机图像采集位置。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的无人机监控方法，其特征在于，所述无人机定位步骤，包括如下步骤：

相对构件定位步骤：获取在实景图像采集时刻时，无人机相对于建筑构件的位置；

定位解算步骤：根据无人机相对于建筑构件的位置以及建筑构件在三维BIM模型中的位置，得到无人机在三维BIM模型中的位置作为所述无人机图像采集位置。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的无人机监控方法，其特征在于，所述工况定位步骤，包括如下步骤：

无人机视角获取步骤：获取无人机采集实景图像的视角方向矢量；

构件确认步骤：在三维BIM模型中，以无人机图像采集位置作为视角方向矢量的起点，检测视角方向矢量延伸线所触碰到的首个建筑构件，将所述首个建筑构件的位置作为工况位置。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的无人机监控方法，其特征在于，还包括如下步骤：

工况信息推送步骤：将三维BIM模型中的工况位置以及采集到该工况位置的实景图像推送给用户。

6.一种基于BIM的无人机监控系统，其特征在于，包括如下装置：

实景展示操作装置：用于向无人机发送图像采集指令，并获取无人机根据图像采集指令所采集到的实景图像；

无人机定位装置：用于在三维BIM模型中生成无人机图像采集位置；其中，所述无人机图像采集位置是指：在实景图像采集时刻时，无人机在三维BIM模型中的位置；

无人机操纵装置：用于通过如下任一种方式或任多种方式操纵无人机：

-实时控制无人机到达指定位置；

-将三维BIM模型中的位置所对应的实际地理位置作为无人机的指定位置；

-使无人机按照设定的轨迹巡航；

工况定位装置：用于根据无人机图像采集位置得到工况位置。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的无人机监控系统，其特征在于，所述无人机定位装置，包括如下装置：

卫星定位装置：用于获取在实景图像采集时刻时，无人机的卫星定位位置；

模型定位装置：用于将所述卫星定位位置转换为三维BIM模型中的坐标作为所述无人机图像采集位置。

8.根据权利要求6所述的基于BIM的无人机监控系统，其特征在于，所述无人机定位装置，包括如下装置：

相对构件定位装置：用于获取在实景图像采集时刻时，无人机相对于建筑构件的位置；

定位解算装置：用于根据无人机相对于建筑构件的位置以及建筑构件在三维BIM模型中的位置，得到无人机在三维BIM模型中的位置作为所述无人机图像采集位置。

9.根据权利要求6所述的基于BIM的无人机监控系统，其特征在于，所述工况定位装置，包括如下装置：

无人机视角获取装置：用于获取无人机采集实景图像的视角方向矢量；

构件确认装置：用于在三维BIM模型中，以无人机图像采集位置作为视角方向矢量的起点，检测视角方向矢量延伸线所触碰到的首个建筑构件，将所述首个建筑构件的位置作为工况位置。

10.根据权利要求6所述的基于BIM的无人机监控系统，其特征在于，还包括如下装置：

工况信息推送装置：用于将三维BIM模型中的工况位置以及采集到该工况位置的实景图像推送给用户。