CN110645901A - 建筑工程动态监测系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑工程动态监测系统及使用方法，监测系统包括数据采集模块、数据处理模块和控制模块，数据处理模块与数据采集模块和控制模块分别连接，其中：数据采集模块，包括图像采集单元和位移信息采集单元，图像采集单元用于采集目标建筑物图像信息，位移信息采集单元用于采集数据采集模块位置信息；数据处理模块，用于接收数据采集模块发来的图像信息和位置信息；控制模块，用于接收数据处理模块的控制信号，控制模块还控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变。与现有技术相比，本发明提供的监测系统，能使监测时图像采集单元的位置与初始状态位置一致，避免因测量装置的位置偏移产生误差。

Description

建筑工程动态监测系统及使用方法

技术领域

本发明涉及建筑工程，具体是建筑工程动态监测系统及使用方法。

背景技术

建筑工程监测主要包括施工过程监测和运营阶段监测。施工过程监测主要是通过建立理论分析模型和测试系统，在施工过程中监测已完成的工程状况，收集相关参数，与理论计算进行比较，分析调整施工过程中产生的误差，同时预测后续施工过程可能出现的问题。施工过程受力、位移监测可以保证施工安全，防止重大安全事故。运营阶段监测是由于各类结构材料的使用寿命有限，由于各种原因造成的材料老化会导致结构受力变化，以及地理因素会导致建筑物位移和关键受力构件变形，造成不可预见的事故。因此对关键受力构件的长期监测是非常必要的，同时通过对建筑位移、沉降进行长期监测，防止地质原因造成突变发成事故。

建筑工程监测主要针对的是建筑物结构的长期微小变化，需要长期持续性的监测，现有技术一般将大量测量装置，如测量传感器安装在建筑物内部进行长期的数据采集，测量装置由于环境或人为因素影响会发生不可预期的位置偏移，导致测量结果产生错误。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术在长期持续性的建筑工程监测过程中，测量装置由于环境或人为因素影响会发生不可预期的位置偏移，导致测量结果产生误差的不足，提供了一种建筑工程动态监测系统及使用方法，通过在将数据采集模块设置在目标建筑物周边，利用采集数据采集模块的位置偏移信息并控制监测时图像采集单元的位置与初始状态位置一致，避免因测量装置的位置偏移产生误差。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

建筑工程动态监测系统，监测系统包括数据采集模块、数据处理模块和控制模块，数据处理模块与数据采集模块和控制模块分别连接，其中：

数据采集模块，包括图像采集单元和位移信息采集单元，图像采集单元用于采集目标建筑物图像信息并发送至数据处理模块；位移信息采集单元用于采集数据采集模块位置信息并发送至数据处理模块；

数据处理模块，用于接收数据采集模块发来的图像信息和位置信息，并处理后生成控制信号发送至控制模块，数据处理模块还根据图像信息和位置信息确定目标建筑物位移及形变；

控制模块，用于接收数据处理模块的控制信号，以控制数据采集模块采集信息，控制模块还控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变；

其中，所述数据采集模块为至少两个且分布在目标建筑物周边的不同位置，至少两个数据采集模块采集的目标建筑物部分位置相同。

建筑工程监测主要针对的是建筑物结构的长期微小变化，需要长期持续性的监测，现有技术一般将大量测量传感器安装在建筑物内部进行长期的数据采集，测量装置由于环境或人为因素影响会发生不可预期的位置偏移，导致测量结果产生错误。为了解决这一问题，发明人进行了研究，发明人研究过程中发现在由于现有建筑都是高层建筑，其沉重结构多和承受重量大，位移和变形可能发生的位置多，要对高层建筑每层关键位置进行监测需要布置大量传感器，如果采取直接调整传感器位置的方法需要大量的人力操作和设备辅助，监测成本高。

本技术方案提供的建筑工程动态监测系统，通过在目标建筑物周边设置数据采集模块，利用位移信息采集单元采集数据采集模块的位置偏移信息，再通过控制模块控制数据采集模块改变位置，使图像采集单元采集位置不变；本技术方案中数据采集模块设置在目标建筑物周边，不会随目标建筑物的位移和形变而改变位置，同时设置作用于数据采集模块的位移信息采集单元实现对数据采集模块位置跟踪和调整，通过控制模块调整数据采集模块位置，以保证每次采样前数据采集模块都处在固定的位置，保证监测基准的准确，减少监测误差。

此外，本技术方案利用图像采集单元采集建筑工程图像信息，利用图像采集能一次获取目标建筑物大范围的信息数据，因此只需要在目标建筑物周边布置少量的图像采集单元就能获取目标建筑物表面的数据信息，进而获得关键的位移和变形数据，与现有技术相比，采用本技术方案的方法能大大节省监控所需的人力和辅助设备，减少监测成本。

此外，本技术方案设置数据采集模块为至少两个且分布在目标建筑物周边的不同位置，至少两个数据采集模块采集的目标建筑物部分位置相同，这种设置方式能使目标建筑物的监测点被位于不同位置的数据采样模块同时采集到，这种不同数据的获取能够建立监测点在空间中的三维坐标位置，使目标建筑物的监测位置更精确，减少监测误差。

需要进一步说明的是，本技术方案能够采集到建筑物表面外墙、四角、大转角、围护构件和分隔构件等的关键监测点特征数据，这些数据能够用来评测建筑物的位移和关键结构形变情况；本技术方案中的建筑物周边是指在目标建筑物周围与目标建筑物不关联的其他位置，优选类似电线杆的杆类或其他建筑物；本技术方案中数据采集模块根据监测需要选择设置距离目标建筑物的距离以及距离水平面高度，其值是已知的。

进一步的，所述位移信息采集单元包括位移传感器和倾角传感器，位移传感器和倾角传感器采集数据采集模块的位移信息和倾角信息并发送至数据处理模块；数据处理模块接收数据采集模块采集的位移信息和倾角信息，并处理后生成控制信号发送至控制模块；所述控制模块包括第一控制单元，第一控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制数据采集模块改变位置。

本技术方案设置位移信息和倾角信息能够采集数据采集模块的三维位置信息，通过第一控制单元控制数据采集模块改变位置，通过控制模块调整数据采集模块位置，以保证每次采样前数据采集模块都处在固定的位置，保证监测基准的准确，减少监测误差。

进一步的，所述监测系统还包括存储模块和通信模块，存储模块与数据处理模块连接，用于存储信息；通信模块分别与数据采集模块、数据处理模块和控制模块连接，用于实现数据采集模块、数据处理模块和控制模块之间的通信连接。

本技术方案监测系统通过图像采集监测建筑工程，数据采集模块和控制模块需要长期安装在监测位置，数据处理模块获取和处理大量的图像位置和位置信息，体积较大，一般不设置在监测位置，因此采用通信模块实现数据采集模块、数据处理模块和控制模块之间的通信连接，优选无线通信模块；存储模块能够存储大量的图像位置和位置信息以及分析结果，方便长期监测的数据存储和调用。

如上所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，包括以下步骤：

S1.数据采集模块采集数据采集模块的初始位置信息和目标建筑物的初始图像信息，数据处理模块分析并记录图像采集单元和目标建筑物监测点的初始位置信息；

S2.数据采集模块按照设定的监测周期采集实时信息，控制模块控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变，数据处理模块根据采集的信息确定目标建筑物位移量及形变量。

本技术方案提供的建筑工程动态监测系统，通过在目标建筑物周边设置数据采集模块，利用位移信息采集单元采集数据采集模块的位置偏移信息，再通过控制模块控制数据采集模块改变位置，使图像采集单元采集位置不变；本技术方案中数据采集模块设置在目标建筑物周边，不会随目标建筑物的位移和形变而改变位置，同时设置作用于数据采集模块的位移信息采集单元实现对数据采集模块位置跟踪和调整，通过控制模块调整数据采集模块位置，以保证每次采样前数据采集模块都处在固定的位置，保证监测基准的准确，减少监测误差。

本技术方案通过信息采集，能够确定采集时目标建筑物监测点的位置信息，能够获得监测点的位移信息；由于在对建筑物的长期监测中，数据采集模块也会发生位置变化，使获得的监测数据不准，利用获取的数据采集模块位置信息能对实时图像中监测点的位置信息进行校准，避免数据采集模块位置变化产生的误差，使获得的监测结果准确。一般可以通过初始状态和实时状态的数据采集模块的位移信息和倾角信息变化，来矫正监测点的位置信息。

进一步的，S1包括以下步骤：

S11.位移信息采集单元采集数据采集模块的初始位置信息并发送至数据处理模块，同时图像采集单元采集目标建筑物的初始图像信息并发送至数据处理模块；

S12.数据处理模块根据数据采集模块的初始位置信息，选取任一图像采集单元作为基坐标系原点，并沿东北天方向构建XYZ坐标轴，构建基坐标系，并确定所有图像采集单元在基坐标系中的初始坐标；

S13.数据处理模块根据目标建筑物的初始图像信息，选取目标建筑物表面能被多于一个图像采集单元采集到的若干监测点，通过每个监测点在不同图像采集单元的初始图像信息中的位置确定监测点在基坐标系的初始坐标。

本技术方案进一步说明了如何确定数据采集及图像采集单元和目标建筑物监测点的初始位置信息。现有技术对位置信息的测量一般都是采用地理位置信息、物体相对位置来进行表示，数据信息基准不同，容易导致获取的数据表达形式多样、复杂，数据量大，需要多次转换和计算才能获得最终的结果，数据处理速度慢；本技术方案通过以任一图像采集单元作为基坐标系原点构建了三维坐标，将图像采集单元和目标建筑物监测点的初始位置信息表示在三维坐标中，这种方式获得的数据形式简单，基准和形式统一，信息量更小，便于计算，处理更快。

需要进一步说明的是，本技术方案S12中选取任一图像采集单元作为基坐标系原点，选取的为选取任一图像采集单元上的一个点或者图像采集单元的中心位置；由于建筑物表面图形多样，监测点可能与周边颜色一致，使其在实时监测时难以定位，只能通过对建筑物结构计算确定监测点位置是否准确，因此优先选择建筑物表面色彩或轮廓与周边明显区别的点；本技术方案中的监测周期可以选择以固定时间间隔来进行监测，如每天、周、月监测一次或多次，也可以通过随机抽样方式进行监测，也可按照建筑物所处环境因素，如雨季、地震多发带等会导致建筑物位移的情况进行高频次或连续的监测。

进一步的，S13还包括以下步骤：将目标建筑物多于一个图像采集单元采集到区域在基坐标系中划分为若干子监测区域，在每个子监测区域中选取目标建筑物的一个点作为监测点。

本技术方案将监测区域进行划分，并在子监测区域内选取监测点，这种选取监测点的方式能使监测点分散在监测区内，使目标建筑物不同位置都能得到监测。需要进一步说明的是，本技术方案中监测点优先选择目标建筑物的四角、大转角、围护构件和分隔构件等处；本技术方案中可以通过将图像采集单元安装在能采集目标建筑物特定部位的位置，对建筑物特定部位进行监测。

进一步的，S2包括以下步骤：

S21.数据处理模块按照设定的监测周期发送控制指令至控制模块，使位移信息采集单元和图像采集单元启动；

S22.位移信息采集单元采集数据采集模块的实时位置信息并发送至数据处理模块；

S23.数据处理模块选择与S12相同的图像采集单元作为实时坐标系原点，并沿东北天方向构建XYZ坐标轴，构建实时坐标系；

S24.数据处理模块对比分析基坐标系和实时坐标系，并发送控制指令至控制模块，以控制数据采集模块改变位置使基坐标系和实时坐标系完全重合，且使所有图像采集单元在基坐标中的位置与其初始坐标重合；

S25.数据处理模块发送控制指令至控制模块，以控制图像采集单元采集目标建筑物实时图像信息并发送至数据处理模块；

S26.数据处理模块根据实时图像信息中监测点的位置确定监测点在基坐标系中的实时坐标；

S27.数据处理模块根据坐标信息确定监测点在基坐标系中的位移，并确定目标建筑物位移及形变。

为了避免数据采集模块位置变化产生的误差，使获得的监测结果准确，可以通过初始状态和实时状态的数据采集模块的位移信息和倾角信息变化数据来矫正监测点的位置信息，但这种方法需要多重的数据计算，处理过程复杂，数据结构也会有偏差；本技术方案中S24通过改变数据采集模块位置使基坐标系和实时坐标系完全重合，即是使数据采集模块恢复到初始状态时的位置，其目的是使所有图像采集单元回到原始位置，保持原有测量基准不变，保证以数据采集模块为原点的实时坐标系与基坐标系重合形成同一坐标系，因此实时采集的图像中监测点的在实时坐标系中的位置表达等于其在基坐标系中的位置表达，其位置表达的基准与监测点在基坐标系中的初始坐标相同都为基坐标系，两者不需要校准就能直接对比，也能更直观的得到监测点坐标的变化。当目标建筑物随时间位移和形变，目标建筑物的监测点在基坐标系中会有明显的位移变化，使监测数据更加直观，此外采用这种方式，图像采集单元在基坐标系中的位置分布也更加直观，与监测点的相对位置也能直观表达。

本技术方案在初始状态下通过以任一图像采集单元作为基坐标系原点，构建了基坐标系，并以该坐标系作为长期监测过程中监测点位置信息标记的基准，即所有的监测点位置信息都统一在该坐标系中表示，这种方式使监测点得位置信息基准和形式统一，省略了繁琐的数据校准过程，信息量更小，处理更快。

现有技术对位置信息的测量一般都是采用地理位置信息、物体相对位置来进行表示，数据信息基准不同，容易导致获取的数据表达形式多样、复杂，数据量大，需要多次转换和计算才能获得最终的结果，数据处理速度慢。本技术方案通过数据采集模块的位置以数据采集模块为测量基准来构建唯一的基坐标系，将需要监测点以基坐标系中的位置进行表示，在基坐标系中确定监测点在基坐标系中的初始坐标和实时坐标，得到监测点在坐标系中的位移变化，这种方式将所有数据信息构建在同一坐标中，获得的数据信息基准和形式统一，信息量更小，处理更快。

需要进一步说明的是，本技术方案中初始状态时数据采集模块与目标建筑的距离以及与水平面的高度是人为设置的已知值，且监测点初始状态下的坐标位置能根据这些数值简单转化为单位长度。

进一步的，S27具体过程为：

S271.数据处理模块根据监测点在基坐标系中的实时坐标与初始坐标确定监测点在基坐标系中的位移信息，位移信息包括实时坐标与初始坐标之间的距离与两个坐标连线的斜率；

S272.设定位移信息的偏差阈值，将所有监测点的位移信息进行比较得到位移偏差，位移偏差小于等于设定阈值的监测点为监测点Ⅰ，位移偏差大于设定阈值的监测点为监测点Ⅱ；

S273.根据监测点Ⅰ的位移信息确定目标建筑物基础位移量；

S274.根据监测点Ⅱ与监测点Ⅰ的比对确定目标建筑物的形变量。

本技术方案采用距离和斜率能够确定监测点在基座标系中的变化情况，再通过设置偏差阈值，当建筑物产生形变时，形变部位的位移偏差明显大于正常沉降的位置，因此可以使用偏差较小的监测点Ⅰ作为基础位移参数判断建筑物的整体位移情况，进一步的在对建筑物监测过程中可以将监测点Ⅰ的数据与本地区建筑物因自然因素而产生的正常位移相比较，确定目标建筑物监测点Ⅰ的位移属于正常还是非正常，如判断是否属于异常沉降量。通过对监测点Ⅱ与监测点Ⅰ进行差值分析计算，能获得监测点Ⅱ相对于目标建筑物基础位移的变量，即目标建筑物监测点Ⅱ的形变量，获得目标建筑物局部沉降不均匀、倾斜、局部形变等情况。

需要进一步说明的是，本技术方案中基础位移是指建筑物因自然因素，如正常沉降而产生的位移。

进一步的，所述数据采集模块还包括激光器，控制模块还包括第二控制单元，激光器与位移信息采集单元和第二控制单元分别连接的；S1还包括步骤S14第二控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制激光器发射激光至监测点，位移信息采集单元采集激光器的位置信息和激光发射角度信息并发送至数据处理模块；S27确定位移的具体过程为，第二控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制激光器沿S14中的激光发射角度发射激光至目标建筑物表面，图像采集单元采集有激光点的目标建筑物图像发送给数据处理模块，数据处理模块接收图像信息后确定激光点和监测点在基坐标系的实时坐标，将激光点的实时坐标与监测点的实时坐标进行比对得到监测点在基坐标系中的位移。

本技术方案中通过设置激光器，在初始监测时使用激光器向目标建筑物的监测点发射激光，并记录激光器位置和激光发射方向，在实时监测时将激光器向沿原始方向向目标建筑物发射激光，此时获得的实时图像上同时有激光点和监测点，两个点出现在同一图像信息内，使对激光点和监测点之间的位移分析更加准确。

需要进一步说明的是，本技术方案中采用三角测量原理确定激光点在基坐标系的实时坐标。

进一步的，S13和S26采用三角测量原理确定监测点在基坐标系的初始坐标和实时坐标。

本技术方案的监测点能被多于一个图像采集单元采集到，由于图像采集单元分别在不同位置，因此监测点能出现在至少两个不同的初始图像中，采用三角测量原理能对不同初始图像中的同一监测点进行分析确定其三维坐标。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明通过在目标建筑物周边设置数据采集模块，利用位移信息采集单元采集数据采集模块的位置偏移信息，再通过控制模块控制数据采集模块改变位置，使图像采集单元采集位置不变；本技术方案中数据采集模块设置在目标建筑物周边，不会随目标建筑物的位移和形变而改变位置，同时设置作用于数据采集模块的位移信息采集单元实现对数据采集模块位置跟踪和调整，通过控制模块调整数据采集模块位置，以保证每次采样前数据采集模块都处在固定的位置，保证监测基准的准确，减少监测误差。

2、本发明通过数据采集模块的位置来构建唯一的基坐标系，将需要监测的点以基坐标系中的位置进行表示，并在基坐标系中确定监测点在基坐标系中的初始坐标和实时坐标，得到监测点在基坐标系中的位移变化，这种方式将所有数据信息构建在同一坐标中，获得的数据信息基准和形式统一，不需要繁琐的校准过程，信息量更小，处理更快。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明建筑工程动态监测系统的结构示意图；

图2为本发明建筑工程动态监测系统使用方法流程图；

图3为本发明实验方案布局图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种建筑工程动态监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和控制模块，数据处理模块与数据采集模块和控制模块分别连接，其中：数据采集模块，包括图像采集单元和位移信息采集单元，图像采集单元用于采集目标建筑物图像信息并发送至数据处理模块；位移信息采集单元用于采集数据采集模块位置信息并发送至数据处理模块；所述数据采集模块为至少两个且分布在目标建筑物周边的不同位置，至少两个数据采集模块采集的目标建筑物部分位置相同；数据处理模块，用于接收数据采集模块发来的图像信息和位置信息，并处理后生成控制信号发送至控制模块，数据处理模块还根据图像信息和位置信息确定目标建筑物位移及形变；控制模块，用于接收数据处理模块的控制信号，以控制数据采集模块采集信息，控制模块还控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变。

优选的，所述位移信息采集单元包括位移传感器和倾角传感器，位移传感器和倾角传感器采集数据采集模块的位移信息和倾角信息并发送至数据处理模块；数据处理模块接收数据采集模块采集的位移信息和倾角信息，并处理后生成控制信号发送至控制模块；所述控制模块包括第一控制单元，第一控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制数据采集模块改变位置。

优选的，所述监测系统还包括存储模块和通信模块，存储模块与数据处理模块连接，用于存储信息；通信模块分别与数据采集模块、数据处理模块和控制模块连接，用于实现数据采集模块、数据处理模块和控制模块之间的通信连接。

优选的通信模块为无线通信模块。

本实施例的数据采集模块中的图像采集单元、数据处理模块、控制模块、位移传感器、倾角传感器，均为现有技术，本领域技术人员可以根据需要选择，本实施例中发明人选择的图像采集单元为DS-2DC6420IW-A摄像机，数据处理模块为FusionServer RH5885V3服务器，控制模块为电动执行器控制模块WF-130M，位移传感器为ML33电涡流位移传感器，倾角传感器为ZCT1C0J-LNT单轴倾角传感器。

本实施例提供的建筑工程动态监测系统，通过在目标建筑物周边设置数据采集模块，利用位移信息采集单元采集数据采集模块的位置偏移信息，再通过控制模块控制数据采集模块改变位置，使图像采集单元采集位置不变；本实施例将数据采集模块设置在目标建筑物周边，不会随目标建筑物的位移和形变而改变位置，同时设置作用于数据采集模块的位移信息采集单元实现对数据采集模块位置跟踪和调整，通过控制模块调整数据采集模块位置，以保证每次采样前数据采集模块都处在固定的位置，保证监测基准的准确，减少监测误差。此外，本实施例利用图像采集单元采集建筑工程图像信息，利用图像采集能一次获取目标建筑物大范围的信息数据，因此只需要在目标建筑物周边布置少量的图像采集单元就能获取目标建筑物表面的数据信息，进而获得关键的位移和变形数据，与现有技术相比，采用本技术方案的方法能大大节省监控所需的人力和辅助设备，减少监测成本。本实施例设置数据采集模块为至少两个且分布在目标建筑物周边的不同位置，至少两个数据采集模块采集的目标建筑物部分位置相同，这种设置方式能使目标建筑物的监测点被位于不同位置的数据采样模块同时采集到，这种不同数据的获取能够建立监测点在空间中的三维坐标位置，使目标建筑物的监测位置更精确，减少监测误差。

实施例2：

如图2所示，实施例1中的建筑工程动态监测系统的使用方法包括以下步骤：

S1.数据采集模块采集数据采集模块的初始位置信息和目标建筑物的初始图像信息，数据处理模块分析并记录图像采集单元和目标建筑物监测点的初始位置信息；具体为：

S11.位移信息采集单元采集数据采集模块的初始位置信息并发送至数据处理模块，同时图像采集单元采集目标建筑物的初始图像信息并发送至数据处理模块；S12.数据处理模块根据数据采集模块的初始位置信息，选取任一图像采集单元作为基坐标系原点，并沿东北天方向构建XYZ坐标轴，构建基坐标系，并确定所有图像采集单元在基坐标系中的初始坐标；S13.数据处理模块根据目标建筑物的初始图像信息，选取目标建筑物表面能被多于一个图像采集单元采集到的若干监测点，通过每个监测点在不同图像采集单元的初始图像信息中的位置确定监测点在基坐标系的初始坐标。

本实施例通过以任一图像采集单元作为基坐标系原点构建了三维坐标，将图像采集单元和目标建筑物监测点的初始位置信息表示在三维坐标中，这种方式获得的数据形式简单，基准和形式统一，信息量更小，便于计算，处理更快。

S2.数据采集模块按照设定的监测周期采集实时信息，控制模块控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变，数据处理模块根据采集的信息确定目标建筑物位移量及形变量；具体为：

S21.数据处理模块按照设定的监测周期发送控制指令至控制模块，使位移信息采集单元和图像采集单元启动；S22.位移信息采集单元采集数据采集模块的实时位置信息并发送至数据处理模块；S23.数据处理模块选择与S12相同的图像采集单元作为实时坐标系原点，并沿东北天方向构建XYZ坐标轴，构建实时坐标系；S24.数据处理模块对比分析基坐标系和实时坐标系，并发送控制指令至控制模块，以控制数据采集模块改变位置使基坐标系和实时坐标系完全重合，且使所有图像采集单元在基坐标中的位置与其初始坐标重合；S25.数据处理模块发送控制指令至控制模块，以控制图像采集单元采集目标建筑物实时图像信息并发送至数据处理模块；S26.数据处理模块根据实时图像信息中监测点的位置确定监测点在基坐标系中的实时坐标；S27.数据处理模块根据坐标信息确定监测点在基坐标系中的位移，并确定目标建筑物位移及形变，具体为：S271.数据处理模块根据监测点在基坐标系中的实时坐标与初始坐标确定监测点在基坐标系中的位移信息，位移信息包括实时坐标与初始坐标之间的距离与两个坐标连线的斜率；S272.设定位移信息的偏差阈值，将所有监测点的位移信息进行比较得到位移偏差，位移偏差小于等于设定阈值的监测点为监测点Ⅰ，位移偏差大于设定阈值的监测点为监测点Ⅱ；S273.根据监测点Ⅰ的位移信息确定目标建筑物基础位移量；S274.根据监测点Ⅱ与监测点Ⅰ的比对确定目标建筑物的形变量。

本实施例S24通过改变数据采集模块位置使基坐标系和实时坐标系完全重合，即是使数据采集模块恢复到初始状态时的位置，其目的是使所有图像采集单元回到原始位置，保持原有测量基准不变，保证以数据采集模块为原点的实时坐标系与基坐标系重合形成同一坐标系，因此实时采集的图像中监测点的在实时坐标系中的位置表达等于其在基坐标系中的位置表达，其位置表达的基准与监测点在基坐标系中的初始坐标相同都为基坐标系，两者不需要校准就能直接对比，也能更直观的得到监测点坐标的变化。当目标建筑物随时间位移和形变，目标建筑物的监测点在基坐标系中会有明显的位移变化，使监测数据更加直观，此外采用这种方式，图像采集单元在基坐标系中的位置分布也更加直观，与监测点的相对位置也能直观表达。

现有技术对位置信息的测量一般都是采用地理位置信息、物体相对位置来进行表示，数据信息基准不同，容易导致获取的数据表达形式多样、复杂，数据量大，需要多次转换和计算才能获得最终的结果，数据处理速度慢。本实施例通过数据采集模块的位置以数据采集模块为测量基准来构建唯一的基坐标系，将需要监测点以基坐标系中的位置进行表示，在基坐标系中确定监测点在基坐标系中的初始坐标和实时坐标，得到监测点在坐标系中的位移变化，这种方式将所有数据信息构建在同一坐标中，获得的数据信息基准和形式统一，省略了繁琐的数据校准过程，信息量更小，处理更快。

优选的，S13还包括以下步骤：将目标建筑物多于一个图像采集单元采集到区域在基坐标系中划分为若干子监测区域，在每个子监测区域中选取目标建筑物的一个点作为监测点。

优选的，S13和S26采用三角测量原理确定监测点在基坐标系的初始坐标和实时坐标。

本实施例具体实施时，多个数据采集模块通过固定在分布在目标建筑物周边的若干个电线杆等杆状物或者其他固定的建筑物上，使多个数据采集模块分布在目标建筑物周边的不同位置。优选在目标建筑物四面均设置有数据采集模块，能在目标建筑物各个方位均选取监测点。

可见，本实施例通过数据采集模块的位置来构建唯一的基坐标系，将需要监测的点以基坐标系中的位置进行表示，并在基坐标系中确定监测点在基坐标系中的初始坐标和实时坐标，得到监测点在基坐标系中的位移变化，这种方式将所有数据信息构建在同一坐标中，获得的数据信息基准和形式统一，不需要繁琐的校准过程，信息量更小，处理更快。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中数据采集模块还包括激光器，控制模块还包括第二控制单元，激光器与位移信息采集单元和第二控制单元分别连接的；S1还包括步骤S14第二控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制激光器发射激光至监测点，位移信息采集单元采集激光器的位置信息和激光发射角度信息并发送至数据处理模块；S27确定位移的具体过程为，第二控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制激光器沿S14中的激光发射角度发射激光至目标建筑物表面，图像采集单元采集有激光点的目标建筑物图像发送给数据处理模块，数据处理模块接收图像信息后确定激光点和监测点在基坐标系的实时坐标，将激光点的实时坐标与监测点的实时坐标进行比对得到监测点在基坐标系中的位移。

优选的，S27中采用三角测量原理确定激光点在基坐标系的实时坐标。

本实施例的的激光器为现有技术，在此不再赘述。

本发明的效果可以通过对某高层建筑的监测实验数据进行验证：

1、实验一

实验方法：如图3所示，在目标高层建筑周边建筑A、B距离地面约20m的外壁上分别架设朝向高层建筑的数据采集模块，共选取了1个监测点，该监测点能被建筑A、B上的数据采集模块采集到，按照实施例2的监测方法每10天进行1次监测。

对比实验：同时在该监测点处设置位移传感器进行监测，对比监测，每次监测前都对位移传感器的位置进行校准。

实验结果如下：

上述实验结果中，所述位移距离为监测点初始位置与实施位置的直线距离；垂直位移是指监测点相对于水平高度的位置变化，可以直观看出建筑物的沉降情况。

在实验过程中，采用常规的位移传感器，需要在每次监测前都对位移传感器的位置进行校准，监测人力成本远远大于本发明中的监测系统。但从实验结果中可以明显发现，本发明实施例2的监测系统与使用位移传感器的监测方法相比，监测结果差异不大，可见使用本发明的方法不仅能获得准确的建筑物位移情况，还能节省大量的劳动力，。

以上述实验结果中第60天的数据为例，实施例2的位移距离相比对比实验的位移距离偏差在3μm，由于建筑物都属于超高超大的物体，以建筑地基基础设计规范GB50007-2002为例，体型简单的高层建筑基础的平均沉降量限制为200mm，可见3μm测量偏差在建筑物监测中可以忽略不计。

2、实验二

实验方法：在高层建筑周边建筑A、B、C距离地面约20m的外壁上分别架设朝向高层建筑的数据采集模块，共选取了6个监测点1-6，这6个监测点能被至少两个不同的数据采集模块采集到按照实施例2的监测方法每10天进行1次监测。为了便于分析，本实验取每个监测点的位移距离进行比较，位移距离单位为cm。

实验结果如下：

设定偏差阈值为：实时坐标与初始坐标之间的距离变化在1cm/10天，实时坐标与初始坐标之间的斜率变化在0.3度/10天。通过对这个6个监测点进行分析，发现监测点2在第60天和70天时的位移距离差值大于1cm/10天，因此将监测点2确定为监测点Ⅱ，其他监测点每十天的位移距离差值小于设定阈值的监测点，因此为监测点Ⅰ。通过计算每次监测时所有监测点Ⅰ的均值即可获得目标建筑的基础位移量。

计算第70天时的所有监测点Ⅰ的位移距离均值，即为目标建筑的基础位移量，计算第70天监测点2的位移距离与基础位移量的差值即可获得监测点2在第70天的形变量。进一步的可以在监测点2附近新设置较多的监测点，对产生形变的位置进一步进行监测。

除了上述方法外，还可以通过对同一时间得到的多个监测点的位移信息进行线性计算确定目标建筑的基础位移量和形变量，如计算第100天时6个监测点的均值，设定偏差阈值为与均值偏差为1％，偏差超过1％的点为监测点Ⅱ，偏差小于等于为监测点Ⅰ，计算监测点Ⅰ的均值即为目标建筑的基础位移量，监测点Ⅱ与监测点Ⅰ均值的差值即为建筑物形变量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.建筑工程动态监测系统，其特征在于，监测系统包括数据采集模块、数据处理模块和控制模块，数据处理模块与数据采集模块和控制模块分别连接，其中：

数据采集模块，包括图像采集单元和位移信息采集单元，图像采集单元用于采集目标建筑物图像信息并发送至数据处理模块；位移信息采集单元用于采集数据采集模块位置信息并发送至数据处理模块；

数据处理模块，用于接收数据采集模块发来的图像信息和位置信息，并处理后生成控制信号发送至控制模块，数据处理模块还根据图像信息和位置信息确定目标建筑物位移及形变；

控制模块，用于接收数据处理模块的控制信号，以控制数据采集模块采集信息，控制模块还控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变；

其中，所述数据采集模块为至少两个且分布在目标建筑物周边的不同位置，至少两个数据采集模块采集的目标建筑物部分位置相同。

2.如权利要求1所述的建筑工程动态监测系统，其特征在于，所述位移信息采集单元包括位移传感器和倾角传感器，位移传感器和倾角传感器采集数据采集模块的位移信息和倾角信息并发送至数据处理模块；数据处理模块接收数据采集模块采集的位移信息和倾角信息，并处理后生成控制信号发送至控制模块；所述控制模块包括第一控制单元，第一控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制数据采集模块改变位置。

3.如权利要求1所述的建筑工程动态监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括存储模块和通信模块，存储模块与数据处理模块连接，用于存储信息；通信模块分别与数据采集模块、数据处理模块和控制模块连接，用于实现数据采集模块、数据处理模块和控制模块之间的通信连接。

4.如权利要求1-3任一所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.数据采集模块采集数据采集模块的初始位置信息和目标建筑物的初始图像信息，数据处理模块分析并记录图像采集单元和目标建筑物监测点的初始位置信息；

S2.数据采集模块按照设定的监测周期采集实时信息，控制模块控制数据采集模块改变位置，以使图像采集单元采集保持原始位置不变，数据处理模块根据采集的信息确定目标建筑物位移量及形变量。

5.如权利要求4所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，S1包括以下步骤：

S11.位移信息采集单元采集数据采集模块的初始位置信息并发送至数据处理模块，同时图像采集单元采集目标建筑物的初始图像信息并发送至数据处理模块；

S12.数据处理模块根据数据采集模块的初始位置信息，选取任一图像采集单元作为基坐标系原点，并沿东北天方向构建XYZ坐标轴，构建基坐标系，并确定所有图像采集单元在基坐标系中的初始坐标；

S13.数据处理模块根据目标建筑物的初始图像信息，选取目标建筑物表面能被多于一个图像采集单元采集到的若干监测点，通过每个监测点在不同图像采集单元的初始图像信息中的位置确定监测点在基坐标系的初始坐标。

6.如权利要求5所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，S13还包括以下步骤：将目标建筑物多于一个图像采集单元采集到区域在基坐标系中划分为若干子监测区域，在每个子监测区域中选取目标建筑物的一个点作为监测点。

7.如权利要求5所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，S2包括以下步骤：

S21.数据处理模块按照设定的监测周期发送控制指令至控制模块，使位移信息采集单元和图像采集单元启动；

S22.位移信息采集单元采集数据采集模块的实时位置信息并发送至数据处理模块；

S23.数据处理模块选择与S12相同的图像采集单元作为实时坐标系原点，并沿东北天方向构建XYZ坐标轴，构建实时坐标系；

S24.数据处理模块对比分析基坐标系和实时坐标系，并发送控制指令至控制模块，以控制数据采集模块改变位置使基坐标系和实时坐标系完全重合，且使所有图像采集单元在基坐标中的位置与其初始坐标重合；

S25.数据处理模块发送控制指令至控制模块，以控制图像采集单元采集目标建筑物实时图像信息并发送至数据处理模块；

S26.数据处理模块根据实时图像信息中监测点的位置确定监测点在基坐标系中的实时坐标；

S27.数据处理模块根据坐标信息确定监测点在基坐标系中的位移，并确定目标建筑物位移及形变。

8.如权利要求7所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，S27具体过程为：

S271.数据处理模块根据监测点在基坐标系中的实时坐标与初始坐标确定监测点在基坐标系中的位移信息，位移信息包括实时坐标与初始坐标之间的距离与两个坐标连线的斜率；

S272.设定位移信息的偏差阈值，将所有监测点的位移信息进行比较得到位移偏差，位移偏差小于等于设定阈值的监测点为监测点Ⅰ，位移偏差大于设定阈值的监测点为监测点Ⅱ；

S273.根据监测点Ⅰ的位移信息确定目标建筑物基础位移量；

S274.根据监测点Ⅱ与监测点Ⅰ的比对确定目标建筑物的形变量。

9.如权利要求7所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，所述数据采集模块还包括激光器，控制模块还包括第二控制单元，激光器与位移信息采集单元和第二控制单元分别连接的；S1还包括步骤S14第二控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制激光器发射激光至监测点，位移信息采集单元采集激光器的位置信息和激光发射角度信息并发送至数据处理模块；S27确定位移的具体过程为，第二控制单元接收数据处理模块发来的控制信号控制激光器沿S14中的激光发射角度发射激光至目标建筑物表面，图像采集单元采集有激光点的目标建筑物图像发送给数据处理模块，数据处理模块接收图像信息后确定激光点和监测点在基坐标系的实时坐标，将激光点的实时坐标与监测点的实时坐标进行比对得到监测点在基坐标系中的位移。

10.如权利要求7所述的建筑工程动态监测系统的使用方法，其特征在于，S13和S26采用三角测量原理确定监测点在基坐标系的初始坐标和实时坐标。

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