CN116773531A - 一种建筑物热工性能检测方法、系统、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种建筑物热工性能检测方法、系统、电子设备及介质，涉及红外检测技术领域，该检测方法包括：获取待检测建筑物的三维点云数据以及红外热像图；对三维点云数据进行滤波得到滤波后的点云数据；根据滤波后的点云数据构建初始三维模型；对初始三维模型进行位置校正得到实际三维模型；将待检测建筑物的红外热像图进行拼接得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像；将待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型；计算待检测建筑模型的等温区域，并根据等温区域判断待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。本发明能够应用红外图像快速准确地检测出建筑物的热工缺陷区域。
Description
技术领域
本发明涉及红外检测技术领域，特别是涉及一种建筑物热工性能检测方法、系统、电子设备及介质。
背景技术
任何温度高于绝对零度的物体都会释放出红外线，其能量与该物体温度的四次方成正比。红外热像仪可将人眼无法看到的红外辐射能量转换为电信号，并以备种不同的颜色来表示不同温度分布的可视图像显示出来。这些可视的数据信号可以协助人们查找温度异常点，从而在故障未发生之前发现故障隐患，识别设备或系统的潜在问题。自二十世纪70年代以来，欧美一些发达国家先后开始了红外热像仪在建筑结构工程领域诊断维护的探索，使得红外热像技术在该领域的应用日臻完善。中国的红外建筑检测在二十世纪九十年代开始起步，一开始主要集中在外墙饰面砖的粘结质量以及渗漏检测方面。由于这些应用领域没有其它适合的检测手段，而红外热成像技术具有大面积、非接触远距离检测，不影响被测物体，使用安全，检测快速，结果直观可视等优势，使得该技术在建筑领域得到了迅猛的发展。使用红外热像仪，可以检测到空气泄漏、水分积累、管道堵塞、墙壁后面的结构特征以及过热的电气线路等，并对数据进行可视化记录归档。
目前红外热像仪在建筑检测的主要应用有：
(1)建筑节能检测：检测热工缺陷，热桥缺陷，外墙保温节能等，确保建筑性能及质量，避免造成重大损失或危害，并对建筑节能起到评估作用。
(2)建筑质量检测：用于建筑渗漏、电气系统、暖通空调系统、管路系统等检测，例如：渗水、外墙空鼓、管道密封不良、电气故障等。
随着人们的生活水平逐渐提高，建筑能耗占总建筑耗能的比例也逐渐提高，解决建筑能耗问题的关键即是建筑节能。因此，近年来各地相继出台了绿色建筑或节能建筑等建筑围护结构的评价标准，对建成建筑以及建筑围护结构热工性能检测与评价不仅是技术难点、研究重点，同时也是更快推广节能型建筑的重要举措。
传统的检测方法已不能满足建筑业发展的需要，而红外热像检测技术为解决上述问题提供了全新的思路。具有快速、远距离、无污染不破坏构件等优点。红外热像仪将肉眼无法观测的物体红外辐射能转为电信号表示，可以提早检测出的建筑物的缺陷，方便人们尽早采取对应的措施，减少因为这些缺陷可能造成的巨大损失，减少不必要的人员伤亡，节约社会成本。但是如何应用红外图像快速准确地检测出建筑物的热工缺陷区域，是现阶段亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑物热工性能检测方法、系统、电子设备及介质，能够应用红外图像快速准确地检测出建筑物的热工缺陷区域。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种建筑物热工性能检测方法，所述检测方法包括：
应用三维激光扫描仪获取待检测建筑物的三维点云数据以及应用红外热像仪获取所述待检测建筑物的红外热像图；
对所述三维点云数据进行滤波，得到滤波后的点云数据；
根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型；
对所述初始三维模型进行位置校正，得到实际三维模型；
将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像；
将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型；
计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。
可选地，根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型，具体包括：
根据所述滤波后的点云数据，构造所述待检测建筑物的建筑线框图；
根据所述待检测建筑物的建筑线框图，应用建模软件，得到初始三维模型。
可选地，将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像，具体包括：
将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物的初始全景图像；
去除所述待检测建筑物的初始全景图像中的背景，得到得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像。
可选地，将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型，具体包括：
以红外热像仪的镜头光电为原点，建立红外热像仪坐标系；
所述红外热像图的一个端点为原点，建立像素坐标系；
以所述红外热像仪坐标系与所述像素坐标系的垂直相交点为原点，建立红外热像图坐标系；
根据所述红外热像仪坐标系，建立所述待检测建筑物的世界坐标系；
将所述建筑物表面任意一点经过旋转、平移、透视映射到红外热像图的对应像素点，得到映射关系；
根据所述映射关系，得到待检测建筑模型。
可选地，计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置，具体包括：
计算所述待检测建筑模型的主墙体的多个墙面等温区域；
根据多个所述墙面等温区域，以温度为横轴，以温度出现的频率或者像素数为纵轴，建立直方图分布；
获取所述直方图分布中的峰值温度；所述峰值温度为直方图中出现频率或者像素数最多的温度值；
当所述峰值温度位于设定缺陷区域温度阈值范围内时，所述峰值温度对应的墙面等温区域为缺陷区域。
可选地，所述检测方法还包括计算所述待检测建筑物的热工缺陷比。
可选地，计算所述待检测建筑物的热工缺陷比，具体包括：
计算各所述墙面等温区域的面积；
根据各所述墙面等温区域的面积，得到待检测建筑模型的主墙体的面积和所述缺陷区域的面积；
根据所述缺陷区域的面积与所述主墙体的面积的比值，得到待检测建筑物的热工缺陷比。
一种建筑物热工性能检测系统，应用于上述的建筑物热工性能检测方法，所述检测系统包括：
获取模块，用于应用三维激光扫描仪获取待检测建筑物的三维点云数据以及应用红外热像仪获取所述待检测建筑物的红外热像图；
滤波模块，用于对所述三维点云数据进行滤波，得到滤波后的点云数据；
构建模块，用于根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型；
校正模块，用于对所述初始三维模型进行位置校正，得到实际三维模型；
拼接模块，用于将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像；
映射模块，用于将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型；
判断模块，用于计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。
一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的建筑物热工性能检测方法。
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的建筑物热工性能检测方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过对待检测建筑物建立三维模型，同时将待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型；对待检测建筑模型的等温区域进行计算，从而判断待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。通过待检测建筑模型能够直观地看到待检测建筑物主墙体的红外热成像图像，能够方便地进行热工性能检测，并且，当检测到缺陷区域时，通过对缺陷区域进行修复，将修复后的红外热成像图像及时映射到实际三维模型，能够直观地看到修复后的待检测建筑物主墙体的红外热成像图像，及时检测修复是否成功。同时在建筑的使用过程中，也能够在设定的时间点对建筑进行热工性能检测，及时修复缺陷区域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的建筑物热工性能检测方法的流程图；
图2为本发明提供的建筑物热工性能检测系统的功能模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种建筑物热工性能检测方法、系统、电子设备及介质，能够应用红外图像快速准确地检测出建筑物的热工缺陷区域。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种建筑物热工性能检测方法，所述检测方法包括：
步骤S1：应用三维激光扫描仪获取待检测建筑物的三维点云数据以及应用红外热像仪获取所述待检测建筑物的红外热像图。
步骤S2：对所述三维点云数据进行滤波，得到滤波后的点云数据。
步骤S3：根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型。S3具体包括：
步骤S31：根据所述滤波后的点云数据，构造所述待检测建筑物的建筑线框图。
步骤S32：根据所述待检测建筑物的建筑线框图，应用建模软件，得到初始三维模型。
在实际应用中，将待检测建筑物的点云数据进行点云滤波处理，去除多余的点云，处理后的点云数据导入AuToCAD进行建筑线框图的构造，将在AuToCAD中建立的相应的图层依次倒入3Dmax进行建模，得到初始三维模型。
步骤S4：对所述初始三维模型进行位置校正，得到实际三维模型。
在实际应用中，通过张贴靶纸作为像控点，每个拍摄站点的拍摄范围内设置不少于三个像控点，采用全站仪测出每个像控点的坐标，结合三维激光扫描仪扫描得到靶纸坐标，对初始三维模型进行位置校正。
步骤S5：将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像。S5具体包括：
步骤S51：将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物的初始全景图像。
在实际应用中，对所述待检测建筑物的红外热像图进行中值滤波去噪、增强处理，使用SURF算法提取图像特征点，用RANSEC算法去除错误匹配，基于特征点的匹配，进行红外图像的拼接。
步骤S52：去除所述待检测建筑物的初始全景图像中的背景，得到得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像。
在实际应用中，将所述待检测建筑物的初始全景图像中不相关背景和干扰物排除在外，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像。具体地，将天空、树木等均应排除，并且将窗户的红外成像图像区域也去掉。
步骤S6：将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型。S6具体包括：
步骤S61：以红外热像仪的镜头光电为原点，建立红外热像仪坐标系。
步骤S62：所述红外热像图的一个端点为原点，建立像素坐标系。
步骤S63：以所述红外热像仪坐标系与所述像素坐标系的垂直相交点为原点，建立红外热像图坐标系。
步骤S64：根据所述红外热像仪坐标系，建立所述待检测建筑物的世界坐标系。
步骤S65：将所述建筑物表面任意一点经过旋转、平移、透视映射到红外热像图的对应像素点，得到映射关系。
步骤S66：根据所述映射关系，得到待检测建筑模型。
在实际应用中，利用ICP算法和罗德里格算法对待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换映射到实际三维模型的各坐标点，并且，待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点与温度值一一对应。
具体地，坐标转换映射过程中，坐标转换满足以下关系：
以红外热像仪的镜头光点为原点建立红外热像仪坐标系(Xa，Ya，Za)，Za轴方向与红外热像仪的镜头光轴方向相同；以红外热像仪所成的红外热像图的一个端点为原点建立像素坐标系(p，q)，p轴与Xa轴方向平行，q轴与Ya轴方向平行；相机坐标系的Za轴与红外热像图垂直相交，以交点为原点建立图像坐标系(Xc，Yc，Zc)，Zc轴与Za轴方向相同；以被测建筑为基础，建立世界坐标系(Xd，Yd，Zd)，各坐标轴方向与Xa轴Ya轴Za轴相同，世界坐标系下建筑表面某点Se(Xe，Ye，Ze)经旋转、平移、透视映射到红外热像图对应像素点S0(p0，q0)，Se与对应的红外热像图像素点S0之间满足下列关系：
其中，M为旋转矩阵，N为平移矩阵，F为物体到图像的透视投影矩阵。
其中，dx、dy分别为每一个像素点在p轴和q轴方向上的距离，f为红外热像仪的镜头的焦距值。
步骤S7：计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。S7具体包括：
步骤S71：计算所述待检测建筑模型的主墙体的多个墙面等温区域。
步骤S72：根据多个所述墙面等温区域，以温度为横轴，以温度出现的频率或者像素数为纵轴，建立直方图分布。
步骤S73：获取所述直方图分布中的峰值温度。所述峰值温度为直方图中出现频率或者像素数最多的温度值。
步骤S74：当所述峰值温度位于设定缺陷区域温度阈值范围内时，所述峰值温度对应的墙面等温区域为缺陷区域。
在实际应用中，设定红外图像中缺陷区域和合格墙体热工区域的温度阈值，将缺陷区域的温度阈值定义为T1，将合格区域的温度阈值定义为T2，则T1和T2的定义如下：
其中，Tmin和Tmax分别为检测建筑物的主墙体的最低和最高温度值；1≤Δ1≤3。
确定缺陷区域的温度阈值和合格区域的温度阈值后，优选地，应用生长法对墙面等温区的类别进行划分，该类别包括缺陷区域和合格区域；具体地，以检测主体的红外图像中符合缺陷或合格墙体某一温度阈值的点为生长的起点，获取起点周边8个邻域像素的温度值，并判断8个邻域温度值中哪些属于当前区域的温度阈值内；若邻域某点的温度值与当前起点属于同一区域，则以此点为新的起点，继续进行其邻域内的8个像素温度值的判断，依次类推；直到8个邻域温度值中再没有满足条件的像素与起点属于同一区域，停止搜索；若邻域内的8个像素的温度值与起点不属于同一区域，则该邻域位置停止搜索。
此外，所述检测方法还包括计算所述待检测建筑物的热工缺陷比。具体包括：
1、计算各所述墙面等温区域的面积。
2、根据各所述墙面等温区域的面积，得到待检测建筑模型的主墙体的面积和所述缺陷区域的面积。
3、根据所述缺陷区域的面积与所述主墙体的面积的比值，得到待检测建筑物的热工缺陷比。
本发明提供的建筑物热工性能检测方法，将三维激光扫描仪与红外热像仪相结合对建筑围栏结构进行检测，将红外热图像与三维点云数据模型相结合，能快速、便捷、直观的形成建筑三维红外热像模型，能准确定位缺陷位置，获取缺陷位置信息，弥补了传统红外检测技术的不足。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种建筑物热工性能检测系统，如图2所示，所述检测系统包括：
获取模块，用于应用三维激光扫描仪获取待检测建筑物的三维点云数据以及应用红外热像仪获取所述待检测建筑物的红外热像图。
滤波模块，用于对所述三维点云数据进行滤波，得到滤波后的点云数据。
构建模块，用于根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型。
校正模块，用于对所述初始三维模型进行位置校正，得到实际三维模型。
拼接模块，用于将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像。
映射模块，用于将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型。
判断模块，用于计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。
实施例三
本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的建筑物热工性能检测方法。
可选地，上述电子设备可以是服务器。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的建筑物热工性能检测方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种建筑物热工性能检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
应用三维激光扫描仪获取待检测建筑物的三维点云数据以及应用红外热像仪获取所述待检测建筑物的红外热像图；
对所述三维点云数据进行滤波，得到滤波后的点云数据；
根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型；
对所述初始三维模型进行位置校正，得到实际三维模型；
将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像；
将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型；
计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。
2.根据权利要求1所述的建筑物热工性能检测方法，其特征在于，根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型，具体包括：
根据所述滤波后的点云数据，构造所述待检测建筑物的建筑线框图；
根据所述待检测建筑物的建筑线框图，应用建模软件，得到初始三维模型。
3.根据权利要求1所述的建筑物热工性能检测方法，其特征在于，将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像，具体包括：
将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物的初始全景图像；
去除所述待检测建筑物的初始全景图像中的背景，得到得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像。
4.根据权利要求1所述的建筑物热工性能检测方法，其特征在于，将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型，具体包括：
以红外热像仪的镜头光电为原点，建立红外热像仪坐标系；
所述红外热像图的一个端点为原点，建立像素坐标系；
以所述红外热像仪坐标系与所述像素坐标系的垂直相交点为原点，建立红外热像图坐标系；
根据所述红外热像仪坐标系，建立所述待检测建筑物的世界坐标系；
将所述建筑物表面任意一点经过旋转、平移、透视映射到红外热像图的对应像素点，得到映射关系；
根据所述映射关系，得到待检测建筑模型。
5.根据权利要求1所述的建筑物热工性能检测方法，其特征在于，计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置，具体包括：
计算所述待检测建筑模型的主墙体的多个墙面等温区域；
根据多个所述墙面等温区域，以温度为横轴，以温度出现的频率或者像素数为纵轴，建立直方图分布；
获取所述直方图分布中的峰值温度；所述峰值温度为直方图中出现频率或者像素数最多的温度值；
当所述峰值温度位于设定缺陷区域温度阈值范围内时，所述峰值温度对应的墙面等温区域为缺陷区域。
6.根据权利要求5所述的建筑物热工性能检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括计算所述待检测建筑物的热工缺陷比。
7.根据权利要求6所述的建筑物热工性能检测方法，其特征在于，计算所述待检测建筑物的热工缺陷比，具体包括：
计算各所述墙面等温区域的面积；
根据各所述墙面等温区域的面积，得到待检测建筑模型的主墙体的面积和所述缺陷区域的面积；
根据所述缺陷区域的面积与所述主墙体的面积的比值，得到待检测建筑物的热工缺陷比。
8.一种建筑物热工性能检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：
获取模块，用于应用三维激光扫描仪获取待检测建筑物的三维点云数据以及应用红外热像仪获取所述待检测建筑物的红外热像图；
滤波模块，用于对所述三维点云数据进行滤波，得到滤波后的点云数据；
构建模块，用于根据所述滤波后的点云数据构建初始三维模型；
校正模块，用于对所述初始三维模型进行位置校正，得到实际三维模型；
拼接模块，用于将所述待检测建筑物的红外热像图进行拼接，得到待检测建筑物主墙体的全景红外图像；
映射模块，用于将所述待检测建筑物主墙体的全景红外图像中各像素点经过坐标转换后映射到所述实际三维模型的各坐标点，得到待检测建筑模型；
判断模块，用于计算所述待检测建筑模型的等温区域，并根据所述等温区域判断所述待检测建筑物是否存在缺陷以及缺陷的位置。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1至7中任一项所述的建筑物热工性能检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的建筑物热工性能检测方法。
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| CN202310739275.6A CN116773531A (zh) | 2023-06-21 | 2023-06-21 | 一种建筑物热工性能检测方法、系统、电子设备及介质 |
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| CN116773531A true CN116773531A (zh) | 2023-09-19 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117952975A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 中建国际工程有限公司 | 一种基于三维点云的既有保温墙面修缮方法 |
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2023
- 2023-06-21 CN CN202310739275.6A patent/CN116773531A/zh active Pending
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