一種大型建筑物位移監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的大型建筑物位移監(jiān)控方法，在待測建筑物的兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面上監(jiān)測每個側(cè)面中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移情況，并結(jié)合兩個側(cè)面的位移情況得到待測建筑物的三維位移，能夠用于對待測建筑物的三維位移進(jìn)行測量，同時在待測點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)，相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，用參考點(diǎn)靶標(biāo)修正對待測點(diǎn)靶標(biāo)位移檢測的誤差，提高了整個監(jiān)控精度，系統(tǒng)成本造價低。
【專利說明】
一種大型建筑物位移監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及攝影測量技術(shù)，尤其涉及使用工業(yè)攝影器材進(jìn)行結(jié)構(gòu)物位移監(jiān)測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)主要通過全站儀、位移傳感器或GPS位移測量系統(tǒng)來對大型結(jié)構(gòu)物沉降和位移進(jìn)行監(jiān)測。全站儀雖然精度高，但是售價昂貴，成本花費(fèi)太大，且全站儀是精密光學(xué)電子儀器，對惡劣條件難以應(yīng)用，主機(jī)安置點(diǎn)也要求有較大空間。位移傳感器雖然能夠通過測量結(jié)構(gòu)物一些重要部位相對于某一基準(zhǔn)位置變化來了解整個物體的變形，但是要求位移傳感器必須安裝在某一垂直于被測對象變形而且與被測對象比較接近的基準(zhǔn)位置上，且建立這個基準(zhǔn)位置需要消耗大量人力物力，一般還不能長時間保留，有時根本無法建立。GPS位移測量法采用衛(wèi)星定位，受天氣影響小，測量位移自動化程度高，定位快，相對精度高，但是GPS衛(wèi)星測量法容易受多路效應(yīng)、衛(wèi)星可視條件、衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度變化、區(qū)域電子干擾等因素的影響而導(dǎo)致效率降低，同時使用GPS設(shè)備的成本較高。
[0003]中國專利“CN103105140 A”名為“大型建筑物變形監(jiān)測以及其監(jiān)測的方法”將激光發(fā)射器安裝在接近被測對象的一個相對給定的基準(zhǔn)點(diǎn)上，將激光接收器安裝在變形面的被測點(diǎn)上，激光接收器在垂直于變形面方向的線位移，是此點(diǎn)的變形值。但是在測量的過程中，激光發(fā)射器的安裝位置一旦發(fā)生位移后，激光發(fā)射器發(fā)出的激光光斑的位移發(fā)生明顯變化，使激光接收器難以根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)判斷是建筑物發(fā)生位移還是激光發(fā)射器發(fā)生移動，影響監(jiān)測效果。
[0004]中國專利“CN102589523 A“名為遠(yuǎn)距離監(jiān)測建筑物位移的方法和所用裝備”提供了一種利用工業(yè)數(shù)碼相機(jī)和和計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測建筑物位移的方法，在被檢測建筑物一定距離處放置好工業(yè)數(shù)碼相機(jī)，選定被檢測建筑物的檢測點(diǎn)，按照采樣周期定時對檢測點(diǎn)攝像，傳送至計(jì)算機(jī)中對圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出被測目標(biāo)點(diǎn)的水平/垂直位移。該方法可以在遠(yuǎn)距離、非接觸的條件下對結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移監(jiān)測、裝備成本低，但是該方法只能對建筑物的一個面的位移方向進(jìn)行監(jiān)測，同時工業(yè)數(shù)碼相機(jī)容易受到周圍環(huán)境的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而在遠(yuǎn)距離測量時，工業(yè)數(shù)碼相機(jī)幅度較小的偏轉(zhuǎn)會引起檢測點(diǎn)產(chǎn)生較大的偏移，在長期監(jiān)測時可能帶來嚴(yán)重的誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果不可用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明專利目的在于怎么提供一種大型建筑物位移監(jiān)控方法，能夠?qū)Υ郎y建筑物的三維位移進(jìn)行測量，成本低，精度高，解決了現(xiàn)有技術(shù)的檢測方法存在成本高、精度不夠等問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種大型建筑物位移監(jiān)測方法，包括以下步驟:
A)在待測建筑物的兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面上分別設(shè)置一組監(jiān)測子系統(tǒng)，每組監(jiān)測子系統(tǒng)包括設(shè)置在待測建筑物的側(cè)面上的一待測點(diǎn)靶標(biāo)，在待測點(diǎn)靶標(biāo)前方均設(shè)有相機(jī)，以及在待測點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)；
B)分別計(jì)算每組監(jiān)測子系統(tǒng)中待測點(diǎn)靶標(biāo)、參考點(diǎn)靶標(biāo)與相機(jī)的距離;標(biāo)定待測點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值；
C)配置一與所有監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)，設(shè)置所有相機(jī)的采樣時間；
D)計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像并保存；
E)當(dāng)監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)的采樣時間到達(dá)時，計(jì)算機(jī)都進(jìn)行如下處理:計(jì)算機(jī)獲取該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)拍攝的實(shí)時圖像，并結(jié)合該監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像對實(shí)時圖像進(jìn)行分析處理，得到該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移；
F)計(jì)算機(jī)結(jié)合兩組監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移，得到待測建筑物的三維位移監(jiān)測結(jié)果。
[0007]進(jìn)一步，所述步驟D具體為:計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為該監(jiān)測子系統(tǒng)的模板圖像，分別得到該模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并保存。
[0008]進(jìn)一步，所述步驟E具體為:當(dāng)監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)的采樣時間到達(dá)時，計(jì)算機(jī)都進(jìn)行如下處理:
計(jì)算機(jī)獲取該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)拍攝的實(shí)時圖像，分別得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并結(jié)合該監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像對實(shí)時圖像進(jìn)行分析處理，得到該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移；
如果實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心重合，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心的差值；
如果實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心相對于模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心發(fā)生了位移，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時首先對實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心，該監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心的差值。
[0009]進(jìn)一步，計(jì)算機(jī)對每組監(jiān)測子系統(tǒng)進(jìn)行處理時，如果相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心的差值;即 A Xai_Xai2_ Xail, Δ Ya1-Yai2— yail;
如果相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)對實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心為Ai。(Xai。，yai。)，xa1=xaii+Mi/Ni*(xbi2-xbii),ya1=yaii+Mi/Ni*(ybl2-ybll)，該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心的差值;即Δ Xai=Xai2- Xa1, A yai=yai2- ya1；
其中，在第i組監(jiān)測子系統(tǒng)中，Δ Xal和Δ yal分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)在橫坐標(biāo)方向上和縱坐標(biāo)方向上的位移分量，XaiQ和ya1分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革El標(biāo)的校正質(zhì)心A1的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xail和yail分別為模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Au的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xai2和yai2分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革El標(biāo)的質(zhì)心Ai2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xbii和ybii分別為模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Bll的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，XbdPybl2分別為實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Bi2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Mi為待測點(diǎn)靶標(biāo)到相機(jī)的距離，Ni為參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測點(diǎn)靶標(biāo)的距離。
[0010]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提供的大型建筑物位移監(jiān)控方法，在待測建筑物的兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面上監(jiān)測每個側(cè)面中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移情況，并結(jié)合兩個側(cè)面的位移情況得到待測建筑物的三維位移，能夠用于對待測建筑物的三維位移進(jìn)行測量，同時在待測點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)，用參考點(diǎn)靶標(biāo)修正相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，對待測點(diǎn)靶標(biāo)位移檢測的誤差，提高了整個監(jiān)控精度，系統(tǒng)成本造價低。
【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)施例中大型建筑物位移監(jiān)控方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為實(shí)施例中相機(jī)拍到的模板圖像的示意圖。
[0013]圖3為實(shí)施例中將相機(jī)拍到的模板圖像和實(shí)時圖像重疊的示意圖。
[0014]圖中，1、2、3分別為第I組監(jiān)測子系統(tǒng)的測點(diǎn)靶標(biāo)1、參考點(diǎn)靶標(biāo)I和相機(jī)1，4、5、6分別為第2組監(jiān)測子系統(tǒng)的測點(diǎn)靶標(biāo)Π、參考點(diǎn)靶標(biāo)Π和相機(jī)Π，7為計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0016]實(shí)施例:
一種大型建筑物位移監(jiān)測方法，如圖1所示，其特征在于，包括以下步驟:
A)在待測建筑物的兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面上分別設(shè)置一組監(jiān)測子系統(tǒng)，每組監(jiān)測子系統(tǒng)包括設(shè)置在待測建筑物的側(cè)面上的一待測點(diǎn)靶標(biāo)，在待測點(diǎn)靶標(biāo)前方均設(shè)有相機(jī)，以及在待測點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)；
假設(shè)在待測建筑物的側(cè)面I上設(shè)置第I組監(jiān)測子系統(tǒng)，在與側(cè)面I相鄰且相互垂直的側(cè)面Π上設(shè)置第2組監(jiān)測子系統(tǒng)，第I組監(jiān)測子系統(tǒng)包括待測點(diǎn)靶標(biāo)I1、參考點(diǎn)靶標(biāo)12和相機(jī)I3，第2組監(jiān)測子系統(tǒng)包括待測點(diǎn)靶標(biāo)Π 4、參考點(diǎn)靶標(biāo)Π 5和相機(jī)Π 6，之所以選擇兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面是為了使相機(jī)I和相機(jī)Π形成90度的角度，使得兩個相機(jī)拍攝的圖像能夠綜合體現(xiàn)出待測建筑物的三維位移。如果不方面在待測建筑物的兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面設(shè)置監(jiān)測子系統(tǒng)，則可以選擇在待測建筑物的一個側(cè)面上一個待測點(diǎn)靶標(biāo)，在待測點(diǎn)靶標(biāo)前方均設(shè)有夾角為90度的兩個相機(jī)，這樣同樣能夠使得兩個相機(jī)拍攝的圖像能夠綜合體現(xiàn)出待測建筑物的三維位移。
[0017]B)分別計(jì)算每組監(jiān)測子系統(tǒng)中待測點(diǎn)靶標(biāo)、參考點(diǎn)靶標(biāo)與相機(jī)的距離;標(biāo)定待測點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值；即可以得到第I組監(jiān)測子系統(tǒng)中待測點(diǎn)靶標(biāo)I和相機(jī)I的距離M1，參考點(diǎn)靶標(biāo)I到待測點(diǎn)靶標(biāo)I的距離N1，待測點(diǎn)靶標(biāo)I與其在相機(jī)I中成像像素的比值R1;同樣得到第2組監(jiān)測子系統(tǒng)Π中待測點(diǎn)靶標(biāo)Π和相機(jī)Π的距離M2，參考點(diǎn)靶標(biāo)Π到待測點(diǎn)靶標(biāo)Π的距離N2，待測點(diǎn)靶標(biāo)Π與其在相機(jī)Π中成像像素的比值R2;
C)配置一與所有監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)7，設(shè)置所有相機(jī)的采樣時間;采樣時間可根據(jù)具體情況確定，具體實(shí)施時，可以是計(jì)算機(jī)檢測到采樣時間到達(dá)時，控制相機(jī)進(jìn)行拍攝，相機(jī)拍攝完后將圖像回傳給計(jì)算機(jī)?；蛘呤窃O(shè)置相機(jī)為定時拍攝，當(dāng)相機(jī)自動拍攝完后，將圖像回傳給計(jì)算機(jī)。
[0018]D)計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像并保存;具體為:計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為該監(jiān)測子系統(tǒng)的模板圖像，分別得到該模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并保存。模板圖像認(rèn)為是待測建筑物未發(fā)生位移時的狀態(tài)，保存模板圖像是為了方便后面和相機(jī)實(shí)時拍攝的圖像進(jìn)行對比，得出待測建筑物的位移量。待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心可以選擇靶標(biāo)的中心。例如，可以得到第I組監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像I中待測點(diǎn)靶標(biāo)I的質(zhì)心An(Xall，yall)和參考點(diǎn)靶標(biāo)I的質(zhì)心Bn(Xbll，ybll)，第2組監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像Π中待測點(diǎn)革巴標(biāo)Π的質(zhì)心A21 (Xa21，ya21)和參考點(diǎn)革巴標(biāo)Π的質(zhì)心B21 ( Xb21，yb21)。如圖2所示，A為待測點(diǎn)靶標(biāo)在相機(jī)中的成像，B為參考點(diǎn)靶標(biāo)在相機(jī)中的成像。
[0019]E)當(dāng)監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)的采樣時間到達(dá)時，計(jì)算機(jī)都進(jìn)行如下處理:計(jì)算機(jī)獲取該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)拍攝的實(shí)時圖像，并結(jié)合該監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像對實(shí)時圖像進(jìn)行分析處理，得到該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移;根據(jù)某時刻的實(shí)時圖像可以得到該時刻待測點(diǎn)革E標(biāo)的位移。
[0020]具體為:當(dāng)監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)的采樣時間到達(dá)時，計(jì)算機(jī)都進(jìn)行如下處理:
計(jì)算機(jī)獲取該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)拍攝的實(shí)時圖像，分別得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，例如:可以得到第I組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像I的待測點(diǎn)靶標(biāo)I的質(zhì)心Al2(Xal2，yal2)和參考點(diǎn)革El標(biāo)I的質(zhì)心Bl2(Xbl2，ybl2)，第2組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像Π中待測點(diǎn)革E標(biāo)Π的質(zhì)心422(1322，5^22)和參考點(diǎn)革[11標(biāo)Π的質(zhì)心B22(Xb22，yb22)。并結(jié)合該監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像對實(shí)時圖像進(jìn)行分析處理，得到該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移;某時刻的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移是指該時刻下待測點(diǎn)靶標(biāo)的位置相對于原始位置(模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位置)發(fā)生的位移。
[0021]如果實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心重合，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時，實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)發(fā)生的位移就僅僅是待測建筑物發(fā)生的位移，該監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中待測點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心的差值；即Δ Xai=Xai2- Xail, A yai=yai2- yail。例如:可以得到第I組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像I的待測點(diǎn)靶標(biāo)I的位移為A Xal=Xal2- Xail, Ayal=Yal2- yall，第2組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像Π中待測點(diǎn)革巴標(biāo)Π的位移為Δ Xa2=Xa22- Xa21，A
ya2=ya22~ ya21o
[0022]如果實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心相對于模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心發(fā)生了位移，如圖3所示，B11和B12沒有重合，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時，實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)發(fā)生的位移包括了待測建筑物發(fā)生的位移和相機(jī)的偏移帶來的誤差。首先對實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，消除相機(jī)偏移帶來的誤差，得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心厶10(叉￡^0，5^())，叉￡^()=叉￡^1+1^/1'1:1*(叉1^2-叉1^1)，ya1=yaii+Mi/Ni*(ybi2_ybii)，例如:可以得到第I組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像I的待測點(diǎn)靶標(biāo)I的校正質(zhì)心A1Q(XalQ，yal())，Xal0=Xaii+Mi/Ni*(xbi2_xbii)，ya1=yaii+Mi/Ni*(ybi2-ybii)，第2組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像 Π 的待測點(diǎn)革巴標(biāo) Π 的校正質(zhì)心A2Q(Xa2Q，ya2Q)，Xa2Q=Xa21+M2/N2*(Xb22-Xb21)，ya2Q=ya21+M2/N2*(yb22-yb21) ο
[0023]該監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心的差值，該差值僅包含了待測建筑物發(fā)生的位移，即AXai=Xai2- Xa1 , Δ yai=yai2_ yaiQ。例如:可以得到第I組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像I的待測點(diǎn)革巴標(biāo)I的位移Δ XaI=XaI2- Xa1, A yai=yai2- ya1，第2組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像Π的待測點(diǎn)革巴標(biāo)Π的位移Δ Xa2=Xa22~ Xa20 ? Δ ya2=ya22_ Ya20o
[0024]其中，在第i組監(jiān)測子系統(tǒng)中，ΛXal和Λ yal分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)在橫坐標(biāo)方向上和縱坐標(biāo)方向上的位移分量，xai(^Pya1分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心Ai0的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，XaiJPyaiAIU為模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Au的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xai2和yai2分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革El標(biāo)的質(zhì)心Ai2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xbii和ybii分別為模板圖像中參考點(diǎn)革G標(biāo)的質(zhì)心Bii的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，xbi2和ybi2分別為實(shí)時圖像中參考點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心Bi2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Mi為待測點(diǎn)靶標(biāo)到相機(jī)的距離，Ni為參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測點(diǎn)靶標(biāo)的距離。
[0025]F)計(jì)算機(jī)結(jié)合兩組監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移，得到待測建筑物的三維位移量，并將該三維位移量作為三維位移監(jiān)測結(jié)果。將得到的2組監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像的待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移擬合到三維坐標(biāo)上，得到待測建筑物的擬合三維位移。例如，在待測建筑物上建立三維坐標(biāo)系，將第I組監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)時圖像I的待測點(diǎn)靶標(biāo)I的位移為(AXal, A yal)擬合到該三維坐標(biāo)系上，此時△ Xal的值等于待測建筑物的擬合三維位移在X軸上的分量，Ayal的值等于待測建筑物的擬合三維位移在y軸上的分量，將第2組監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)時圖像Π的待測點(diǎn)革E標(biāo)Π的位移為(A Xa2, Δ ya2)擬合到該三維坐標(biāo)系上，此時Δ xa2的值等于待測建筑物的擬合三維位移在z軸上的分量，A ya2的值等于待測建筑物的擬合三維位移在y軸上的分量，所以得到的待測建筑物的擬合三維位移(Δ X, Δ y,a x*Ri, Δ y*Ri,Az*R2)o
[0026]該方法可在遠(yuǎn)距離非接觸的情況下大型建筑物的三維位移，測量精度高，能夠?qū)崟r顯示結(jié)構(gòu)物的位移或者沉降，克服了由于攝像機(jī)安裝結(jié)構(gòu)變形帶來的測量錯誤和誤差，也可以在監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝遠(yuǎn)程通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測。應(yīng)用中影響本方法測量精度主要包括以下幾點(diǎn):1、工業(yè)數(shù)碼相機(jī)像素越高，分辨率越高，更能測量出微小的位移。
2、待測點(diǎn)靶標(biāo)，參考點(diǎn)靶標(biāo)與鏡頭的距離越近，每個像素代表的實(shí)際長度越大，精度就越低。3、監(jiān)測系統(tǒng)最好放在避風(fēng)的位置，牢固固定。4、可在靶標(biāo)和被測點(diǎn)上安裝LED燈，提高監(jiān)測亮度，方便監(jiān)測。5、盡量不要把工業(yè)數(shù)碼相機(jī)直接暴露在太陽光中測量，盡量使鏡頭與觀測點(diǎn)的光線保持不變。6、盡量避免安裝在經(jīng)常附近有車輛經(jīng)過，風(fēng)力過大的環(huán)境中。7、盡可能選擇建筑物中相互垂直的兩條邊界線上的中心點(diǎn)。
[0027]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大型建筑物位移監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟: A)在待測建筑物的兩個相鄰且相互垂直的側(cè)面上分別設(shè)置一組監(jiān)測子系統(tǒng)，每組監(jiān)測子系統(tǒng)包括設(shè)置在待測建筑物的側(cè)面上的一待測點(diǎn)靶標(biāo)，在待測點(diǎn)靶標(biāo)前方均設(shè)有相機(jī)，以及在待測點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)； B)分別計(jì)算每組監(jiān)測子系統(tǒng)中待測點(diǎn)靶標(biāo)、參考點(diǎn)靶標(biāo)與相機(jī)的距離;標(biāo)定待測點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值 C)配置一與所有監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)，設(shè)置所有相機(jī)的采樣時間； D)計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像并保存； E)當(dāng)監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)的采樣時間到達(dá)時，計(jì)算機(jī)都進(jìn)行如下處理:計(jì)算機(jī)獲取該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)拍攝的實(shí)時圖像，并結(jié)合該監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像對實(shí)時圖像進(jìn)行分析處理，得到該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移； F)計(jì)算機(jī)結(jié)合兩組監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移，得到待測建筑物的三維位移監(jiān)測結(jié)果。2.如權(quán)利要求1所述的大型建筑物位移監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟D具體為:計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為該監(jiān)測子系統(tǒng)的模板圖像，分別得到該模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并保存。3.如權(quán)利要求1所述的大型建筑物位移監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟E具體為:當(dāng)監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)的采樣時間到達(dá)時，計(jì)算機(jī)都進(jìn)行如下處理: 計(jì)算機(jī)獲取該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)拍攝的實(shí)時圖像，分別得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并結(jié)合該監(jiān)測子系統(tǒng)中模板圖像對實(shí)時圖像進(jìn)行分析處理，得到該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移； 如果實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心重合，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心的差值； 如果實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心相對于模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心發(fā)生了位移，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時首先對實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心，該監(jiān)測子系統(tǒng)中實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心的差值。4.如權(quán)利要求3所述的大型建筑物位移監(jiān)測方法，其特征在于，計(jì)算機(jī)對每組監(jiān)測子系統(tǒng)進(jìn)行處理時，如果相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心的差值;即Δ Xai=Xai2- Xail,Δ yai=yai2_ Yaii; 如果相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)對實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心為Ai。(Xai。，yai。)，xa1=xaii+Mi/Ni*(xbi2-xbii),ya1=yaii+Mi/Ni*(ybl2-ybll)，該監(jiān)測子系統(tǒng)的實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心的差值;即Δ Xai=Xai2- Xa1, A yai=yai2- ya1； 其中，在第i組監(jiān)測子系統(tǒng)中，Δ Xal和Δ yal分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)在橫坐標(biāo)方向上和縱坐標(biāo)方向上的位移分量，XaiQ和yaiQ分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革El標(biāo)的校正質(zhì)心AiQ的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xail和yail分別為模板圖像中待測點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Ail的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xai2和yai2分別為實(shí)時圖像中待測點(diǎn)革El標(biāo)的質(zhì)心Ai2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xbii和ybii分別為模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Bil的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xbi2和ybi2分別為實(shí)時圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Bi2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Mi為待測點(diǎn)靶標(biāo)到相機(jī)的距離，Ni為參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測點(diǎn)靶標(biāo)的距離。
【文檔編號】G01B11/02GK105865349SQ201610476228
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】藍(lán)章禮, 楊揚(yáng), 陳巍, 黃芬, 王可欣
【申請人】重慶交通大學(xué)