一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及文物监测领域，具体涉及倾斜、沉降检测领域。一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，包括一监测系统，其特征在于，所述监测系统包括至少一台摄像机，所述至少一台摄像机连接一工控机，所述工控机连接一计算机系统；所述摄像机的摄像口朝向一设置在被测建筑物上的检测识别物。本发明通过实时监测设备对文物建筑的倾斜沉降情况进行监测，使遗产保护管理者能够随时查看文物建筑保存状态，并在问题出现的第一时间就能够采取措施保护遗产的安全。
【专利说明】
一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统及其使用方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及文物监测领域，具体涉及倾斜、沉降检测领域。
【背景技术】
[0002]历史建筑在保存过程中，会因为地基沉降，地震、振动、受力构件的损坏等原因而倾斜、沉降。严重情况下，倾斜沉降的发生、发展会导致建筑物的毁坏。
[0003]对于历史建筑物倾斜、沉降状况的检测，目前的常用做法是利用全站型电子测距仪人工定期测量其距离、角度和高程来获取被测目标点在不同时段的变形数据。这种做法精度较高，但不能及时发现历史建筑的倾斜沉降状况，测量工作费工、费时、费力。并且文物保护管理机构需要委托专业机构来实施测量工作。测量的结果则需要在测量结束后再利用相关软件分析计算来得出。对于文物保护需要而言，这种监测方法无法实现对文物建筑倾斜、沉降变化状态的及时掌握，不能在发生问题的开始阶段就发现文物建筑面临的风险，实现文物保护的“防患于未然”。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统；
[0005]本发明还在于，提供了一种用于文物建筑倾斜、沉降的摄影测量监测方法。以解决上述至少一个问题。
[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007]—种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，包括一监测系统，其特征在于，所述监测系统包括至少一台摄像机，所述至少一台摄像机连接一工控机，所述工控机连接一计算机系统；
[0008]所述摄像机的摄像口朝向一设置在被测建筑物上的检测识别物。
[0009]本发明通过实时监测设备对文物建筑的倾斜沉降情况进行监测，使遗产保护管理者能够随时查看文物建筑保存状态，并在问题出现的第一时间就能够采取措施保护遗产的安全。测量时不用接触测点，测量过程更加便捷、省力。
[0010]所述监测系统还包括一支架，所述至少一台摄像机安装在所述支架上部。固定摄像机。所述工控机与所述摄像机安装在同一支架上。简化系统。设备简单，仅仅需要一至数台较高分辨率的数值相机及相应的附属配件。
[0011]所述工控机内设有一无线信号发射模块，所述计算机系统内设有一无线信号接收模块。所述工控机可以通过无线连接所述计算机系统实现远程连接，方便用户使用，也可以通过光纤连接。
[0012]所述至少一台摄像机采用像素百万以上的的面阵相机。清晰度高，检测效果好。
[0013]所述计算机系统内还设有一用于警示用户的预警模块。在测得文物建筑倾斜、沉降突然变化时，起到警示，例如在计算机系统的显示端调出弹窗，能让用户在第一时间得知。
[0014]作为一种方案，所述至少一台摄像机监测文物建筑倾斜沉降状况时设置成连续摄像模式；拍摄完成后，所述至少一台摄像机自动会将图像数据通过数据线反馈给所述工控机缓存;计算机分析系统通过无线或光纤网络与工控机连接，并在缓存里读取相关图像数据;通过对图像数据的处理，计算机分析系统得到文物建筑的倾斜、沉降状况。图像数据获取迅速，监测频率可根据需要灵活设定;测量图像数据通过物联网技术与计算机分析系统远程连接，计算机分析系统可以实时获取测量数据进行分析处理；图像数据及测量结果由计算机处理完成，自动化程度高，操作简单，并在设定变形阈值的条件下自动预警;人为因素对测量结果影响小，测量精度高。
[0015]优选，所述检测识别物安装在建筑物上作为监测控制点，所述至少一台摄像机安装在支柱上对被测建筑物进行连续拍摄，获取建筑物同一特征部位至少两张同一角度的或不同角度的图像;所述工控机安装在所述支柱上，缓存摄像机拍摄的图像数据;所述计算机系统通过无线或光纤网络与工控机远程连接，并由工控机中获得摄像机拍摄的图像数据并进行分析处理，得到监测点的三维坐标，计算后得到变形量;设定相机的拍摄频率，重复拍摄图像，通过计算机图像处理程序，连续摄影测量和数据解析，得到不同周期的建筑物倾斜、沉降数据，获得被测建筑物的倾斜、沉降趋势;给定倾斜、沉降临界阈值，计算机系统得出倾斜、沉降变量后与临界阈值进行对比，自动判定是否预警。
[0016]所述给定倾斜临界阈值在0.5°?1°之间，沉降临界阈值在5mm?1mm之间。当计算机得出倾斜、沉降变量的超过给定倾斜、沉降临界阈值，即为文物建筑发生较大变动，及时预警。
[0017]作为一种方案，摄像机为三台，两台所述摄像机为第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机，所述第一摄像机至被所述检测识别物之间为第一直线，所述第二摄像机至被所述检测识别物之间为第二直线，所述第三摄像机至被所述检测识别物之间为第三直线，所述第一直线与所述第二直线之间的夹角角度在0°?180°之间，所述第一直线与所述第三直线之间的夹角角度在0°?180°之间，所述第二直线与所述第三直线之间的夹角角度在0°?180°之间。根据被测建筑物所在地形布置三台摄像机，从而立体的观测到被测建筑物的各个位置的状况，也可以通过计算机系统得到更易观测的三维立体图。优选，所述第一直线与所述第二直线之间的夹角角度在119°?121°之间，所述第一直线与所述第三直线之间的夹角角度在119°?121°之间，所述第二直线与所述第三直线之间的夹角角度在119°?121°之间。即三台所述摄像机均匀分布在所述检测识别物的外围。
[0018]所述监测系统还设有一电源系统，所述电源系统包括一蓄电池、一太阳能电板，所述蓄电池连接所述太阳能电板，所述太阳能电板布置在所述支架上。利用太阳能电板将电力存储到蓄电池之后，通过蓄电池给监测系统供电，由于本发明的实时检测性，通过太阳能电板可以节省大量资源，同时省去了重新铺设电线的步骤。
[0019]所述太阳能电板设置在所述支架表面，所述支架上设有一凹槽，所述工控机嵌入到所述凹槽内。优化结构，防止工控机影响布置，无需单独设置太阳能电板，只需将其设置在支架表面。
[0020]所述支架设有一中空腔，所述蓄电池位于所述中空腔内。优化结构。
[0021 ] 一种用于文物建筑倾斜、沉降的摄影测量监测方法包括以下步骤；
[0022]步骤一:安装监测点标识；
[0023]步骤二:测量被测建筑物的高度，确定摄像机的安装位置；
[0024]步骤三:拍摄图像；
[0025]步骤四:图像处理；
[0026]步骤五:变量分析；
[0027]步骤六:变形分析。
[0028]所述步骤一中，在被测建筑物上根据测量需要安装适量的监测识别物，作为测量te制点ο
[0029]所述步骤二中，图像识别摄像机的根据实际需要可设多台同时从不同角度进行监测。
[0030]所述步骤三中，图像识别摄像机根据设定的拍摄频率，自动拍摄图像，并将图像缓存在嵌入式工控机中。
[0031]所述步骤四中，计算机监测系统自动从嵌入式工控机中获取图像数据，解析后获得所测建筑物监测点的三维坐标。
[0032]所述步骤五中，计算机监测系统将最新的监测数据根据设定的算法，与初始监测数据进行对比，获得各监测点的的变形数据。
[0033]所述步骤六中，计算机监测系统将不同时期的变形量进行分析对比，获得被测文物建筑的倾斜、沉降趋势。
[0034]本发明的检测系统具有监测精度高，能够连续监测、自动预警的显著特点。
【附图说明】
[0035]图1为本发明的部分结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
[0037]参照图1，一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，包括一监测系统，监测系统包括至少一台摄像机2，至少一台摄像机2连接一工控机3，工控机3连接一计算机系统4;
[0038]摄像机的摄像口朝向一设置在被测建筑物上的检测识别物I。
[0039]本发明通过实时监测设备对文物建筑的倾斜沉降情况进行监测，使遗产保护管理者能够随时查看文物建筑保存状态，并在问题出现的第一时间就能够采取措施保护遗产的安全。测量时不用接触测点，测量过程更加便捷、省力。
[0040]监测系统还包括一支架5，至少一台摄像机2安装在支架5上部。固定摄像机。工控机3与摄像机安装在同一支架5上。简化系统。设备简单，仅仅需要一至数台较高分辨率的数值相机及相应的附属配件。
[0041]工控机3内设有一无线信号发射模块，计算机系统4内设有一无线信号接收模块。工控机3可以通过无线连接计算机系统4实现远程连接，方便用户使用，也可以通过光纤连接。
[0042]至少一台摄像机2采用像素百万以上的的面阵相机。清晰度高，检测效果好。
[0043]计算机系统4内还设有一用于警示用户的预警模块。在测得文物建筑倾斜、沉降突然变化时，起到警示，例如在计算机系统4的显示端调出弹窗，能让用户在第一时间得知。
[0044]作为一种方案，至少一台摄像机2监测文物建筑倾斜沉降状况时设置成连续摄像模式;拍摄完成后，至少一台摄像机2自动会将图像数据通过数据线反馈给工控机3缓存;计算机分析系统通过无线或光纤网络与工控机3连接，并在缓存里读取相关图像数据;通过对图像数据的处理，计算机分析系统得到文物建筑的倾斜、沉降状况。图像数据获取迅速，监测频率可根据需要灵活设定;测量图像数据通过物联网技术与计算机系统远程连接，计算机分析系统可以实时获取测量数据进行分析处理；图像数据及测量结果由计算机处理完成，自动化程度高，操作简单，并在设定变形阈值的条件下自动预警;人为因素对测量结果影响小，测量精度高。
[0045]优选，检测识别物I安装在建筑物上作为监测控制点，至少一台摄像机2安装在支柱上对被测建筑物进行连续拍摄，获取建筑物同一特征部位至少两张同一角度的或不同角度的图像;工控机3安装在支柱上，缓存摄像机拍摄的图像数据;计算机系统4通过无线或光纤网络与工控机3远程连接，并由工控机3中获得摄像机拍摄的图像数据并进行分析处理，得到监测点的三维坐标，计算后得到变形量;设定相机的拍摄频率，重复拍摄图像，通过计算机图像处理程序，连续摄影测量和数据解析，得到不同周期的建筑物倾斜、沉降数据，获得被测建筑物的倾斜、沉降趋势;给定倾斜、沉降临界阈值，计算机系统4得出倾斜、沉降变量后与临界阈值进行对比，自动判定是否预警。
[0046]给定倾斜临界阈值在0.5°?1°之间，沉降临界阈值在5mm?1mm之间。当计算机得出倾斜、沉降变量的超过给定倾斜、沉降临界阈值，即为文物建筑发生较大变动，及时预警。
[0047]作为一种方案，摄像机为三台，两台摄像机为第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机，第一摄像机至被检测识别物I之间为第一直线，第二摄像机至被检测识别物I之间为第二直线，第三摄像机至被检测识别物I之间为第三直线，第一直线与第二直线之间的夹角角度在0°?180°之间，第一直线与第三直线之间的夹角角度在0°?180°之间，第二直线与第三直线之间的夹角角度在0°?180°之间。根据被测建筑物所在地形布置三台摄像机，从而立体的观测到被测建筑物的各个位置的状况，也可以通过计算机系统4得到更易观测的三维立体图。优选，第一直线与第二直线之间的夹角角度在119°?121°之间，第一直线与第三直线之间的夹角角度在119°?121°之间，第二直线与第三直线之间的夹角角度在119°?121°之间。即三台摄像机均匀分布在检测识别物I的外围。
[0048]监测系统还设有一电源系统，电源系统包括一蓄电池、一太阳能电板，蓄电池连接太阳能电板，太阳能电板布置在支架5上。利用太阳能电板将电力存储到蓄电池之后，通过蓄电池给监测系统供电，由于本发明的实时检测性，通过太阳能电板可以节省大量资源，同时省去了重新铺设电线的步骤。
[0049]太阳能电板设置在支架5表面，支架5上设有一凹槽，工控机3嵌入到凹槽内。优化结构，防止工控机3影响布置，无需单独设置太阳能电板，只需将其设置在支架5表面。
[0050]支架5设有一中空腔，蓄电池位于中空腔内。优化结构。
[0051]计算机系统内还设有一对比模块，将至少一台摄像机拍摄到的被测建筑与被测建筑周围的建筑数据缓存到工控机内，计算机系统读取被测建筑与被测建筑周围的建筑数据后，将被测建筑的数据与被测建筑周围的建筑数据进行对比。借以判断被测建筑沉降或倾斜的原因，判断是否为整片建筑区域的沉降、倾斜，判断是否只为被测建筑下方的区域的沉降、倾斜、也可以判断出沉降、倾斜区域的中心位置。
[0052]计算机系统内设有一倾斜、沉降模式静态数据库，静态数据库内存储有不同的倾斜、沉降数据及与其相对应的倾斜、沉降数据的数值范围，不同的倾斜、沉降数据及与其相对应的倾斜、沉降数据的数值范围构成判断规则，计算机系统依据判断规则对工控机内缓存的的数据进行判断，识别被测建筑为倾斜或沉降，同时记录下被测建筑的倾斜、沉降数据。方便以后检测，观察。
[0053]计算机系统内设有一动态数据库，计算机系统对被测建筑的倾斜、沉降的数据进行记录，并存入动态数据库，动态数据库在使用过程中得以扩展，构成一具有自主学习模式的动态数据库。计算机系统依据动态数据库内不断学习得到的一定变化量内的判断规则对工控机内缓存的倾斜、沉降的数据进行分析，区分倾斜或沉降现象，当倾斜、沉降的数据变化量超出原有的判断规则的变化量时，启动预警模块。
[0054]—种用于文物建筑倾斜、沉降的摄影测量监测方法包括以下步骤；
[0055]步骤一:安装监测点标识；
[0056]步骤二:测量被测建筑物的高度，确定摄像机的安装位置；
[0057]步骤三:拍摄图像；
[0058]步骤四:图像处理；
[0059]步骤五:变量分析；
[0060]步骤六:变形分析。
[0061]步骤一中，在被测建筑物上根据测量需要安装适量的监测识别物，作为测量控制点。
[0062]步骤二中，图像识别摄像机的根据实际需要可设多台同时从不同角度进行监测。
[0063]步骤三中，图像识别摄像机根据设定的拍摄频率，自动拍摄图像，并将图像缓存在嵌入式工控机3中。
[0064]步骤四中，计算机监测系统自动从嵌入式工控机3中获取图像数据，解析后获得所测建筑物监测点的三维坐标。
[0065]步骤五中，计算机监测系统将最新的监测数据根据设定的算法，与初始监测数据进行对比，获得各监测点的的变形数据。
[0066]步骤六中，计算机监测系统将不同时期的变形量进行分析对比，获得被测文物建筑的倾斜、沉降趋势。
[0067]本发明的检测系统具有监测精度高，能够连续监测、自动预警的显著特点。
[0068]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，包括一监测系统，其特征在于，所述监测系统包括至少一台摄像机，所述至少一台摄像机连接一工控机，所述工控机连接一计算机系统； 所述摄像机的摄像口朝向一设置在被测建筑物上的检测识别物。2.根据权利要求1所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:所述监测系统还包括一支架，所述至少一台摄像机安装在所述支架上部，所述工控机与所述摄像机安装在同一支架上。3.根据权利要求1所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:所述至少一台摄像机采用像素百万以上的的面阵相机。4.根据权利要求1所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:所述计算机系统内还设有一用于警示用户的预警模块。5.根据权利要求1所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:所述检测识别物安装在建筑物上作为监测控制点，所述至少一台摄像机安装在支柱上对被测建筑物进行连续拍摄，获取建筑物同一特征部位至少两张同一角度的或不同角度的图像;所述工控机安装在所述支柱上，缓存摄像机拍摄的图像数据;所述计算机系统通过无线或光纤网络与工控机远程连接，并由工控机中获得摄像机拍摄的图像数据并进行分析处理，得到监测点的三维坐标，计算后得到变形量;设定相机的拍摄频率，重复拍摄图像，通过计算机图像处理程序，连续摄影测量和数据解析，得到不同周期的建筑物倾斜、沉降数据，获得被测建筑物的倾斜、沉降趋势;给定倾斜、沉降临界阈值，计算机系统得出倾斜、沉降变量后与临界阈值进行对比，自动判定是否预警。6.根据权利要求5所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:所述给定倾斜临界阈值在0.5°?1°之间，沉降临界阈值在5mm?1mm之间。7.根据权利要求1所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:摄像机为三台，两台所述摄像机为第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机，所述第一摄像机至被所述检测识别物之间为第一直线，所述第二摄像机至被所述检测识别物之间为第二直线，所述第三摄像机至被所述检测识别物之间为第三直线，所述第一直线与所述第二直线之间的夹角角度在0°?180°之间，所述第一直线与所述第三直线之间的夹角角度在0°?180°之间，所述第二直线与所述第三直线之间的夹角角度在0°?180°之间。8.根据权利要求1所述的一种文物建筑倾斜、沉降监测的摄影测量监测系统，其特征在于:所述监测系统还设有一电源系统，所述电源系统包括一蓄电池、一太阳能电板，所述蓄电池连接所述太阳能电板，所述太阳能电板布置在所述支架上； 所述太阳能电板设置在所述支架表面，所述支架上设有一凹槽，所述工控机嵌入到所述凹槽内； 所述支架设有一中空腔，所述蓄电池位于所述中空腔内。9.一种用于文物建筑倾斜、沉降的摄影测量监测方法包括以下步骤； 步骤一:安装监测点标识； 步骤二:测量被测建筑物的高度，确定摄像机的安装位置； 步骤三:拍摄图像； 步骤四:图像处理； 步骤五:变量分析； 步骤六:变形分析。10.根据权利要求9所述的一种用于文物建筑倾斜、沉降的摄影测量监测方法，其特征在于:所述步骤一中，在被测建筑物上根据测量需要安装适量的监测识别物，作为测量控制占.V ， 所述步骤二中，图像识别摄像机的根据实际需要可设多台同时从不同角度进行监测；所述步骤三中，图像识别摄像机根据设定的拍摄频率，自动拍摄图像，并将图像缓存在嵌入式工控机中； 所述步骤四中，计算机监测系统自动从嵌入式工控机中获取图像数据，解析后获得所测建筑物监测点的三维坐标； 所述步骤五中，计算机监测系统将最新的监测数据根据设定的算法，与初始监测数据进行对比，获得各监测点的的变形数据； 所述步骤六中，计算机监测系统将不同时期的变形量进行分析对比，获得被测文物建筑的倾斜、沉降趋势。
【文档编号】G01B11/16GK105841629SQ201610349025
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】李晓武, 郭伟民, 高凤, 付焕平, 刘超
【申请人】上海建为历保工程科技股份有限公司