CN111462317B - 一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法。该方法包括：获取空间网格结构的几何参数；根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x‑y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值；计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。应用本发明可以有效地避免杆件形成遮挡的问题。

Description

一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置 方法
技术领域
本申请涉及空间钢网格结构监测技术领域，尤其涉及一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法。
背景技术
空间钢网格结构包括网架、网壳等空间结构，其具备受力明确、自重轻、跨越能力强等优点，因此已被广泛地应用于大型机场的航站楼屋盖、大型轻工业厂房、煤炭与料场煤棚等建筑结构。在空间钢网格结构的服役期间，由于会受到自然破坏、人为因素以及材料腐蚀等因素的影响，因此空间钢网格结构不可避免地会发生包括杆件弯曲变形、拉杆断裂、节点破坏等损伤。为了防止因结构损伤的累积而引起结构的整体失效，对既有的空间钢网格结构的健康监测具有显著价值。
三维测量是一种进行空间钢网格结构安全性监测的重要技术。通过三维重建可以得到场景及物体的三维信息，从这些三维信息中可以获知空间钢网格结构中的杆件弯曲变形、杆件断裂等损伤。一般来说，三维重建可以通过多视角图像采集、激光三维扫描仪、结构光投射等方法完成。其中，多视角三维重建是通过从多个不同视角采集的二维数字图像，来恢复物体表面特征点的深度信息。由于其重建成本较低、实际操作方便且可用于大范围户外场景重建，因此多视角三维重建在三维重建领域中应用比较广泛。
由于多视角三维重建是基于多幅二维数字图像来进行的，因此二维数字图像的采集质量将会影响多视角三维重建的效果。一般情况下，若对一个物体表面进行完整的多视角三维重建，所采集的二维数字图像至少应该满足以下两个条件：1)图像应包含待重建物体表面的所有区域，即待重建物体表面各点均被采集；2)待重建物体表面一点至少应被两幅及以上二维数字图像所采集，即二维数字图像之间要有一定的重叠率，否则依靠单幅图像将无法恢复物体表面的深度信息。
由于在空间钢网格结构中，杆件数量众多且交错现象明显，因此如果不考虑合理地选取相机布置方位，则容易出现距相机位置较近的杆件对距相机位置较远的杆件形成遮挡，后者与前者在拍摄视角内重合，从而导致距相机位置较远的杆件无法进行重建。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法，从而可以有效地避免杆件形成遮挡的问题。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法，其特征在于，该方法包括：
获取空间网格结构的几何参数；
根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值；
计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。
如上可见，在本发明中的基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法中，由于根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，然后根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值，再计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围，从而可以得到在对相机进行布置时，相机方位的水平角θ1的限制范围，以及限制范围内的任意一个给定的水平角θ1所对应的仰角范围，使得当沿相机观测视角下结构的所有端节点均可观测到时，结构的杆件之间不发生遮挡现象，从而可以有效地避免杆件形成遮挡的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中的基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中的相机方位的参数的示意图。
图3为本发明具体实施例一中的相机布置方法的流程示意图。
图4为本发明具体实施例一中的计算仰角范围的原理示意图。
图5为本发明具体实施例一中的相机的布置位置俯视示意图。
图6为本发明具体实施例二中的相机布置方法的流程示意图
图7为本发明具体实施例二中弦杆夹角为钝角时的计算仰角范围的原理示意图。
图8为本发明具体实施例二中弦杆夹角为锐角时的计算仰角范围的原理示意图。
图9为本发明具体实施例二中的相机的布置位置俯视示意图。
图10为本发明具体实施例三中的相机布置方法的流程示意图
图11为本发明具体实施例三中四角锥网架下部非空旷时的计算仰角范围的原理示意图。
图12为本发明具体实施例三中四角锥网架下部空旷时的计算仰角范围的原理示意图。
图13为本发明具体实施例三中的相机的布置位置俯视示意图。
图14为本发明具体实施例四中的旋转变换的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
在本发明的技术方案中，提出了对空间钢网格结构进行多视角三维重建的相机方位选取的原理与方法，并提出了一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法，可以广泛地应用于各种空间网格结构的多视角三维重建。
空间钢网格结构的杆件之间发生遮挡时，意味着被遮挡的杆件的端节点不可见，即沿相机拍摄视角无法观测到该杆件的端节点。由于空间网格结构中的杆件基本满足一维化特征，即在考虑杆件存在弯曲变形的情况下，当杆件的两个端节点被确定时，该杆件的基本空间位置同时被确定。因此，在本发明的技术方案中，相机方位选取的原则为：当沿相机观测视角下结构的所有端节点均可观测到时，结构的杆件之间不发生遮挡现象。
另外，在一固定参考系下，为了描述相机的方位，可以将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2；然后，可以将相机光轴(即图2中的视角方向向量)与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3，如图2所示。在本发明的技术方案中，可以对上述相机的2个水平角和1个仰角的取值进行限定，以满足上述的相机方位选取的原则，使得结构的杆件之间不发生遮挡现象。
当沿某一观测视角对结构进行观测时，结构节点与杆件间存在节点与杆件相重合或节点位于杆件组成的网格内部这两种位置关系。当节点与杆件相重合时，不满足上述相机方位选取的原则；因此，相机方位的计算依据为使结构节点的投影落在杆件组成的网格内部。考虑到杆件间可能存在弯曲变形，且杆件具有物理尺寸，不可用一根轴线代表，当结构节点的投影距离杆件组成的网格边较近时，仍会存在部分杆件的根部被遮挡，因此，可以预先设置一个距离条件，例如，限制结构节点的投影沿网格边方向距杆件网格四边不大于1/4网格边长，从而满足结构节点位于杆件组成的网格内部的条件。
因此，在本发明的技术方案中，可以对空间网格结构进行分析，并根据上述的预设距离条件，经过几何计算得到相机布置的水平角以及相对应的仰角限制，使得当相机布置在该方位限制范围内时，结构的杆件满足不发生遮挡的条件。
图1为本发明实施例中的基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法包括如下所述步骤：
步骤11，获取空间网格结构的几何参数。
在本步骤中，可以先获取空间网格结构的各个几何参数。例如，所述几何参数可以包括：空间网格结构的网格尺寸。
步骤12，根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角。
在本发明的技术方案中，在获取了空间网格结构的几何参数之后，即可根据所获取的几何参数来建立一个参考坐标系，并确定用于描述相机方位的角度参数：水平角和仰角。
例如，作为一个优选的具体实施例，可以以空间网格结构的两个弦杆的延伸方向分别作为参考坐标系的x、y方向，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，从而建立了一个参考坐标系。
再例如，作为一个优选的具体实施例，为了描述相机的方位，可以将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2；然后，可以将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3，如图2所示。
在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，将第一水平角θ1作为相机方位的水平角，也可以第二水平角θ2作为相机方位的水平角。
步骤13，根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设距离条件可以为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格四边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
步骤14，计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。
在本步骤中，可以计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的各个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。
通过上述的步骤11～14，即可计算得到水平角的最小限值、水平角的最大限值，以及各个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。因此，可以根据上述的计算结果来对相机的位置进行布置。
另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤13和步骤14。在后续的各个具体实施例中，将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。具体实现方式可参见后续的各个具体实施例。
以下，将以各个具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行比较详细的介绍。
具体实施例一、空间网格结构为两向正交网架。
在本具体实施例一中，如果空间网格结构为两向正交网架，则可以通过如下的步骤来计算得到所需的水平角的最小限值、最大限值以及各个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。
图3为本发明具体实施例一中的相机布置方法的流程示意图，如图3所示，本发明具体实施例一中的相机布置方法包括如下步骤：
步骤101，获取两向正交网架的几何参数。
在本步骤中，可以先获取两向正交网架的几何参数。所述几何参数可以包括：两向正交网架的网格尺寸。例如，上弦杆或下弦杆的长度a，以及两向正交网架的结构高度h，即上弦杆与下弦杆之间的竖向距离。
步骤102，根据两向正交网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角。
例如，作为一个优选的具体实施例，可以以两向正交网架的两个弦杆的延伸方向分别作为参考坐标系的x、y方向，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，从而建立了一个参考坐标系，如图4所示。
然后，可以根据该参考坐标系确定用于描述相机方位的角度参数。
例如，作为一个优选的实施例，为了描述相机的方位，可以将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2；然后，可以将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。
在本发明的技术方案中，可以将第一水平角θ1作为相机方位的水平角，也可以第二水平角θ2作为相机方位的水平角。为了描述方便起见，在本发明的后续的各个具体实施例中，均将第一水平角θ1作为相机方位的水平角。
步骤103，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值。
在本发明的技术方案中，可以预先设置一个第一步长。例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的第一步长可以是1°。此时，可以在水平角的当前取值的基础上增加1°，并将增加1°后的水平角作为水平角的当前取值。
例如，如果增加第一步长前的水平角的当前取值为10°，则可以在10°的基础上增加1°，然后将11°作为水平角的当前取值。
当然，根据实际应用情况的需要，上述预设的第一步长也可以是其它的取值，在此不再赘述。
另外，在本发明的技术方案中，上述水平角的初始值可以是0°。
步骤104，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure BDA0002469469460000081
Figure BDA0002469469460000082
其中，a为两向正交网架的上弦杆或下弦杆的长度，h为两向正交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
如图4中的左图所示，如果要符合上述的第一距离条件时，则目标节点(即待拍摄的结构节点)在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图4的左图中所示的两条四等分线之间(四等分线与其邻近的对边之间的垂直距离为网格边长的四分之一)。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第一距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第一距离条件的第一仰角范围：[cosθ3min′，cosθ3max′]。
步骤105，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure BDA0002469469460000091
Figure BDA0002469469460000092
其中，a为两向正交网架的上弦杆或下弦杆的长度，h为两向正交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
如图4中的右图所示，如果要符合上述的第二距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图4的右图中所示的两条四等分线之间(四等分线与其邻近的对边之间的垂直距离为网格边长的四分之一)。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第二距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第二距离条件的第二仰角范围：[cosθ3min″，cosθ3max″]。
步骤106，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤103；否则，执行步骤107。
在本发明的技术方案中，如果第一仰角范围和第二仰角范围的交集为空集，则表示当相机方位的水平角为当前的水平角时，无论使用哪个角度的仰角，均有可能出现杆件间的遮挡现象，因此不能将当前的水平角作为相机布置的方位，所以将返回执行步骤103，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长之后，再执行步骤103之后的后续步骤。
而如果第一仰角范围和第二仰角范围的交集不为空集，则表示当相机方位的水平角为当前的水平角时，存在相应的仰角θ3使得结构节点的投影点与杆件网格的两对对边的垂直距离都不小于预设的最小距离值，满足预设距离条件，因此可以将当前的水平角作为相机布置的方位。所以，可以继续执行后续的步骤107。
步骤107，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值。
因此可知，可以得到在对相机进行布置时，相机方位的水平角θ1的限制范围为[θ1min，θ1max]，其中，θ1min为水平角的最小限值，θ1max为水平角的最大限值。该限制范围实际上是关于θ1＝45°对称的，如图5所示。
步骤108，计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
在本步骤中，可以计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的各个水平角所对应的、同时符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
通过上述的步骤101～108，即可计算得到水平角的最小限值、水平角的最大限值，以及各个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。因此，可以根据上述的计算结果来对相机的位置进行布置。、
另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤108。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以通过如下的步骤来实现上述的步骤108：
步骤181，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值。
步骤182，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的第二步长可以是5°。当然，根据实际应用情况的需要，上述预设的第二步长也可以是其它的取值，在此不再赘述。
步骤183，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤184。
步骤184，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以根据上述的公式(1)和(2)来计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围。
步骤185，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以根据上述的公式(3)和(4)来计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围。
步骤186，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤182。
通过上述的步骤181～186，即可计算得到各个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
综上可知，如果空间网格结构为两向正交网架，在对相机进行布置时，相机的布置位置俯视图如图5所示。其中，相机方位的水平角θ1的限制范围为[θ1min，θ1max]，其中，θ1min为水平角的最小限值，θ1max为水平角的最大限值，该限制范围实际上是关于θ1＝45°对称的。而对于给定的一个水平角θ1，其所对应的仰角范围为第一仰角范围和第二仰角范围的交集，即[θ3min,θ3max]。
具体实施例二、空间网格结构为两向斜交网架。
在本具体实施例二中，如果空间网格结构为两向斜交网架，则可以通过如下的步骤来计算得到所需的水平角的最小限值、最大限值以及各个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围：
图6为本发明具体实施例二中的相机布置方法的流程示意图，如图6所示，本发明具体实施例二中的相机布置方法包括如下步骤：
步骤201，获取两向斜交网架的几何参数。
在本步骤中，可以先获取两向斜交网架的几何参数。所述几何参数可以包括：两向斜交网架的网格尺寸。例如，上弦杆或下弦杆的长度a；两向斜交网架的结构高度h，即上弦杆与下弦杆之间的竖向距离；以及两向斜交网架的斜交角度(即两向斜交网架的弦杆夹角)α，只取锐角大小即可。
步骤202，根据两向斜交网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角。
例如，作为一个优选的具体实施例，可以以两向斜交网架的弦杆夹角的两条角平分线作为参考坐标系x-y平面的四个象限的角平分线，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，从而建立了一个参考坐标系，如图7和图8所示。
然后，可以根据该参考坐标系确定用于描述相机方位的角度参数。
例如，作为一个优选的实施例，为了描述相机的方位，可以将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2；然后，可以将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。另外，在本发具体实施例中，将第一水平角θ1作为相机方位的水平角。
步骤203，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，将水平角的初始值设置为-(直角+弦杆夹角)/2；当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，将水平角的初始值设置为-(弦杆夹角-直角)/2。
步骤204，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值。
在本发明的技术方案中，可以预先设置一个第一步长。例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的第一步长可以是1°。此时，可以在水平角的当前取值的基础上增加1°，并将增加1°后的水平角作为水平角的当前取值。
例如，如果增加第一步长前的水平角的当前取值为10°，则可以在10°的基础上增加1°，然后将11°作为水平角的当前取值。
当然，根据实际应用情况的需要，上述预设的第一步长也可以是其它的取值，在此不再赘述。
步骤205，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，可以通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure BDA0002469469460000131
Figure BDA0002469469460000132
其中，
Figure BDA0002469469460000133
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角(在进行计算时，该夹角可以取钝角的补角，该补角即为锐角)，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
如图7中的左图所示，如果要符合上述的第一距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图7的左图所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第一距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第一距离条件的第一仰角范围：[cosθ3min′，cosθ3max′]。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，可以通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure BDA0002469469460000141
Figure BDA0002469469460000142
其中，
Figure BDA0002469469460000143
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角(此时，该夹角即为锐角，因此直接取锐角进行计算)，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
如图8中的左图所示，如果要符合上述的第一距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图8的左图中所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第一距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第一距离条件的第一仰角范围：[cosθ3min′，cosθ3max′]。
步骤206，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，可以通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure BDA0002469469460000151
Figure BDA0002469469460000152
其中，
Figure BDA0002469469460000153
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角(在进行计算时，该夹角可以取钝角的补角，该补角即为锐角)，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
如图7中的右图所示，如果要符合上述的第二距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图7的右图所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第二距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第二距离条件的第二仰角范围：[cosθ3min″，cosθ3max″]。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，可以通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure BDA0002469469460000154
Figure BDA0002469469460000155
其中，
Figure BDA0002469469460000156
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角(此时，该夹角即为锐角，因此直接取锐角进行计算)，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
如图8中的右图所示，如果要符合上述的第二距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图8的右图所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第二距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第二距离条件的第二仰角范围：[cosθ3min″，cosθ3max″]。
步骤207，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤204；否则，执行步骤208。
在本发明的技术方案中，如果第一仰角范围和第二仰角范围的交集为空集，则表示当相机方位的水平角为当前的水平角时，无论使用哪个角度的仰角，均有可能出现杆件间的遮挡现象，因此不能将当前的水平角作为相机布置的方位，所以将返回执行步骤204，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长之后，再执行步骤204之后的后续步骤。
而如果第一仰角范围和第二仰角范围的交集不为空集，则表示当相机方位的水平角为当前的水平角时，存在相应的仰角θ3使得结构节点的投影点与杆件网格的两对对边的垂直距离都不小于预设的最小距离值，满足预设距离条件，因此可以将当前的水平角作为相机布置的方位。所以，可以继续执行后续的步骤208。
步骤208，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值。
因此可知，可以得到在对相机进行布置时，相机方位的水平角θ1的限制范围为[θ1min，θ1max]，其中，θ1min为水平角的最小限值，θ1max为水平角的最大限值。该限制范围实际上是关于θ1＝45°对称的。
步骤209，计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
在本步骤中，可以计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的各个水平角所对应的、同时符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
通过上述的步骤201～209，即可计算得到水平角的最小限值、水平角的最大限值，以及各个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。因此，可以根据上述的计算结果来对相机的位置进行布置。
另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤209。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以通过如下的步骤来实现上述的步骤209：
步骤291，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值。
步骤292，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；其中，水平角的初始值为水平角的最小限值。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的第二步长可以是5°。当然，根据实际应用情况的需要，上述预设的第二步长也可以是其它的取值，在此不再赘述。
步骤293，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤294。
步骤294，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，该步骤294与上述的步骤205相同，因此在此不再赘述。
步骤295，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，该步骤295与上述的步骤206相同，因此在此不再赘述。
步骤296，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤292。
通过上述的步骤291～296，即可计算得到各个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
综上可知，如果空间网格结构为两向斜交网架，在对相机进行布置时，考虑到两向斜交网架的对称关系，相机的布置位置俯视图如图9所示。其中，在钝角区域与锐角区域，相机方位的水平角θ1的限制范围为[θ1min，θ1max]，其中，θ1min为水平角的最小限值，θ1max为水平角的最大限值，该限制范围实际上是关于θ1＝45°对称的；而对于给定的一个水平角θ1，其所对应的仰角范围为第一仰角范围和第二仰角范围的交集，即[θ3min,θ3max]。
具体实施例三、空间网格结构为四角锥网架。
在本具体实施例三中，如果空间网格结构为四角锥网架，则可以通过如下的步骤来计算得到所需的水平角的最小限值、最大限值以及各个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。
图10为本发明具体实施例三中的相机布置方法的流程示意图，如图10所示，本发明具体实施例三中的相机布置方法包括如下步骤：
步骤301，获取四角锥网架的几何参数。
在本步骤中，可以先获取四角锥网架的几何参数。所述几何参数可以包括：四角锥网架的网格尺寸。例如，上弦杆的长度a；四角锥网架的结构高度h，即四角锥顶点距离上弦面的竖向距离。
步骤302，根据四角锥网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角。
例如，作为一个优选的具体实施例，可以以四角锥网架的两根上弦杆的方向作为参考坐标系x-y平面的x、y方向，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，从而建立了一个参考坐标系，如图11和图12所示。
然后，可以根据该参考坐标系确定用于描述相机方位的角度参数。
例如，作为一个优选的实施例，为了描述相机的方位，可以将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2；然后，可以将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。另外，在本发具体实施例中，将第一水平角θ1作为相机方位的水平角。
步骤303，判断四角锥网架的下部是否空旷；如果是，则执行步骤304；否则，执行步骤305；
步骤304，将0°作为水平角的最小限值，并将90°作为水平角的最大限值；执行步骤311。
在本发明的技术方案中，当四角锥网架的下部空旷时，四角锥体系网架在仰角为90°时可以保证所有的节点都可被观测到，均满足不遮挡要求，且四角锥顶点在上弦平面(即参考坐标系的x-y平面)的投影点位于顶点正上方的上弦杆网格内部，因此此时的水平角的取值为任意值时均可以满足预设距离条件。而随着仰角的减小，四角锥顶点在上弦平面的投影点位置也将随之发生变化。当四角锥顶点从正上方上弦杆网格内部向与其相邻的网格移动时，会发生杆件间的遮挡现象。因此，对于四角锥顶点仅在正上方上弦杆网格内部移动的情况，给定一个水平角θ1时，存在一个仰角下限θ3min使得仰角θ3在[θ3min，90°]时不发生杆件间遮挡。不同的水平角对应的仰角下限不同，因此，当四角锥网架的下部空旷时，需执行上述的步骤304，将0°作为水平角的最小限值，并将90°作为水平角的最大限值，然后再执行步骤311，得到各个水平角所对应的满足预设距离条件的仰角范围。
而当四角锥网架的下部非空旷时，不允许相机在仰角90°的情况下采集图像。随着仰角的减小，四角锥顶点在上弦杆平面的投影点位置也将随之发生变化，四角锥顶点从正上方上弦杆网格内部向与其相邻的网格移动。若四角锥顶点在相邻网格内移动时，也满足所有节点均可观测到的条件，则可以分别考虑目标节点投影点距离一对对边时，给定相机方位的其中一个参数水平角θ1，得到目标节点投影点位于两条四等分线之间时的仰角θ3的范围。
因此，当四角锥网架的下部非空旷时，需执行后续的步骤305。
步骤305，将水平角的初始值设置为-45°。
步骤306，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值。
在本发明的技术方案中，可以预先设置一个第一步长。例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的第一步长可以是1°。此时，可以在水平角的当前取值的基础上增加1°，并将增加1°后的水平角作为水平角的当前取值。
例如，如果增加第一步长前的水平角的当前取值为10°，则可以在10°的基础上增加1°，然后将11°作为水平角的当前取值。
当然，根据实际应用情况的需要，上述预设的第一步长也可以是其它的取值，在此不再赘述。
步骤307，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当四角锥网架的下部非空旷时，可以通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure BDA0002469469460000211
Figure BDA0002469469460000212
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
如图11中的左图所示，如果要符合上述的第一距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图11的左图所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第一距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第一距离条件的第一仰角范围：[cosθ3min′，cosθ3max′]。
步骤308，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的最小距离值可以是：网格边长的四分之一。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当四角锥网架的下部非空旷时，可以通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure BDA0002469469460000213
θ3max″＝π/2 (19)
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
如图11中的右图所示，如果要符合上述的第二距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图11的右图中所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第二距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第二距离条件的第二仰角范围：[cosθ3min″，cosθ3max″]。
步骤309，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤306；否则，执行步骤310。
在本发明的技术方案中，如果第一仰角范围和第二仰角范围的交集为空集，则表示当相机方位的水平角为当前的水平角时，无论使用哪个角度的仰角，均有可能出现杆件间的遮挡现象，因此不能将当前的水平角作为相机布置的方位，所以将返回执行步骤306，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长之后，再执行步骤306之后的后续步骤。
而如果第一仰角范围和第二仰角范围的交集不为空集，则表示当相机方位的水平角为当前的水平角时，存在相应的仰角θ3使得结构节点的投影点与杆件网格的两对对边的垂直距离都不小于预设的最小距离值，满足预设距离条件，因此可以将当前的水平角作为相机布置的方位。所以，可以继续执行后续的步骤310。
步骤310，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的负数作为水平角的最大限值。
因此可知，可以得到在对相机进行布置时，相机方位的水平角θ1的限制范围为[-θ1max，θ1max]，其中，θ1min为水平角的最小限值，θ1max为水平角的最大限值，且-θ1max＝θ1min。
步骤311，计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
在本步骤中，可以计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的各个水平角所对应的、同时符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
通过上述的步骤301～311，即可计算得到水平角的最小限值、水平角的最大限值，以及各个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。因此，可以根据上述的计算结果来对相机的位置进行布置。
另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤311。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以通过如下的步骤来实现上述的步骤311：
步骤391，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值。
步骤392，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；其中，水平角的初始值为水平角的最小限值。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设的第二步长可以是5°。当然，根据实际应用情况的需要，上述预设的第二步长也可以是其它的取值，在此不再赘述。
步骤393，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤394。
步骤394，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当四角锥网架的下部非空旷时，该步骤394与上述的步骤307相同，因此在此不再赘述。
再例如，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，当四角锥网架的下部空旷时，可以通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure BDA0002469469460000241
θ3max′＝π/2 (21)
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
如图12中的左图所示，如果要符合上述的第一距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图12的左图所示的两条虚线之间(虚线与其邻近的对边之间的垂直距离为预设的最小距离值)。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第一距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第一距离条件的第一仰角范围：[cosθ3min′，cosθ3max′]。
步骤395，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围。
例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，当四角锥网架的下部非空旷时，该步骤395与上述的步骤308相同，因此在此不再赘述。
再例如，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，当四角锥网架的下部空旷时，可以通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure BDA0002469469460000242
θ3max″＝π/2 (19)
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
由于空旷与非空旷只改变了第一距离条件，即节点在第一距离条件下落在的相邻的网格内，但第二距离条件仍然是落在本网格内，所以在第二距离条件下空旷与非空旷无区别，都是使用上述的公式(18)和(19)来计算得到仰角范围。
如图12中的右图所示，如果要符合上述的第二距离条件时，则待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点，应该位于图12的右图中所示的两条四等分线之间。因此，当给定水平角θ1的取值时，可以根据上述公式计算得到符合上述第二距离条件的最大仰角和最小仰角，从而可以得到对应的符合第二距离条件的第二仰角范围：[cosθ3min″，cosθ3max″]。
步骤396，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤392。
通过上述的步骤391～396，即可计算得到各个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
综上可知，如果空间网格结构为四角锥网架，在对相机进行布置时，当四角锥网架下部空旷时，对相机方位的水平角θ1没有限制；而当四角锥网架下部非空旷时，相机的布置位置俯视图如图13所示，相机方位的水平角θ1的限制范围为[-θ1max，θ1max]，其中，θ1max为水平角的最大限值。而对于给定的一个水平角θ1，其所对应的仰角范围为第一仰角范围和第二仰角范围的交集，即[θ3min,θ3max]。
具体实施例四、空间网格结构为四角锥圆柱面网壳。
在本具体实施例四中，当空间网格结构为四角锥圆柱面网壳时，由于四角锥圆柱面网壳的结构形式是以四角锥网架为基础的，因此在已知四角锥网架的相机布置方位的情况下，进行相应的旋转变换即可得到四角锥圆柱面网壳的相机布置方位。
如图14所示，目标区域中心和圆柱面圆心的连线与z轴正方向夹角为θ，局部坐标系O'－x'y'z'中相机布置参数为水平角θ1'，仰角θ3'，则视角方向向量为(1，tanθ1'，tanθ3'/cosθ1')，在整体坐标系下相应的方位参数为：
该坐标系下水平角θ1满足：
Figure BDA0002469469460000261
仰角θ3满足：
Figure BDA0002469469460000262
因此，在局部坐标系下相机绕x'轴、y'轴对称布置，将相机布置位置参数进行坐标变换即可得到新的相机布置参数。
另外，当空间网格结构为单层网壳时，空间网格结构中的杆件难以出现遮挡现象，因此相机的布置主要受实际场地的控制，故在本发明的技术方案中不做说明。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，然后根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值，再计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围，从而可以得到在对相机进行布置时，相机方位的水平角θ1的限制范围，以及限制范围内的任意一个给定的水平角θ1所对应的仰角范围，使得当沿相机观测视角下结构的所有端节点均可观测到时，结构的杆件之间不发生遮挡现象，从而可以有效地避免杆件形成遮挡的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法，其特征在于，该方法包括：
获取空间网格结构的几何参数；
根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值；
计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；
其中，所述根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值包括如下步骤：
步骤A，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤B，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤C，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤D，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤A；否则，执行步骤E；
步骤E，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值；
所述计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围包括：
步骤a，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤b，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤c，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤d；
步骤d，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；
步骤e，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；
步骤f，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤b。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当空间网格结构为两向正交网架时，该方法包括如下步骤：
步骤A1，获取两向正交网架的网格尺寸；
步骤A2，根据两向正交网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤A3，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤A4，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤A5，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤A6，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤A3；否则，执行步骤A7；
步骤A7，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值；
步骤A81，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤A82，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤A83，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤A84；
步骤A84，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；
步骤A85，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；
步骤A86，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤A82。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2包括：
以两向正交网架的两个弦杆的延伸方向分别作为参考坐标系的x、y方向，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，建立一个参考坐标系；
将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2，并将第一水平角θ1或第二水平角θ2作为相机方位的水平角；将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure FDA0003627718810000041
Figure FDA0003627718810000042
其中，a为两向正交网架的上弦杆或下弦杆的长度，h为两向正交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure FDA0003627718810000043
Figure FDA0003627718810000044
其中，a为两向正交网架的上弦杆或下弦杆的长度，h为两向正交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当空间网格结构为两向斜交网架时，该方法包括如下步骤：
步骤B1，获取两向斜交网架的几何参数；
步骤B2，根据两向斜交网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
步骤B3，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，将水平角的初始值设置为-(直角+弦杆夹角)/2；当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，将水平角的初始值设置为-(弦杆夹角-直角)/2；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤B4，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤B5，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤B6，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤B7，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤B4；否则，执行步骤B8；
步骤B8，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值；
步骤B91，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤B92，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤B93，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤B94；
步骤B94，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；
步骤B95，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；
步骤B96，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤B92。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B2包括：
以两向斜交网架的弦杆夹角的两条角平分线作为参考坐标系x-y平面的四个象限的角平分线，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，建立一个参考坐标系；
将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2，将第一水平角θ1或第二水平角θ2作为相机方位的水平角；将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure FDA0003627718810000061
Figure FDA0003627718810000062
其中，
Figure FDA0003627718810000063
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure FDA0003627718810000064
Figure FDA0003627718810000065
其中，
Figure FDA0003627718810000066
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure FDA0003627718810000071
Figure FDA0003627718810000072
其中，
Figure FDA0003627718810000073
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure FDA0003627718810000074
Figure FDA0003627718810000075
其中，
Figure FDA0003627718810000076
a为两向斜交网架的上弦杆或下弦杆的长度，α为两向斜交网架的弦杆夹角，h为两向斜交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当空间网格结构为四角锥网架时，该方法包括如下步骤：
步骤C1，获取四角锥网架的几何参数；
步骤C2，根据四角锥网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
步骤C3，判断四角锥网架的下部是否空旷；如果是，则执行步骤C4；否则，执行步骤C5；
步骤C4，将0°作为水平角的最小限值，并将90°作为水平角的最大限值；执行步骤C11；
步骤C5，将水平角的初始值设置为-45°；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤C6，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤C7，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤C8，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤C9，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤C6；否则，执行步骤C10；
步骤C10，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的负数作为水平角的最大限值；
步骤C111，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值；将水平角的当前取值设置为水平角的初始值；
步骤C112，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤C113，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤C114；
步骤C114，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；
步骤C115，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；
步骤C116，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤C112。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤C2包括：
以四角锥网架的两根上弦杆的方向作为参考坐标系x-y平面的x、y方向，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，建立一个参考坐标系；
将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2，将第一水平角θ1或第二水平角θ2作为相机方位的水平角；将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当四角锥网架的下部非空旷时，通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure FDA0003627718810000091
Figure FDA0003627718810000092
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当四角锥网架的下部非空旷时，通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure FDA0003627718810000093
θ3max″＝π/2；
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当四角锥网架的下部空旷时，通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
Figure FDA0003627718810000101
θ3max′＝π/2；
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当四角锥网架的下部空旷时，通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
Figure FDA0003627718810000102
θ3max″＝π/2；
其中，a为四角锥网架的上弦杆长度，h为四角锥网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
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