CN109685362A - 基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统及评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，包括：摄像机，其摄像口朝向设置在建筑物上的标记物；湿度传感器，其用于检测所述建筑物的环境湿度；可见光图像探测器，通过可见光镜头的滤波成像作用，在可见光图像探测器靶面上对待测建筑物外墙可见光波段滤波成像，得到的待测建筑物外墙可见光图像，转换为图像数据；红外图像探测器，通过红外镜头的滤波成像作用，在红外图像探测器靶面上对待测建筑物外墙红外波段滤波成像，得到建筑物外墙红外图像，转换为图像数据。本发明为解决目前的技术不足之处，提供了基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，能够全面检测建筑物的质量，并进行信息自动化处理。

Description

基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统及评估方法

技术领域

本发明涉及建筑遗产保护领域，尤其涉及基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统及评估方法。

背景技术

文化遗产在定义上可分为有形文化遗产(物质文化遗产)和无形文化遗产(非物质文化遗产)。有形文化遗产包括历史文物、历史建筑、人类文化遗址。无形文化遗产是指人类在生产及生活实践过程中的表现形式、知识和技能及其有关的工具、实物、工艺品和特定场所。不同类型文化遗产，具有不同的特质及价值元素。当前对待文化遗产的方式是简单粗暴的，保护方法也是单一原始的，缺少专项问题专项解决和多元价值多方法对应的成熟体系。

当今世界对于文化遗产的保护以及开始向着区域化、整体性的趋势发展。历史建筑在保存过程中，会因为地基沉降，地震、振动、受力构件的损坏等原因而倾斜、沉降。严重情况下，倾斜沉降的发生、发展会导致建筑物的毁坏。同样，由于历史建筑的古老性，很多通风或者防火措施更不上时代，再加上很多历史建筑对外开放，在向世人展示的同时，也被世人所消耗，对建筑造成了一定的损伤。对于文物保护需要而言，传统的监测方法无法实现对文物建筑倾斜、沉降变化状态的及时掌握，不能在发生问题的开始阶段就发现文物建筑面临的风险，实现文物保护的“防患于未然”。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，能够全面检测建筑物的质量，并进行信息自动化处理。

本发明还提供了基于智能网络构建建筑遗产保护的评估方法，可对建筑物进行合理、精确的评估，以及时作出调整。

本发明提供的技术方案为：基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，包括：

摄像机，其摄像口朝向设置在建筑物上的标记物；

湿度传感器，其用于检测所述建筑物的环境湿度；

可见光图像探测器，通过可见光镜头的滤波成像作用，在可见光图像探测器靶面上对待测建筑物外墙可见光波段滤波成像，得到的待测建筑物外墙可见光图像，转换为图像数据；

红外图像探测器，通过红外镜头的滤波成像作用，在红外图像探测器靶面上对待测建筑物外墙红外波段滤波成像，得到建筑物外墙红外图像，转换为图像数据。

优选的是，还包括：

采集模块，其采集建筑物的指标信息数据；

数据接收与存储模块，其接收所述采集模块发送的信息；

服务模块，其接收所述数据接收与存储模块发送的数据，并将所述指标信息数据与其内部的技术指标标准库中的数据进行比对，得出每一项指标信息的偏差值；

显示模块，其与所述服务模块连接，用于显示所述指标信息数据与偏差值。

优选的是，

所述摄像机为3台，分别为第一摄像机、第二摄像机和第三摄像机，所述第一摄像机与所述标记物构成的直线与所述第二摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间，所述第一摄像机与所述标记物构成的直线与所述第三摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间，所述第三摄像机与所述标记物构成的直线与所述第二摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间。

优选的是，所述服务模块通过图像分割算法，将待测建筑物外墙可见光图像中不同表面组成材质进行区域划分，并按照待测建筑物外墙表面真实温度计算公式以及红外图像每个像素点所处区域对应的表面红外发射率，对待测建筑物外墙红外图像对应各个像素点的表面温度进行计算，计算式如下：

其中，γ为建筑物外墙的表面红外发射率，τ为大气光谱透射率，T_m为发射率为黑体发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的指定位置表面温度，该温度由黑体标定获得，T_u为环境温度，ε为大气辐射率，T_a为大气温度，n为红外探测器工作波段参数。

优选的是，所述技术指标标准库包括不同种类的建筑材料及其特性、国家标准中规定的建筑材料指标要求。

基于智能网络构建建筑遗产保护评估方法，包括以下步骤：

步骤一、安装监测点标识；

步骤二、确定摄像机的安装位置；

步骤一、测量被测建筑物的高度、环境湿度、大气压力，并通过图像采集监测点标识、采集被测建筑物的外墙面的图片；

步骤二、图像处理得到对应各个像素点的表面温度、建筑物的倾斜角度；

步骤三、计算安全评估因子当f≥1时，被测建筑物安全；当f＜1时，被测建筑物需要维护，其中T′为被测建筑物的外墙面的温度系数，K为被测建筑物的外墙面的平均湿度，θ为被测建筑物的倾斜角度，H为被测建筑物的高度，κ为校正系数。

优选的是，所述步骤一中建筑物倾斜角度测试方法具体包括：

步骤a、安装监测点标识；

步骤b、通过被测建筑物的高度确定摄像机的安装位置；

步骤c、拍摄图像。

优选的是，被测建筑物的外墙面的温度系数T′满足：

其中，T₀为常温，为被测建筑物的外墙体的平均温度，P₀为标准大气压，P为被测建筑物处环境气压。

优选的是，所述步骤二中各个像素点的表面温度确定方法如下：

通过图像分割算法，将待测建筑物外墙可见光图像中不同表面组成材质进行区域划分，并按照待测建筑物外墙表面真实温度计算公式以及红外图像每个像素点所处区域对应的表面红外发射率，对待测建筑物外墙红外图像对应各个像素点的表面温度进行计算，计算式如下：

其中，γ为建筑物外墙的表面红外发射率，τ为大气光谱透射率，T_m为发射率为黑体发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的指定位置表面温度，该温度由黑体标定获得，T_u为环境温度，ε为大气辐射率，T_a为大气温度，n为红外探测器工作波段参数。

本发明所述的有益效果：本发明提供了基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统及评估方法，能够实现对建筑物保护质量的自动化评估，对建筑物评估信息化、自动化、准确化，减少人工工作量和误差。监测精度高，能够连续监测、自动评估的显著特点。本发明的适用范围广，能够从整体上保护建筑遗产，也能对其前期保护工作作出评估，以便及时作出调整。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明的基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，包括：摄像机，摄像机的摄像口朝向设置在建筑物上的标记物；经纬仪用来测量被测建筑物的高度。湿度传感器，其设置在所述建筑物表面，用于检测所述建筑物的环境湿度；可见光图像探测器，含有可见光镜头，通过可见光镜头的滤波成像作用，在所述的可见光图像探测器靶面上对待测建筑物外墙可见光波段滤波成像，得到的待测建筑物外墙可见光图像，转换为图像数据；红外图像探测器，含有红外镜头，通过所述的红外镜头的滤波成像作用，在红外图像探测器靶面上对待测建筑物外墙红外波段滤波成像，得到建筑物外墙红外图像，转换为图像数据。

本发明的基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统还包括：采集模块、数据接收与存储模块、服务模块、显示模块，采集模块与摄像机、湿度传感器、可见光图像探测器、红外图像探测器连接，接收其检测的数据，采集模块与数据接收与存储模块连接，数据接收与存储模块与服务模块连接，服务模块与显示模块连接。

采集模块采集建筑物的指标信息数据，并能通过输出的同步信号，实现所述可见光、红外图像探测器光电转换帧频的同步触发及图像数据采集；数据接收与存储模块接收所述采集模块发送的信息；服务模块接收所述数据接收与存储模块发送的数据，并将所述指标信息数据与其内部的技术指标标准库中的数据进行比对，得出每一项指标信息的偏差值；服务模块中包含有图片处理模块，图片处理模块通过图像分割算法，将采集到的建筑物可见光图像的不同材料部位进行区域划分，为不同材料区域红外温度反演计算所需的红外发射率选取提供位置信息。显示模块，其与所述服务模块连接，用于显示所述指标信息数据与偏差值。所述技术指标标准库包括不同种类的建筑材料及其特性、国家标准中规定的建筑材料指标要求。

所述摄像机为3台，分别为第一摄像机、第二摄像机和第三摄像机，所述第一摄像机与所述标记物构成的直线与所述第二摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间，所述第一摄像机与所述标记物构成的直线与所述第三摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间，所述第三摄像机与所述标记物构成的直线与所述第二摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间。

所述服务模块通过图像分割算法，将待测建筑物外墙可见光图像中不同表面组成材质进行区域划分，并按照待测建筑物外墙表面真实温度计算公式以及红外图像每个像素点所处区域对应的表面红外发射率，对待测建筑物外墙红外图像对应各个像素点的表面温度T进行计算，计算式如下：

其中，γ为建筑物外墙的表面红外发射率，τ为大气光谱透射率，T_m为发射率为黑体发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的指定位置表面温度，该温度由黑体标定获得，T_u为环境温度，ε为大气辐射率，T_a为大气温度，n为红外探测器工作波段参数，可通过查表得知。

建筑物外墙的表面红外发射率γ可通过标定确定，将建筑物表面设置多个温度传感器，测量不同区域的实际温度，然后根据以上公式(其中T则为实际温度传感器测得的建筑物表面温度)标定求解出建筑物外墙的表面红外发射率。

本发明还提供了基于智能网络构建建筑遗产保护评估方法，包括以下步骤：

步骤一、安装标记物；

步骤二、测量被测建筑物的高度，通过被测建筑物的高度确定摄像机的安装位置；

步骤三、测量被测建筑物的环境湿度、大气压力，并通过图像采集监测点标识、采集被测建筑物的外墙面的图片；

步骤四、服务模块中的图像处理模块处理得到图像的对应各个像素点的表面温度、解析标记物的图像获得其三维坐标来确定建筑物的倾斜角度；

步骤五、计算安全评估因子当f≥1时，被测建筑物安全；当f＜1时，被测建筑物需要维护，其中T′为被测建筑物的外墙面的温度系数，K为被测建筑物的外墙面的平均湿度，θ为被测建筑物的倾斜角度，H为被测建筑物的高度，κ为校正系数，数值1.2。

被测建筑物的外墙面的温度系数T′满足：

其中，T₀为常温，为被测建筑物的外墙体的平均温度，通过待测建筑物外墙红外图像对应各个像素点的表面温度求平均值可得，P₀为标准大气压，P为被测建筑物处环境气压。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，其特征在于，包括：

摄像机，其摄像口朝向设置在待测建筑物上的标记物；

湿度传感器，其用于检测所述待测建筑物的环境湿度；

可见光图像探测器，通过可见光镜头的滤波成像作用，在可见光图像探测器靶面上对待测建筑物外墙可见光波段滤波成像，得到的待测建筑物外墙可见光图像，转换为图像数据；

红外图像探测器，通过红外镜头的滤波成像作用，在红外图像探测器靶面上对待测建筑物外墙红外波段滤波成像，得到建筑物外墙红外图像，转换为图像数据。

2.根据权利要求1所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，其特征在于，还包括：

采集模块，其采集待测建筑物的指标信息数据；

数据接收与存储模块，其接收所述采集模块发送的信息；

服务模块，其接收所述数据接收与存储模块发送的数据，并将所述指标信息数据与其内部的技术指标标准库中的数据进行比对，得出每一项指标信息的偏差值；

显示模块，其与所述服务模块连接，用于显示所述指标信息数据与偏差值。

3.根据权利要求1所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，其特征在于，

所述摄像机为3台，分别为第一摄像机、第二摄像机和第三摄像机，所述第一摄像机与所述标记物构成的直线与所述第二摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间，所述第一摄像机与所述标记物构成的直线与所述第三摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间，所述第三摄像机与所述标记物构成的直线与所述第二摄像机与所述标记物构成的直线间夹角在0-90°之间。

4.根据权利要求2所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，其特征在于，

所述服务模块通过图像分割算法，将待测建筑物外墙可见光图像中不同表面组成材质进行区域划分，并按照待测建筑物外墙表面真实温度计算公式以及红外图像每个像素点所处区域对应的表面红外发射率，对待测建筑物外墙红外图像对应各个像素点的表面温度进行计算，计算式如下：

其中，γ为建筑物外墙的表面红外发射率，τ为大气光谱透射率，T_m为发射率为黑体发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的指定位置表面温度，该温度由黑体标定获得，T_u为环境温度，ε为大气辐射率，T_a为大气温度，n为红外探测器工作波段参数。

5.根据权利要求4所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估系统，其特征在于，

所述技术指标标准库包括不同种类的建筑材料及其特性、国家标准中规定的建筑材料指标要求。

6.基于智能网络构建建筑遗产保护评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、安装监测点标识；

步骤二、确定摄像机的安装位置；

步骤一、测量被测建筑物的高度、环境湿度、大气压力，并通过图像采集监测点标识、采集被测建筑物的外墙面的图片；

步骤二、图像处理得到对应各个像素点的表面温度、建筑物的倾斜角度；

步骤三、计算安全评估因子当f≥1时，被测建筑物安全；当f＜1时，被测建筑物需要维护，其中T′为被测建筑物的外墙面的温度系数，K为被测建筑物的外墙面的平均湿度，θ为被测建筑物的倾斜角度，H为被测建筑物的高度，κ为校正系数。

7.根据权利要求6所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估方法，其特征在于，所述步骤一中建筑物倾斜角度测试方法具体包括：

步骤a、安装监测点标识；

步骤b、通过被测建筑物的高度确定摄像机的安装位置；

步骤c、拍摄图像。

8.根据权利要求6所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估方法，其特征在于，被测建筑物的外墙面的温度系数T′满足：

其中，T₀为常温，为被测建筑物的外墙体的平均温度，P₀为标准大气压，P为被测建筑物处环境气压。

9.根据权利要求8所述的基于智能网络构建建筑遗产保护评估方法，其特征在于，所述步骤二中各个像素点的表面温度确定方法如下：

通过图像分割算法，将待测建筑物外墙可见光图像中不同表面组成材质进行区域划分，并按照待测建筑物外墙表面真实温度计算公式以及红外图像每个像素点所处区域对应的表面红外发射率，对待测建筑物外墙红外图像对应各个像素点的表面温度进行计算，计算式如下：

其中，γ为建筑物外墙的表面红外发射率，τ为大气光谱透射率，T_m为发射率为黑体发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的指定位置表面温度，该温度由黑体标定获得，T_u为环境温度，ε为大气辐射率，T_a为大气温度，n为红外探测器工作波段参数。