本發(fā)明涉及攝影測量技術(shù)，尤其涉及使用工業(yè)攝影器材進行結(jié)構(gòu)物位移監(jiān)測的方法。

背景技術(shù)：

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)物沉降和位移進行監(jiān)測。全站儀雖然精度高，但是售價昂貴，成本花費太大，且全站儀是精密光學(xué)電子儀器，對惡劣條件難以應(yīng)用，主機安置點也要求有較大空間。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位置上，且建立這個基準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。

中國專利“CN 103105140 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點上，將激光接收器安裝在變形面的被測點上，激光接收器在垂直于變形面方向的線位移，是此點的變形值。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。

中國專利“CN 102589523 A“名為遠距離監(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)碼相機和和計算機的遠距離監(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，選定被檢測建筑物的檢測點，按照采樣周期定時對檢測點攝像，傳送至計算機中對圖像進行分析，計算出被測目標點的水平/垂直位移。該方法可以在遠距離、非接觸的條件下對結(jié)構(gòu)進行位移監(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行監(jiān)測，同時工業(yè)數(shù)碼相機容易受到周圍環(huán)境的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而在遠距離測量時，工業(yè)數(shù)碼相機幅度較小的偏轉(zhuǎn)會引起檢測點產(chǎn)生較大的偏移，在長期監(jiān)測時可能帶來嚴重的誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果不可用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明專利目的在于利用攝影測量技術(shù)提供一種建筑物位移監(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。

為解決上述技術(shù)問題，實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種建筑物位移監(jiān)測方法，包括以下步驟：

A）在待測建筑物的一側(cè)面上設(shè)置一待測點靶標，在待測點靶標前方設(shè)有相機，在待測點靶標和相機之間設(shè)有參考點靶標；

B）分別計算待測點靶標、參考點靶標與相機的距離；標定待測點靶標與其在相機中成像像素的比值；

C）配置一與相機連接的計算機，設(shè)置相機的采樣時間；

D） 計算機獲取相機首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像并保存；

E）當(dāng)相機的采樣時間到達時，計算機獲取相機拍攝的實時圖像，并結(jié)合模板圖像對實時圖像進行分析處理，得到待測建筑物的三維位移監(jiān)測結(jié)果。

進一步，所述步驟D具體為：計算機獲取相機首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像，分別得到該模板圖像中待測點靶標的質(zhì)心和參考點靶標的質(zhì)心，并保存。

進一步，所述步驟E具體為：當(dāng)相機的采樣時間到達時，計算機獲取相機拍攝的實時圖像，分別得到實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心和參考點靶標的質(zhì)心，并結(jié)合模板圖像對實時圖像進行分析處理；

如果實時圖像中參考點靶標的質(zhì)心和模板圖像中參考點靶標的質(zhì)心重合，說明相機沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，待測建筑物的三維位移由實時圖像中待測點靶標和模板圖像中待測點靶標得到；

如果實時圖像中參考點靶標的質(zhì)心相對于模板圖像中參考點靶標的質(zhì)心發(fā)生了位移，說明相機發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時首先對實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心進行校正，得到實時圖像中待測點靶標的校正質(zhì)心，待測建筑物的三維位移為實時圖像中校正后待測點靶標和模板圖像中待測點靶標得到。

進一步，所述如果相機沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，待測建筑物的三維位移在x軸上的分量為Δx_a=x_a2- x_a1，在y軸上的分量為Δy_a=y_a2- y_a1，在z軸上的分量為Δz_a=（R₂-R₁）*M/R₁；

如果相機發(fā)生偏轉(zhuǎn)，計算機對實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心進行校正，得到實時圖像中待測點靶標的校正質(zhì)心為A₀（x_a0，y_a0），x_a0=x_a1+M/N*(x_b2-x_b1)，y_a0=y_a1+M/N*(y_b2-y_b1)，待測建筑物的三維位移在x軸上的分量為Δx_a=（x_a2- x_a0）R，在y軸上的分量為Δy_a=（y_a2- y_a0）*R，在z軸上的分量為Δz_a=（R₂-R₁）*M/R₁；

其中，Δx_a和Δy_a分別為待測點靶標在橫坐標方向上和縱坐標方向上的位移分量，Δz_a為垂直于坐標軸的Z軸方向的位移分量，x_a0和y_a0分別為實時圖像中待測點靶標的校正質(zhì)心A₀的橫坐標和縱坐標，x_a1和y_a1分別為模板圖像中待測點靶標的質(zhì)心A₁的橫坐標和縱坐標，x_a2和y_a2分別為實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心A₂的橫坐標和縱坐標，x_b1和y_b1分別為模板圖像中參考點靶標的質(zhì)心B₁的橫坐標和縱坐標，x_b2和y_b2分別為實時圖像中參考點靶標的質(zhì)心B₂的橫坐標和縱坐標，M為待測點靶標到相機的距離，N為參考點靶標到待測點靶標的距離，R₁為模板圖像中待測點靶標成像的半徑，R₂為實時圖像中待測點靶標成像的半徑，R為待測點靶標與其在相機中成像像素的比值。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明提供的建筑物位移監(jiān)控方法，能夠用于對待測建筑物的三維位移進行測量，同時在待測點靶標和相機之間設(shè)有的參考點靶標，用參考點靶標修正相機發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，對待測點靶標位移檢測的誤差，提高了整個監(jiān)控精度，系統(tǒng)成本造價低。

附圖說明

圖1為實施例中建筑物位移監(jiān)控方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例中相機拍到的模板圖像的示意圖。

圖3為實施例中將相機拍到的模板圖像和實時圖像重疊的示意圖。

圖中，待測點靶標1、參考點靶標2、相機3、計算機4。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例：

一種建筑物位移監(jiān)測方法，如圖1所示，其特征在于，包括以下步驟：

A）在待測建筑物的一側(cè)面上設(shè)置一待測點靶標1，在待測點靶標前方均設(shè)有相機3，在待測點靶標和相機之間設(shè)有的參考點靶標2；

B）分別計算待測點靶標、參考點靶標與相機的距離；標定待測點靶標與其在相機中成像像素的比值；即可以得到待測點靶標和相機的距離M，參考點靶標到待測點靶標的距離N，待測點靶標與其在相機中成像像素的比值R。

C）配置一與相機連接的計算機4，設(shè)置相機的采樣時間；采樣時間可根據(jù)具體情況確定，具體實施時，可以是計算機檢測到采樣時間到達時，控制相機進行拍攝，相機拍攝完后將圖像回傳給計算機?；蛘呤窃O(shè)置相機為定時拍攝，當(dāng)相機自動拍攝完后，將圖像回傳給計算機。

D） 計算機獲取相機首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像并保存；具體為：計算機獲取相機首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像，分別得到該模板圖像中待測點靶標的質(zhì)心和參考點靶標的質(zhì)心，并保存。模板圖像認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實時拍攝的圖像進行對比，得出待測建筑物的位移量。待測點靶標的質(zhì)心和參考點靶標的質(zhì)心可以選擇靶標的中心。例如，可以得到模板圖像中待測點靶標的質(zhì)心A₁（x_a1，y_a1）和參考點靶標的質(zhì)心B₁（x_b1，y_b1），如圖2所示，A為待測點靶標在相機中的成像，B為參考點靶標在相機中的成像。

E）當(dāng)相機的采樣時間到達時，計算機獲取相機拍攝的實時圖像，并結(jié)合模板圖像對實時圖像進行分析處理，得到待測建筑物的三維位移量，將該三維位移量定義為三維位移監(jiān)測結(jié)果；根據(jù)某時刻的實時圖像可以得到該時刻待測點靶標的位移。

具體為：當(dāng)相機的采樣時間到達時，計算機獲取相機拍攝的實時圖像，分別得到實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心和參考點靶標的質(zhì)心，例如：可以得到實時圖像的待測點靶標的質(zhì)心A₂（x_a2，y_a2）和參考點靶標的質(zhì)心B₂（x_b2，y_b2）。并結(jié)合模板圖像對實時圖像進行分析處理，得到待測建筑物的三維位移；某時刻的待測建筑物的三維位移是指該時刻下待測點靶標的位置相對于原始位置（模板圖像中待測點靶標的位置）發(fā)生的位移。

如果實時圖像中參考點靶標的質(zhì)心和模板圖像中參考點靶標的質(zhì)心重合，說明相機沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時，實時圖像中待測點靶標發(fā)生的位移就僅僅是待測建筑物發(fā)生的位移，待測建筑物的三維位移在x軸上的分量為Δx_a=（x_a2- x_a1）*R，在y軸上的分量為Δy_a=（y_a2- y_a1）*R，在z軸上的分量為Δz_a=（R₂-R₁）*M/R₁。

如果實時圖像中參考點靶標的質(zhì)心相對于模板圖像中參考點靶標的質(zhì)心發(fā)生了位移，如圖3所示，B₁和B₂沒有重合，說明該監(jiān)測子系統(tǒng)中相機發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時，實時圖像中待測點靶標發(fā)生的位移包括了待測建筑物發(fā)生的位移和相機的偏移帶來的誤差。首先對實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心進行校正，消除相機偏移帶來的誤差，得到實時圖像中待測點靶標的校正質(zhì)心A₀（x_a0，y_a0），x_a0=x_a1+M/N*(x_b2-x_b1)，y_a0=y_a1+M/N*(y_b2-y_b1)。

待測建筑物的三維位移在x軸上的分量為Δx_a=（x_a2- x_a0）*R，在y軸上的分量為Δy_a=（y_a2- y_a0）*R，在z軸上的分量為Δz_a=（R₂-R₁）*M/R₁。

其中，Δx_a和Δy_a分別為待測點靶標在橫坐標方向上和縱坐標方向上的位移分量，Δz_a為垂直于坐標軸的Z軸方向的位移分量，x_a0和y_a0分別為實時圖像中待測點靶標的校正質(zhì)心A₀的橫坐標和縱坐標，x_a1和y_a1分別為模板圖像中待測點靶標的質(zhì)心A₁的橫坐標和縱坐標，x_a2和y_a2分別為實時圖像中待測點靶標的質(zhì)心A₂的橫坐標和縱坐標，x_b1和y_b1分別為模板圖像中參考點靶標的質(zhì)心B₁的橫坐標和縱坐標，x_b2和y_b2分別為實時圖像中參考點靶標的質(zhì)心B₂的橫坐標和縱坐標，M為待測點靶標到相機的距離，N為參考點靶標到待測點靶標的距離，R₁為模板圖像中待測點靶標成像的半徑，R₂為實時圖像中待測點靶標成像的半徑，R為待測點靶標與其在相機中成像像素的比值。

該方法可在遠距離非接觸的情況下建筑物的三維位移，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)上加裝遠程通信設(shè)備，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測。應(yīng)用中影響本方法測量精度主要包括以下幾點：1、工業(yè)數(shù)碼相機像素越高，分辨率越高，更能測量出微小的位移。2、待測點靶標，參考點靶標與鏡頭的距離越近，每個像素代表的實際長度越大，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、可在靶標和被測點上安裝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)碼相機直接暴露在太陽光中測量，盡量使鏡頭與觀測點的光線保持不變。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。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，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。