CN106949879A - 基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法 - Google Patents

基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及监测方法，具体涉及建筑监测。基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，包括一监测分析方法，监测分析方法包括以下五个步骤，步骤一，选取监测点、控制点并监测；步骤二，计算监测点三维坐标；步骤三，计算监测点三维坐标的变化趋势；步骤四，计算被测建筑物的变化信息；步骤五，通过物联网将变化信息备份。本方法相对于现有技术，可远程实时获取被测建筑物的大量物理信息和几何信息，并在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态以及部分恶劣环境等条件下完成建筑安全监测。整个监测过程无损、高效、安全、可靠、成本低。

Description

基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法
技术领域
本发明涉及监测方法，具体涉及建筑监测。
背景技术
随着国家对文化遗产，尤其是建筑遗产，保护力度的加强以及对现代居住、办公建筑安全标准的提升，古建筑监测及危房监测等相关的建筑监测类需求也逐渐增多，尤其是对建筑倾斜、沉降等核心要素的监测。目前，人们通常采用传统测绘技术对上述内容实施定期监测，然后这种监测方式具有耗时长、成本高、效率低、及时性差等弊端，也不利于后续分析。而基于其他类型物联网传感设备的远程实时监测，虽然一定程度上解决了效率和及时性问题，但也存在成本高、精度差、实施困难、对建筑造成干扰甚至损害等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，以解决上述至少一个技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，包括一监测分析方法，其特征在于，所述监测分析方法包括以下五个步骤，
步骤一，选取监测点、控制点并监测：通过在被测建筑物上选取至少一个监测点，在被测建筑周边选取至少四个控制点，至少两台测量相机拍照获取监测点处的图像信息；
步骤二，计算监测点三维坐标：所述测量相机将所述图像信息发送给计算机，所述计算机得出所述监测点的三维坐标；
步骤三，计算监测点三维坐标的变化趋势：通过所述测量相机获得不同时刻的所述图像信息，所述计算机得出所述监测点的三维坐标的变化趋势；
步骤四，计算被测建筑物的变化信息：通过监测点三维坐标的变化趋势计算被测建筑物整体的倾斜、沉降、层间位移的信息；
步骤五，通过物联网将变化信息备份：利用物联网技术手段远程实时对被测建筑物的数据进行监控及备份。
本方法相对于现有技术，可远程实时获取被测建筑物的大量物理信息和几何信息，并在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态以及部分恶劣环境等条件下完成建筑安全监测。整个监测过程无损、高效、安全、可靠、成本低。
所述步骤一中，至少两台所述测量相机的观测视野内均包括至少四个控制点。以便于通过参照固定不动的控制点，计算监测点的三维坐标。所述监测点位于至少四个所述控制点连线后围成的区域内。提高监测精度。
所述控制点设置在被测建筑周边不易发生位移的物体上，或人工建立控制点，或直接选取周边不易移动的物体上有特征的点作为控制点。
所述步骤一中，在建筑外立面选取至少一个监测点并进行标注，或直接选取被测建筑物上有明显特征的点位作为监测点。以便于检测。或在被测建筑物上设置易观测的物品作为监测点。
所述监测点均匀的布置在被测建筑外立面上。以便于检测被测建筑整体。
或，为了准确的分析被测建筑每一层面的变化，被测建筑的每层均被选取或者设置有所述监测点。
所述监测点、所述控制点的标记采用防水设计。且所述监测点、所述控制点的标记能确保长期可靠固定于物体表面。例如LED发光元件、涂有荧光层的挂件等。同时还可以便于夜间检测。
所述步骤一中，所述测量相机在确定畸变参数后，在监测过程中焦距保持不变。或，确定所述测量相机的焦距，在焦距不变的情况下通过校验板来确定相机的畸变参数。
由于控制点三维坐标固定。可通过所述测量相机对所述图像信息内控制点处的信息来实时反算相机的参数，实现相机本身姿态的实时自动校验功能，对相机可能发生的自身偏移进行“纠偏”处理，确保观测数据的可靠性。
所述步骤一中，至少两台测量相机对被测建筑进行实时监测，所述测量相机拍摄的图像信息中，被测建筑成像面积重叠度达到70％以上，同时至少两台所述测量相机均能观测到至少4个控制点、全部的监测点。
所述步骤三中，通过将所述测量相机的畸变参数及所述图像信息传输给计算机利用matlab程序进行运算，进而得出所述监测点的三维空间坐标数据。通过所述测量相机获得的不同时刻的所述图像信息得出所述监测点三维坐标数据随时间的变化量，并以第一次观测数据为基准，由此得出建筑物的整体中心偏移角及各部分沉降量。
所述测量相机可设置成30分钟/次、60分钟/次、120分钟/次、240分钟/次、480分钟/次、960分钟/次，或3600分钟/次观测被测建筑的图像信息。已针对偏移、沉降效率不同的被测建筑。
进而通过所述监测点三维坐标数据随时间的变化量及第一次观测得出的所述监测点三维坐标数据绘制出所述监测点的三维坐标的变化趋势图。以便于直观了解被测建筑变化程度。
在所述测量相机的拍摄间隔时间一定时，每次所述监测点的三维坐标数据变化量均比上一次所述监测点的三维坐标数据变化量增加时，缩短所述测量相机的拍摄间隔时间。同时设置一变化量阈值，当所述监测点的三维坐标数据变化量超过所述变化量阈值，通过计算机警示用户。
根据所述测量相机的拍摄间隔时间，对数据进行运算后，获得一所述监测点的三维坐标数据的数据库，进而获得单位时间内所述监测点的三维坐标数据的变化量的数据库。便于通过观测变化量变化，观测出被测建筑偏移、沉降趋势。通过单位时间内所述监测点的三维坐标数据的变化量的数据库形成一变化量的变化趋势图。以便于直观了解被测建筑的偏移、沉降趋势。
所述步骤五中，通过将得到的数据结果先写入现场数据库，再由远程服务定期发送命令将数据取回远程数据中心进行分析、备份。以提高数据安全性。
可以实时获取所需的被监测建筑物各类数据信息，数据将同时备份于现场和远程服务器中以供今后分析利用。
可以做到远程实时发送命令拍照查看现场监测情况，并取回相关分析数据，做到基于物联网的远程实时监测。
作为一种方案，所述测量相机有两台，两台所述测量相机拍摄的被测建筑的成像面积重叠度在70％～95％之间。成像面积重叠度在70％～95％之间便于以控制点为基础，观察被测建筑上的监测点的位置变化。同时此设计中仅采用两台相机，成本低，当满足重叠度在70％～95％之间时，两台相机之间的距离小，占地小，便于布置。两台相机适用于对称性的建筑，或者直径不大形态简单的塔类建筑。
作为另一种方案，所述测量相机为8台，8台所述测量相机环绕在被测建筑外围呈环状，相邻的两台相机间隔45度夹角，相邻两台所述测量相机的拍摄的图像信息中，被测建筑成像面积重叠度达到70％以上。8台相机监测效果好，对于形体复杂，或者保护级别较高的建筑则8台相机环绕建筑物按照间隔45度夹角来进行全方位监测的效果较佳。
附图说明
图1为本发明的部分结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参见图1，基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，包括一监测分析方法，监测分析方法包括以下五个步骤，步骤一，选取监测点3、控制点4并监测：通过在被测建筑物2上选取至少一个监测点3，在被测建筑周边选取至少四个控制点4，至少两台测量相机1拍照获取监测点处的图像信息；步骤二，计算监测点三维坐标：测量相机1将图像信息发送给计算机，计算机得出监测点的三维坐标；步骤三，计算监测点三维坐标的变化趋势：通过测量相机获得不同时刻的图像信息，计算机得出监测点的三维坐标的变化趋势；步骤四，计算被测建筑物的变化信息：通过监测点三维坐标的变化趋势计算被测建筑物整体的倾斜、沉降、层间位移的信息；步骤五，通过物联网将变化信息备份：利用物联网技术手段远程实时对被测建筑物的数据进行监控及备份。本方法相对于现有技术，可远程实时获取被测建筑物的大量物理信息和几何信息，并在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态以及部分恶劣环境等条件下完成建筑安全监测。整个监测过程无损、高效、安全、可靠、成本低。
步骤一中，至少两台测量相机的观测视野内均包括至少四个控制点。以便于通过参照固定不动的控制点，计算监测点的三维坐标。监测点位于至少四个控制点连线后围成的区域内。提高监测精度。
控制点设置在被测建筑周边不易发生位移的物体上，或人工建立控制点，或直接选取周边不易移动的物体上有特征的点作为控制点。
步骤一中，在建筑外立面选取至少一个监测点并进行标注，或直接选取被测建筑物上有明显特征的点位作为监测点。以便于检测。或在被测建筑物上设置易观测的物品作为监测点。
监测点均匀的布置在被测建筑外立面上。以便于检测被测建筑整体。
为了准确的分析被测建筑每一层面的变化，被测建筑的每层均被选取或者设置有监测点。
监测点、控制点的标记采用防水设计。且监测点、控制点的标记能确保长期可靠固定于物体表面。例如LED发光元件、涂有荧光层的挂件等。同时还可以便于夜间检测。
步骤一中，测量相机在确定畸变参数后，在监测过程中焦距保持不变。或，确定测量相机的焦距，在焦距不变的情况下通过校验板来确定相机的畸变参数。
由于控制点三维坐标固定。可通过测量相机对图像信息内控制点处的信息来实时反算相机的参数，实现相机本身姿态的实时自动校验功能，对相机可能发生的自身偏移进行“纠偏”处理，确保观测数据的可靠性。
步骤一中，至少两台测量相机对被测建筑进行实时监测，测量相机拍摄的图像信息中，被测建筑成像面积重叠度达到70％以上，同时至少两台测量相机均能观测到至少4个控制点、全部的监测点。
步骤三中，通过将测量相机的畸变参数及图像信息传输给计算机利用matlab程序进行运算，进而得出监测点的三维空间坐标数据。通过测量相机获得的不同时刻的图像信息得出监测点三维坐标数据随时间的变化量，并以第一次观测数据为基准，由此得出建筑物的整体中心偏移角及各部分沉降量。
测量相机可设置成30分钟/次、60分钟/次、120分钟/次、240分钟/次、480分钟/次、960分钟/次，或3600分钟/次观测被测建筑的图像信息。已针对偏移、沉降效率不同的被测建筑。
进而通过监测点三维坐标数据随时间的变化量及第一次观测得出的监测点三维坐标数据绘制出监测点的三维坐标的变化趋势图。以便于直观了解被测建筑变化程度。
在测量相机的拍摄间隔时间一定时，每次监测点的三维坐标数据变化量均比上一次监测点的三维坐标数据变化量增加时，缩短测量相机的拍摄间隔时间。同时设置一变化量阈值，当监测点的三维坐标数据变化量超过变化量阈值，通过计算机警示用户。
根据测量相机的拍摄间隔时间，对数据进行运算后，获得一监测点的三维坐标数据的数据库，进而获得单位时间内监测点的三维坐标数据的变化量的数据库。便于通过观测变化量变化，观测出被测建筑偏移、沉降趋势。通过单位时间内监测点的三维坐标数据的变化量的数据库形成一变化量的变化趋势图。以便于直观了解被测建筑的偏移、沉降趋势。
步骤五中，通过将得到的数据结果先写入现场数据库，再由远程服务定期发送命令将数据取回远程数据中心进行分析、备份。以提高数据安全性。
可以实时获取所需的被监测建筑物各类数据信息，数据将同时备份于现场和远程服务器中以供今后分析利用。
可以做到远程实时发送命令拍照查看现场监测情况，并取回相关分析数据，做到基于物联网的远程实时监测。
作为一种方案，测量相机有两台，两台测量相机拍摄的被测建筑的成像面积重叠度在70％～95％之间。成像面积重叠度在70％～95％之间便于以控制点为基础，观察被测建筑上的监测点的位置变化。同时此设计中仅采用两台相机，成本低，当满足重叠度在70％～95％之间时，两台相机之间的距离小，占地小，便于布置。两台相机适用于对称性的建筑，或者直径不大形态简单的塔类建筑。
作为另一种方案，测量相机为8台，8台测量相机环绕在被测建筑外围呈环状，相邻的两台相机间隔45度夹角，相邻两台测量相机的拍摄的图像信息中，被测建筑成像面积重叠度达到70％以上。8台相机监测效果好，对于形体复杂，或者保护级别较高的建筑则8台相机环绕建筑物按照间隔45度夹角来进行全方位监测的效果较佳。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，包括一监测分析方法，其特征在于，所述监测分析方法包括以下五个步骤，
步骤一，选取监测点、控制点并监测：通过在被测建筑物上选取至少一个监测点，在被测建筑周边选取至少四个控制点，至少两台测量相机拍照获取监测点处的图像信息；
步骤二，计算监测点三维坐标：所述测量相机将所述图像信息发送给计算机，所述计算机得出所述监测点的三维坐标；
步骤三，计算监测点三维坐标的变化趋势：通过所述测量相机获得不同时刻的所述图像信息，所述计算机得出所述监测点的三维坐标的变化趋势；
步骤四，计算被测建筑物的变化信息：通过监测点三维坐标的变化趋势计算被测建筑物整体的倾斜、沉降、层间位移的信息；
步骤五，通过物联网将变化信息备份：利用物联网技术手段远程实时对被测建筑物的数据进行监控及备份。
2.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述步骤一中，至少两台所述测量相机的观测视野内均包括至少四个控制点。
3.根据权利要求2所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述监测点位于至少四个所述控制点连线后围成的区域内。
4.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述监测点、所述控制点的标记采用防水设计。
5.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述测量相机在确定畸变参数后，在监测过程中焦距保持不变。
6.根据权利要求2所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：通过所述测量相机对所述图像信息内控制点处的信息来实时反算相机的参数，实现相机本身姿态的实时自动校验功能，对相机可能发生的自身偏移进行“纠偏”处理，确保观测数据的可靠性。
7.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述步骤一中，至少两台测量相机对被测建筑进行实时监测，所述测量相机拍摄的图像信息中，被测建筑成像面积重叠度达到70％以上，同时至少两台所述测量相机均能观测到至少4个控制点、全部的监测点。
8.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：在所述测量相机的拍摄间隔时间一定时，每次所述监测点的三维坐标数据变化量均比上一次所述监测点的三维坐标数据变化量增加时，缩短所述测量相机的拍摄间隔时间；同时设置一变化量阈值，当所述监测点的三维坐标数据变化量超过所述变化量阈值，通过计算机警示用户。
9.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述测量相机有两台，两台所述测量相机拍摄的被测建筑的成像面积重叠度在70％～95％之间。
10.根据权利要求1所述的基于摄影测量原理的物联网建筑三维实时监测分析方法，其特征在于：所述测量相机为8台，8台所述测量相机环绕在被测建筑外围呈环状，相邻的两台相机间隔45度夹角，相邻两台所述测量相机的拍摄的图像信息中，被测建筑成像面积重叠度达到70％以上。
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