建筑物變形的三維分析系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于三維監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種建筑物變形的三維分析系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)管理模塊，用于導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖；模型生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型；分析模塊，用于根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況。該系統(tǒng)能夠快速地、精確地、全面地分析出建筑物的變形特征。
【專利說明】
建筑物變形的三維分析系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于三維監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種建筑物變形的三維分析系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著季節(jié)性的凍脹融沉，許多建筑物都會發(fā)生變化，尤其對于年代久遠(yuǎn)的古建筑而言，這種變化更為明顯。為了測出建筑物發(fā)生的變化，以便于進(jìn)行下一步的保護(hù)工作，需要對建筑物的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測。
[0003]在監(jiān)測過程中，需要每隔一段時間采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得出建筑物在監(jiān)測期間發(fā)生的變化。傳統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法是將每個時期的監(jiān)測數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到表格里，利用表格計算出每個監(jiān)測點的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))在不同監(jiān)測時期發(fā)生的變化，利用每個監(jiān)測點的變化推測出整個建筑物的變化。
[0004]傳統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法處理速度慢，需要大量的人力資源，耗費時間較長，且分析的監(jiān)測數(shù)據(jù)較少，不能全面分析出建筑物的變形特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠快速地、精確地、全面地分析出建筑物的變形特征。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其包括:
數(shù)據(jù)管理模塊，用于導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖；
模型生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型；
分析模塊，用于根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況；
其中:所述分析模塊包括水平分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況；
所述分析模塊包括沉降分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。
[0007]優(yōu)選地，還包括變形預(yù)測模塊，用于根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并以此生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。
[0008]上述任一方案優(yōu)選的是，還包括顯示模塊，用于多視角顯示建筑物的三維分析模型，并對建筑物的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。
[0009]上述任一方案優(yōu)選的是，還包括變形趨勢圖生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成堆砌物體的變形趨勢圖。
[0010]上述任一方案優(yōu)選的是，還包括查看模塊，用于選擇并顯示部分或全部的數(shù)據(jù)信息。
[0011 ]上述任一方案優(yōu)選的是，還包括參數(shù)模塊，用于設(shè)置參數(shù)信息。
[0012]本發(fā)明的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)和建筑物的三維分析模型的展示和分析，得出全部或部分監(jiān)測點坐標(biāo)的位移情況，從而對建筑物的三維分析模型的整體傾斜、沉降及局部變形等給出量化數(shù)據(jù)和圖形顯示，進(jìn)而得出并直觀地顯示建筑物的變形狀況。該分析系統(tǒng)，可以處理大量監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，不僅能夠全面分析出建筑物的變形特征，同時還能夠直觀地看到建筑物的變形特征;還可以節(jié)約大量的人工和時間成本;且該分析系統(tǒng)的精確度較高，很大程度地減少了人工誤差。
[0013]一種建筑物變形的三維分析方法，其包括以下步驟:
導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖；
根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型；
根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況；
其中，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況包括:
分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況；
分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。
[0014]優(yōu)選地，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況之后還包括:根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并以此生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型之后還包括:多視角顯示建筑物的三維分析模型，并對建筑物的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。
[0016]優(yōu)選的是，所述導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息之后還包括:根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成堆砌物體的變形趨勢圖。
[0017]優(yōu)選的是，所述三維分析方法還包括選擇并顯示部分或全部的數(shù)據(jù)信息的步驟。
[0018]優(yōu)選的是，所述三維分析方法還包括設(shè)置參數(shù)信息的步驟。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2為本發(fā)明另一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖3為本發(fā)明又一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖4為本發(fā)明又一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖5為本發(fā)明又一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖6為本發(fā)明一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析方法流程圖。
[0025]圖7為本發(fā)明另一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析方法流程圖。
[0026]圖8為本發(fā)明又一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析方法流程圖。
[0027]圖9為本發(fā)明又一優(yōu)選實施例中建筑物變形的三維分析方法流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為了更加清楚地了解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。本發(fā)明的實施例具有示例性的作用，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明實施例基礎(chǔ)上做出的無實質(zhì)性的改進(jìn)，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029 ]如圖1所示的一種建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其包括:
數(shù)據(jù)管理模塊，用于導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖；
模型生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型；
分析模塊，用于根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況；
其中:所述分析模塊包括水平分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況；
所述分析模塊包括沉降分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。
[0030]所述監(jiān)測點的坐標(biāo)，一般是指監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。所述監(jiān)測點的三維分布圖，一般是指監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)分布圖。所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，是指對同一建筑物的相同監(jiān)測點，在至少兩個時期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通常包括一個開始時期、一個終止時期，還可以包括一個或多個中間時期。通常，相鄰兩個時期的時間間隔可以是一個星期或兩個星期或一個月或兩個月或三個月或其他時間段。
[0031]所述數(shù)據(jù)管理模塊還可以用于備份已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息、粗差處理已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息及導(dǎo)出已粗差處理的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息。
[0032]所述數(shù)據(jù)管理模塊包括導(dǎo)入數(shù)據(jù)單元，用于導(dǎo)入監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖。在進(jìn)行導(dǎo)入監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息時，可以輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測日期、監(jiān)測期數(shù)(如:第一期、第二期、第三期等等)。所述導(dǎo)入監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，是將每一期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分別進(jìn)行導(dǎo)入，以便于輸入相應(yīng)的監(jiān)測日期和監(jiān)測期數(shù)。
[0033]為了更好地分析建筑物的變化過程，需要同一建筑物的多期(至少兩期)的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，每一期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息需要與上一期有一定的時間間隔，因此需要記載相應(yīng)的監(jiān)測日期和監(jiān)測期數(shù)。一般還要記載監(jiān)測人的名稱，方便后續(xù)的查找。所述導(dǎo)入數(shù)據(jù)單元包括更新編號單元，用于更新每個堆砌物體的編號。所述更新編號單元，一般是在導(dǎo)入建筑物的第一期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息時更新建筑物上每個堆砌物體的編號，對同一建筑物的第二期、第三期....第X期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通?？梢圆桓旅總€堆砌物體的編號。建筑物體通常是由磚塊、石條或其他堆砌物體堆砌而成，而為了全面反映出建筑物的變形特征，需要知道每個堆砌物體的變化情況，為了分辨出每個堆砌物體，在進(jìn)行監(jiān)測時，通常會將每個堆砌物體進(jìn)行編號。
[0034]所述數(shù)據(jù)管理模塊還包括備份數(shù)據(jù)單元，用于將已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份?？梢苑奖阍诓煌娔X間導(dǎo)入導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0035]所述數(shù)據(jù)管理模塊還包括粗差處理單元，用于對誤差較大的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行粗差處理?？梢詼p少監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息的誤差，提高監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息的精確度。
[0036]所述粗差處理單元包括粗差分析單元，用于選擇需要分析的監(jiān)測點、輸入誤差參數(shù)、分析并顯示出超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點。所述分析，是指將監(jiān)測點的坐標(biāo)與其他時期的相應(yīng)監(jiān)測點的坐標(biāo)進(jìn)行對比，對比的結(jié)果若超出誤差參數(shù)，即是需要顯示該監(jiān)測點(顯示該監(jiān)測點的坐標(biāo)或者是三維分布圖)。通常是將監(jiān)測點的坐標(biāo)與上一時期的相應(yīng)監(jiān)測點的坐標(biāo)進(jìn)行對比。
[0037]所述粗差分析單元包括單點分析子單元，用于分析并顯示超出誤差參數(shù)的所有的監(jiān)測點及相應(yīng)監(jiān)測點的坐標(biāo)或者三維分布圖。單點分析子單元可以對建筑物的三維分析模型進(jìn)行整體分析。所述粗差分析單元包括堆砌物體分析子單元，用于分析并顯示某個堆砌物體上的超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點及該監(jiān)測點的坐標(biāo)或者三維分布圖。堆砌物體分析子單元，可以對單獨的堆砌物體進(jìn)行分析。
所述粗差處理單元包括粗差消除單元，用于選擇超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點，并糾正超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))或三維分布圖。所述糾正超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點的坐標(biāo)，是根據(jù)超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點所在的堆砌物體上的其他監(jiān)測點的坐標(biāo)、誤差理論判斷該監(jiān)測點的粗差和相應(yīng)的粗差方向，調(diào)整超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點的位置。
[0038]所述數(shù)據(jù)管理模塊還包括導(dǎo)出數(shù)據(jù)單元，用于導(dǎo)出已粗差處理的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息。
[0039]所述數(shù)據(jù)管理模塊還可以用于導(dǎo)入備份的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息、查看已經(jīng)導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息、將監(jiān)測點的坐標(biāo)以表格的形式導(dǎo)出等。
[0040]所述數(shù)據(jù)管理模塊還包括導(dǎo)入備份數(shù)據(jù)單元，用于導(dǎo)入備份的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息。導(dǎo)入備份數(shù)據(jù)單元，可以方便在不同電腦間導(dǎo)入導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0041]所述數(shù)據(jù)管理模塊還包括數(shù)據(jù)查看單元，用于查看已經(jīng)導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息。所述數(shù)據(jù)查看單元包括選擇單元，用于選擇需要查看的部分或全部的監(jiān)測點。
[0042]所述數(shù)據(jù)管理模塊還包括導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)報表單元，用于將監(jiān)測點的坐標(biāo)以表格的形式導(dǎo)出?？梢苑奖惚O(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息的查看與保存。所述導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)報表單元，可以將建筑物不同期數(shù)不同區(qū)域的監(jiān)測點的坐標(biāo)分別導(dǎo)出。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)報表中包括制表日期、監(jiān)測單位、工程名稱、觀測日期、觀測點名稱及相應(yīng)觀測點的坐標(biāo)等。以表格形式導(dǎo)出的監(jiān)測點的坐標(biāo)，可以是經(jīng)過粗差處理后的數(shù)據(jù)。
[0043]所述建筑物的三維分析模型，是由監(jiān)測點點云構(gòu)成的三維模型，各監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的位置已經(jīng)確定。所述模型生成模塊通常是根據(jù)已輸入各個時期的監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖分別生成該時期相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型。
[0044]所述分析建筑物的三維分析模型的變形情況，是根據(jù)不同時期(至少兩個時期)的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析出建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)，并用圖形表示出建筑物的三維分析模型的變形情況。所述分析建筑物的三維分析模型的變形情況，即是可以分析建筑物的變形情況。所述量化數(shù)據(jù)，是指具體的數(shù)值或數(shù)值范圍。如:根據(jù)第一期和第二期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以分析第二期相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型的變形情況，具體可以通過將第二期的監(jiān)測點坐標(biāo)與第一期的相應(yīng)監(jiān)測點進(jìn)行對比即可得出相應(yīng)監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的變化量，該變化量即是變形的量化數(shù)據(jù);若是三個或者三個以上的不同時期，也可以得出疊加后的變化量。
[0045]所述分析模塊，可以根據(jù)不同時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，分別對建筑物的三維分析模型的整體水平位移、整體沉降進(jìn)行分析。如:通過查看建筑物的三維分析模型的質(zhì)心，根據(jù)其在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置的變動情況可以分析出建筑物的三維分析模型的整體水平位移和整體沉降；或者是將不同時期的建筑物的三維分析模型用不同顏色表示，再通過模型疊加將不同時期的建筑物的三維分析模型進(jìn)行疊加顯示出來，即可查看出建筑物的三維分析模型的變形概況。所述整體水平位移，是指整體在水平面上的位移，即是整體在水平面上的變形情況。
[0046]所述分析模塊，也可以對建筑物的三維分析模型的局部變形進(jìn)行分析，如:在剖面分析單元中，指定任意直線做剖面得到建筑物的三維分析模型的剖面圖，不同時期的建筑物的三維分析模型的剖面圖的輪廓線以不同顏色區(qū)分，根據(jù)不同顏色顯示出來的輪廓線可直觀地查看建筑物的三維分析模型在該區(qū)域的變形情況。
[0047]所述分析模塊包括水平分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況。具體是，可以通過水平分析單元選擇局部或全部的監(jiān)測點，同時選擇所需要分析的時期(至少需要兩個時期，即需要分析的起始時期和終止時期，也可以加上中間時期)，根據(jù)所選擇的監(jiān)測點及監(jiān)測點在不同時期的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))，水平分析單元可以分析出局部或整體建筑物的三維分析模型在水平面上變形的量化數(shù)據(jù)。所述選擇所需要分析的時期，即是選擇所需要分析的監(jiān)測點在該時期的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))O所述水平分析單元還可以將建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況以圖形形式顯示。所述水平分析單元，可以分析某個監(jiān)測點在水平面上的變形情況，也可以分析單獨的堆砌物體在水平面上的變形情況(即是分析某個堆砌物體的質(zhì)心在水平面上的變形情況)，也可以分析監(jiān)測面在水平面上的變形情況(即是分析某個監(jiān)測面的中心在水平面上的變形情況)，也可以分析建筑物的整體在水平面上的變形情況(即是分析建筑物的質(zhì)心在水平面上的變情狀況)。
[0048]所述數(shù)據(jù)分析模塊包括沉降分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。具體是，可以通過沉降分析單元選擇局部或全部的監(jiān)測點，同時選擇所需要分析的時期(至少需要兩個時期，即需要分析的起始時期和終止時期，也可以加上中間時期)，根據(jù)所選擇的監(jiān)測點及監(jiān)測點在不同時期的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))，沉降分析單元可以分析出局部或整體建筑物的三維分析模型的沉降變形的量化數(shù)據(jù)。所述沉降分析單元還可以將建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況以圖形形式顯示出來。所述沉降分析單元，可以分析某個監(jiān)測點的沉降變形，也可以分析單獨的堆砌物體的沉降變形(即是分析某個堆砌物體的質(zhì)心的沉降變形)，也可以分析監(jiān)測面的沉降變形(即是分析某個監(jiān)測面的中心的沉降變形)，也可以分析建筑物的整體的沉降變形(即是分析建筑物的質(zhì)心的的沉降變形)。
[0049]所述分析模塊包括剖面分析單元，用于在建筑物的三維分析模型上建立剖面，生成并顯示建筑物的三維分析模型的剖面圖。所述建立剖面，是在建筑物的三維分析模型上畫剖面線，并以剖面線為依據(jù)生成剖面圖?？梢愿鶕?jù)建筑物的三維分析模型的剖面圖查看、分析建筑物的局部變形情況。
[0050]所述分析模塊包括對比分析單元，用于將不同時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對比分析，并將對比分析的結(jié)果以圖形形式顯示。所述不同時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，是指同一監(jiān)測點在不同時期的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))或同一監(jiān)測面上監(jiān)測點在不同時期的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))或者建筑物上所有監(jiān)測點在不同時期的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))，分別可以實現(xiàn)對監(jiān)測點的對比分析、對監(jiān)測面的對比分析和對建筑物的三維分析模型的整體對比分析。所述監(jiān)測面，是指由選擇的監(jiān)測點構(gòu)成的面。通常是從宏觀上將建筑物的整體分成多個面，選擇每個面上的所有監(jiān)測點，即是可以分析該面的變化情況;或者是單獨的堆砌物體上的某一面，選擇某個堆砌物體某一面的所有監(jiān)測點，即是可以分析該堆砌物體的該面的變化情況。
[0051]所述對比分析單元包括監(jiān)測點對比分析單元，用于選擇監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，并將相同監(jiān)測點的不同時期的三維分布圖分別用不同顏色顯示。相同監(jiān)測點的不同時期的三維分布圖分別用不同顏色顯示，就可以很直觀地看出監(jiān)測點的位置變化。所述選擇監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，是指可以選擇相同監(jiān)測點在任意時期的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，或者是可以選擇任意時期的全部或部分監(jiān)測點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0052]通常，將相同監(jiān)測點在不同時期的坐標(biāo)位置進(jìn)行對比分析時，是將兩個或兩個以上不同時期的相同監(jiān)測點的坐標(biāo)位置進(jìn)行對比分析。
[0053]所述對比分析單元包括監(jiān)測面對比分析單元，用于選擇監(jiān)測面數(shù)據(jù)，并將相同監(jiān)測面在不同時期的三維分布圖分別用不同顏色顯示。所述監(jiān)測面數(shù)據(jù)，是指監(jiān)測面上的所有監(jiān)測點在不同時期監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息。所述選擇監(jiān)測面數(shù)據(jù)，是指選擇至少兩個時期的相同監(jiān)測面數(shù)據(jù)。所述將相同監(jiān)測面在不同時期的三維分布圖分別用不同顏色顯示，是指建筑物的同一監(jiān)測面上相同監(jiān)測點在不同時期的三維分布圖用不同顏色顯示，同一時期的監(jiān)測點的三維分布圖的顏色相同，這樣就能很直觀地分辨出不同時期相同監(jiān)測面的位置變化。
[0054]所述對比分析單元包括整體分析單元，用于選測堆砌物體數(shù)據(jù)，并分析出相同堆砌物體在不同時期的變化量，將不同變化量范圍內(nèi)的堆砌物體的三維分布圖用不同顏色顯示。通常，變化量范圍是預(yù)先設(shè)置的，不同的要求可以設(shè)置不同的變化量范圍。所述堆砌物體數(shù)據(jù)，是指單獨的堆砌物體上監(jiān)測點在不同時期的數(shù)據(jù)信息。所述不同時期，是至少兩個時期。將不同變化量范圍內(nèi)的堆砌物體用不同顏色顯示出來，可以直觀地看出建筑物整體的變化情況。
[0055]所述分析模塊包括堆砌物體位移分析單元，用于分析并顯示堆砌物體從起始時期到終止時期的變化軌跡或者分析并顯示堆砌物體經(jīng)過多個不同時期的疊加位移。所述起始時期和終止時期，分別是需要分析的起始時期和終止時期，如已導(dǎo)入第一期、第二期、第三期和第四期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，若需要分析第一期和第二期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，則第一期和第二期分別是起始時期和終止時期;若需要分析第二期和第三期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，則第二期和第三期分別是起始時期和終止時期。所述變化軌跡，是指單獨的堆砌物體的坐標(biāo)的變化軌跡。所述疊加位移，是指堆砌物體在三個不同時期或三個以上的不同時期的位移疊加。所述堆砌物體位移分析單元，可以分析單獨的堆砌物體的變化軌跡，也可以同時分析多個堆砌物體的變化軌跡。所述起始時期和終止時期，可以是已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息中的任意兩個時期。分析堆砌物體的變化軌跡，是根據(jù)起始時期和終止時期該堆砌物體上的監(jiān)測點的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))進(jìn)行分析的。
[0056]本發(fā)明的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，通過對監(jiān)測點的坐標(biāo)和建筑物的三維分析模型的展示和分析，得出全部或部分監(jiān)測點坐標(biāo)的位移情況，從而對建筑物的三維分析模型的整體傾斜、沉降及局部變形等給出量化數(shù)據(jù)和圖形顯示，進(jìn)而得出并直觀地顯示出建筑物的變形情況。該分析系統(tǒng)，可以處理大量的監(jiān)測點數(shù)據(jù)信息，不僅能夠全面分析出建筑物的變形特征，同時還能夠直觀地看到建筑物的變形特征;還可以節(jié)約大量的人工和時間成本;且該分析系統(tǒng)的精確度較高，很大程度地減少了人工誤差。
[0057]如圖2所示的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其還包括變形預(yù)測模塊，用于根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并以此生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。
[0058]所述建筑物的三維預(yù)測模型，是由監(jiān)測點點云構(gòu)成的三維模型，各監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的位置是預(yù)測的。
[0059]所述預(yù)測時期，即是需要預(yù)測出建筑物該時期的變形情況的時期，該時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息通常是未知的。所述變形數(shù)據(jù)，是指監(jiān)測點的坐標(biāo)在預(yù)測時期與已知時期(監(jiān)測點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)已知的時期)之間的變化量。
[0060]通常是可以根據(jù)四個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)測并生成建筑物的三維預(yù)測模型。例如:已知第一期、第二期、第三期、第四期的監(jiān)測數(shù)據(jù)(每個時期的間隔時間一般是相等)，經(jīng)分析可以得出第二期與第一期的變化量A、第三期與第二期的變化量B、第四期與第三期的變化量C，根據(jù)A、B、C，預(yù)測出第五期與第四期的變化量D，根據(jù)變化量D，還可以預(yù)測出第五期的監(jiān)測點的坐標(biāo)，以此可以生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。一般是已知四個連續(xù)間隔時期的數(shù)據(jù)，可以預(yù)測出與之間隔相同的第五個時期、第六個時期、第七個時期等的變化量，當(dāng)然，時間的間隔越長，預(yù)測的精確度會有所下降。預(yù)測并生成建筑物的三維預(yù)測模型，即是可以得出建筑物在預(yù)測時期的變形情況。
[0061]所述變形預(yù)測模塊包括水平預(yù)測單元，用于根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況，預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的水平面上的變形情況。具體是，可以通過水平預(yù)測單元選擇局部或整體建筑物的三維分析模型在水平面上變形的量化數(shù)據(jù)，同時設(shè)置所需要預(yù)測的預(yù)測時期，根據(jù)所選擇的量化數(shù)據(jù)，水平預(yù)測單元可以預(yù)測出局部或整體建筑物在水平面上的變形數(shù)據(jù)。所述水平預(yù)測單元，可以預(yù)測某個監(jiān)測點在水平面上的變形情況，也可以預(yù)測堆砌物體在水平面上的變形情況(即是預(yù)測某個堆砌物體的質(zhì)心在水平面上的變形情況)，也可以預(yù)測監(jiān)測面在水平面上的變形情況(即是預(yù)測某個監(jiān)測面的中心在水平面上的變形情)，也可以預(yù)測建筑物的整體在水平面上的變形情況(即是預(yù)測建筑物的質(zhì)心在水平面上的變形情況)。
[0062]所述變形預(yù)測模塊包括沉降預(yù)測單元，用于根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況，預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的沉降變形情況。具體是，可以通過沉降預(yù)測單元選擇局部或整體建筑物的三維分析模型的沉降變形的量化數(shù)據(jù)，同時設(shè)置所需要預(yù)測的預(yù)測時期，根據(jù)所選擇的量化數(shù)據(jù)，沉降預(yù)測單元可以預(yù)測出局部或整體建筑物的沉降變形數(shù)據(jù)。所述沉降預(yù)測單元，可以預(yù)測某個監(jiān)測點的沉降變形，也可以預(yù)測堆砌物體的沉降變形(即是預(yù)測某個堆砌物體的質(zhì)心的沉降變形)，也可以預(yù)測監(jiān)測面的沉降變形(即是預(yù)測某個監(jiān)測面的中心的沉降變形)，也可以預(yù)測建筑物的整體的沉降變形(即是預(yù)測建筑物質(zhì)心的沉降變形)。
[0063]所述變形預(yù)測模塊包括剖面預(yù)測單元，用于在建筑物的三維預(yù)測模型上建立剖面，并生成建筑物的三維預(yù)測模型的預(yù)測剖面圖。所述建立剖面，是在建筑物的三維預(yù)測模型上畫剖面線，并以剖面線為依據(jù)生成預(yù)測剖面圖?？梢愿鶕?jù)建筑物的三維預(yù)測模型的預(yù)測剖面圖查看、分析建筑物的將來的局部變形情況。
[0064]所述變形預(yù)測模塊包括堆砌物體位移預(yù)測單元，用于預(yù)測并顯示堆砌物體從起始時期到預(yù)測時期的變化軌跡。所述堆砌物體位移預(yù)測單元，可以預(yù)測單獨的堆砌物體從起始時期到預(yù)測時期的變化軌跡，也可以同時預(yù)測多個堆砌物體從起始時期到預(yù)測時期的變化軌跡。所述起始時期，可以是已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息中的任一時期。
[0065]本發(fā)明的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)的變形預(yù)測模塊，根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型的整體傾斜、沉降及局部變形等的量化數(shù)據(jù)，合理預(yù)測建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并展示出建筑物的三維預(yù)測模型，以便于直觀地看到建筑物在預(yù)測時期發(fā)生的整體傾斜、沉降及局部變形等。
[0066]如圖3所示的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其還包括顯示模塊，用于多視角顯示建筑物的三維分析模型，并對建筑物的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。
[0067]所述顯示模塊還可以用于多視角顯示建筑物的三維預(yù)測模型，并對建筑物的三維預(yù)測模型進(jìn)行顯示控制。
[0068]所述顯示模塊，可以實現(xiàn)不同視角顯示建筑物的三維分析模型或者建筑物的三維預(yù)測模型，包括俯視圖、北面視圖、東北面視圖、東面視圖、東南面視圖、南面視圖、西南面視圖、西面視圖、西北面視圖。所述顯示控制，即可以將建筑物的三維分析模型部分或全部進(jìn)行顯示或隱藏，或者將建筑物的三維預(yù)測模型部分或全部進(jìn)行顯示或隱藏。
[0069]如圖4所示的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其還包括變形趨勢圖生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成堆砌物體的變形趨勢圖。
[0070]所述堆砌物體，是指構(gòu)成建筑物的基本模塊。所述堆砌物體可以是磚塊或石條。
[0071]所述堆砌物體的變形趨勢圖，是指單獨的堆砌物體的變形趨勢圖。具體是，選擇需要查看的堆砌物體及選擇該堆砌物體的起始時期和終止時期，變形趨勢圖生成模塊根據(jù)已錄入的起始時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息和終止時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，生成從起始時期到終止時期該堆砌物體的變形趨勢圖。建筑物體的所有堆砌物體的變形趨勢圖的組合，可以體現(xiàn)出建筑物體的變形趨勢。
[0072]如圖5所示的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其還包括查看模塊，用于選擇并顯示部分或全部的數(shù)據(jù)信息。
[0073]所述數(shù)據(jù)信息可以是已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息或者是已分析出的建筑物的變形情況或者是建筑物的三維預(yù)測模型或者是其他可以查看的數(shù)據(jù)信息。該數(shù)據(jù)查看模塊可以方便用戶查看所需要的數(shù)據(jù)信息。
[0074]優(yōu)選的是，所述建筑物變形的三維分析系統(tǒng)還包括參數(shù)模塊，用于設(shè)置參數(shù)信息。
[0075]所述參數(shù)信息一般包括誤差參數(shù)、字體大小、透明度、顏色、閾值等。
[0076]所述字體大小，是指需要顯示的字體大小或需要導(dǎo)出數(shù)據(jù)的字體大小。所述透明度，是指建筑物的三維分析模型或者建筑物的三維預(yù)測模型整體或部分的透明度，或者是監(jiān)測點或監(jiān)測面的透明度。在進(jìn)行分析時，需要將建筑物的三維分析模型或者建筑物的三維預(yù)測模型整體或部分顯示，或者需要顯示某監(jiān)測點或監(jiān)測面，可以通過設(shè)置不同的透明度進(jìn)行區(qū)別，以便于查看分析。所述顏色，是指建筑物的三維分析模型或者建筑物的三維預(yù)測模型整體或部分的顏色，或者是監(jiān)測點或監(jiān)測面的顏色。不同時期的同一建筑物的三維分析模型可以用不同的顏色顯示;或者不同時期的同一監(jiān)測點或監(jiān)測面可以用不同的顏色顯示;或同一時期的建筑物的三維分析模型的不同監(jiān)測面或監(jiān)測點，可以用不同顏色顯示。用不同顏色顯示，可以方便查看和分析。
[0077]所述閾值，是指在進(jìn)行水平分析、沉降分析或者其他分析時，可以設(shè)置不同的變化量范圍，該變化量范圍的臨界值即為閾值。通常，低于某閾值的變化量可以設(shè)置一種或幾種顏色，高于該閾值的變化量可以設(shè)置另一種或幾種顏色，等于該閾值的變化量可以依據(jù)需要設(shè)置成其中的某個顏色。
[0078]如圖6所示的建筑物變形的三維分析方法，其包括以下步驟:
SlOl:導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖；
S102:根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型；
S103:根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況；
其中，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況包括:
S1031:分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況；
S1032:分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。
[0079]步驟SlOl中，導(dǎo)入監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息之后，還可以將已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份、對誤差較大的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行粗差處理及導(dǎo)出已粗差處理的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息。
[0080]所述對誤差較大的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差處理包括以下步驟:
S201:選擇需要分析的監(jiān)測點、輸入誤差參數(shù)、分析并顯示超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點；S202:選擇超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點，并糾正超出誤差參數(shù)的監(jiān)測點的坐標(biāo)(在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo))或三維分布圖。
[0081 ] 步驟S1 3中，可以按照步驟S1 31、步驟S1 3 2的順序依次進(jìn)行，也可以按照步驟S1032、步驟S1031的順序進(jìn)行。且步驟S103中，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況包括還可以包括以下步驟:
S1033:在至少一個已生成的建筑物的三維分析模型上建立剖面，生成并顯示出該建筑物的三維分析模型的剖面圖；
S1034:將不同時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對比分析，并將對比分析的結(jié)果以圖形形式顯示；
S1035:分析并顯示堆砌物體從起始時期到終止時期的變化軌跡或者分析并顯示堆砌物體經(jīng)過多個不同時期的疊加位移。
[0082]可以按照步驟S1033、S1034、S1035的順序依次進(jìn)行，也可以按照其他順序進(jìn)行，也可以只進(jìn)行某個單獨的步驟。
[0083]步驟S1034中，所述對比分析包括以下步驟:
步驟(1)、選擇監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，并將相同監(jiān)測點的不同時期的三維分布圖分別用不同顏色顯示；
步驟(2)、選擇監(jiān)測面數(shù)據(jù)，并將相同監(jiān)測面在不同時期的三維分布圖分別用不同顏色顯不；
步驟(3)、選測堆砌物體數(shù)據(jù)，并分析出相同堆砌物體在不同時期的變化量，將不同變化量范圍內(nèi)的堆砌物體的三維分布圖用不同顏色顯示。
[0084]其中，步驟(I)、(2)、(3)可以依次進(jìn)行，也可以按照其他順序進(jìn)行，也可以只進(jìn)行某個單獨的步驟。
[0085]本發(fā)明的建筑物變形的三維分析方法，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)和建筑物的三維分析模型的展示和分析，得出全部或部分監(jiān)測點坐標(biāo)的位移情況，從而對建筑物的三維分析模型的整體傾斜、沉降及局部變形等給出量化數(shù)據(jù)和圖形顯示，進(jìn)而得出并直觀地顯示出建筑物的變形情況。該方法可以處理大量的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，不僅能夠全面分析出建筑物的變形特征，同時還能夠直觀地看到建筑物的變形特征;還可以節(jié)約大量的人工和時間成本;且該分析方法的精確度較高，很大程度地減少了人工誤差。
[0086]如圖7所示的建筑物變形的三維分析方法，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況之后還包括步驟S104:根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并以此生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。
[0087]所述步驟S104可以包括以下步驟:
S1041:根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況，預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的水平面上的變形情況。
[0088]S1042:根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況，預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的沉降變形情況。
[0089]S1043:在建筑物的三維預(yù)測模型上建立剖面，并生成建筑物的三維預(yù)測模型的預(yù)測剖面圖。
[0090]S1044:預(yù)測并顯示堆砌物體從起始時期到預(yù)測時期的變化軌跡。
[0091]所述S1041、S1042、S1043、S1044可以依次進(jìn)行，也可以按照其他順序進(jìn)行。
[0092]預(yù)測并生成建筑物的三維預(yù)測模型，根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型的整體傾斜、沉降及局部變形等的量化數(shù)據(jù)，合理預(yù)測建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并顯示建筑物的三維預(yù)測模型，以便于直觀地看到建筑物在預(yù)測時期發(fā)生的整體傾斜、沉降及局部變形等。
[0093]如圖8所示的建筑物變形的三維分析方法，所述生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型之后還包括:多視角顯示建筑物的三維分析模型，并對建筑物的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。
[0094]通常在生成建筑物的三維分析模型之后，即可以多視角顯示建筑物的任一時期或者多個時期的三維分析模型，同時可以對建筑物的的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。
[0095]如圖9所示的建筑物變形的三維分析方法，所述導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息之后還包括步驟S105:根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成堆砌物體的變形趨勢圖。
[0096]通常是根據(jù)建筑物的三維分析模型的變形情況，生成堆砌物體的變形趨勢圖。
[0097]優(yōu)選的是，所述建筑物變形的三維分析方法還包括選擇并顯示部分或全部的數(shù)據(jù)信息的步驟。
[0098]所述數(shù)據(jù)信息可以是已導(dǎo)入的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息或者是已分析出的建筑物的變形情況或者是建筑物的三維預(yù)測模型或者是其他可以查看的數(shù)據(jù)信息。導(dǎo)入監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息之后，可以隨時選擇并查看已導(dǎo)入的數(shù)據(jù)信息。
[0099]較佳地，所述建筑物變形的三維分析方法，還包括設(shè)置參數(shù)信息的步驟。
[0100]所述參數(shù)信息一般包括誤差參數(shù)、字體大小、透明度、顏色、閾值等。根據(jù)不同時期所需要的參數(shù)信息，可以隨時進(jìn)行設(shè)置。
[0101]本發(fā)明中所述監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖，可以由建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)獲得。
[0102]本發(fā)明的建筑物變形的三維分析方法可以通過所述建筑物變形的三維分析系統(tǒng)實施;而本發(fā)明的所述建筑物變形的三維分析系統(tǒng)的操作步驟可以按照所述的建筑物變形的三維分析方法實施。
[0103]優(yōu)選實施例中，提供一種建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)，其包括:
輸入模塊，用于輸入包含影像、影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)的信息；
影像控制點量測模塊，用于根據(jù)所述獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)，在所述影像上量測影像控制點的像方位置；
數(shù)據(jù)處理模塊，用于處理所述影像控制點的像方位置、影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，獲取所述影像的外方位元素和所述影像的內(nèi)方位元素；
監(jiān)測點量測模塊，用于根據(jù)所述獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)，在所述影像上量測監(jiān)測點的像方位置；
監(jiān)測點提取模塊，用于根據(jù)所述監(jiān)測點的像方位置、所述影像的外方位元素和所述影像的內(nèi)方位元素，提取監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和/或提取監(jiān)測點的三維分布圖。
[0104]所述攝影裝置參數(shù)包括像素大小、像幅高、像幅寬、焦距等。所述攝影裝置可以是數(shù)碼相機，用于采集建筑物的影像信息。
[0105]所述影像，通常是對建筑物拍攝的一系列照片，且相鄰照片一般具有80—90%的重疊度。相鄰照片，即是在相鄰攝站拍攝的照片。
[0106]所述影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，一般是使用全站儀觀測獲得。所述全站儀是0.5〃級全站儀。
[0107]所述影像控制點的像方位置，即是影像控制點在包含該影像控制點的影像上的像方坐標(biāo)。
[0108]所述影像控制點的像方位置，即是影像控制點在包含該影像控制點的影像上的像方坐標(biāo)。一般，影像控制點在每張包含該影像控制點的影像上均有對應(yīng)的像方位置，該像方位置在影像獲取時就已經(jīng)確定。
[0109]所述監(jiān)測點，是設(shè)置在建筑物上，為了反映建筑物變化的特征點。所述監(jiān)測點的像方位置，即是監(jiān)測點在包含該監(jiān)測點的影像上的像方坐標(biāo)。
[0110]所述監(jiān)測點的三維分布圖，一般是監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)分布圖。根據(jù)該三維分布圖，可以直觀地觀察到監(jiān)測點的分布狀況，以方便后續(xù)對監(jiān)測點變化的分析。
[0111]本發(fā)明的建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)，使得在對建筑物變形的監(jiān)測過程中，設(shè)置的監(jiān)測點數(shù)量及布設(shè)狀況可以根據(jù)監(jiān)測需要確定，可直至點云級，沒有限制條件;海量的監(jiān)測點數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)自動提取;監(jiān)測點的三維坐標(biāo)精度可達(dá)到± I毫米;可以快速地、精確地、全面地監(jiān)測出建筑物的變形特征;工作量也遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)點監(jiān)測方法;普通的數(shù)碼相機就可以使用，費用較低;可應(yīng)用于對建筑物變形的監(jiān)測。
[0112]—般地，三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)還包括影像轉(zhuǎn)換模塊，用于轉(zhuǎn)化所述影像的格式，以便于使所述影像的格式符合要求。
[0113]為了在后期影像匹配時提高匹配精度，三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)還包括影像替換模塊，用于將影像中的無用拍攝區(qū)域替換成其他色彩。影像在自動匹配的過程中，無用拍攝區(qū)域(如天空、地面積雪或其他非建筑物的結(jié)構(gòu)等)因特征鑒別度低，均會降低匹配精度，通常影像替換模塊以純色代替影像中的無用拍攝區(qū)域，當(dāng)然，也可以選擇其他色彩代替無用拍攝區(qū)域，其目的是使無用拍攝區(qū)域不參與匹配解算，進(jìn)而可以提高匹配精度，以建立較為精確的相對三維模型。
[0114]優(yōu)選的是，所述三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)，還包括監(jiān)測點預(yù)測模塊，用于根據(jù)第M期的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)和第N期影像的外方位元素、第N期影像的內(nèi)方位元素預(yù)測并顯示出第N期監(jiān)測點在第N期影像上的預(yù)測像方位置;所述第M期和第N期為不同的監(jiān)測周期。
[0115]在此引述的第M期和第N期，只是為了表述不同的監(jiān)測周期，并沒有其他限制含義。其中，第M期(通常可以是第一期)的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)是已知的，其可以利用上述輸入模塊、影像控制點量測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、監(jiān)測點量測模塊和監(jiān)測點提取模塊提取出。在處理第N期(可以是第二期、第三期、第四期等等)的影像時，可以利用上述的輸入模塊、影像控制點量測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊得出第N期影像的外方位元素、第N期影像的內(nèi)方位元素，然后利用監(jiān)測點預(yù)測模塊，根據(jù)第M期的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)和第N期影像的外方位元素、第N期影像的內(nèi)方位元素預(yù)測并顯示出第N期監(jiān)測點在第N期影像上的預(yù)測像方位置。
[0116]第N期監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)可能由于建筑物的變形而相對于第M監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)發(fā)生改變，但是這種改變通常是不大的。所述預(yù)測像方位置，即是監(jiān)測點在相應(yīng)影像上的真實像方位置或者是監(jiān)測點在相應(yīng)影像上的真實像方位置的附近像方位置。當(dāng)建筑物的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)沒有發(fā)生改變時(即是第M期和第N期分別進(jìn)行監(jiān)測時，該監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)沒有發(fā)生變化)，則預(yù)測像方位置即為真實像方位置;當(dāng)建筑物的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)發(fā)生改變時(即是第M期和第N期分別進(jìn)行監(jiān)測時，該監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)發(fā)生了變化)，則預(yù)測像方位置即為真實像方位置的附近像方位置。
[0117]通常，同一監(jiān)測點在多張影像上都會出現(xiàn)，監(jiān)測點預(yù)測模塊則會在包含有該監(jiān)測點的每張影像上的相應(yīng)位置或相應(yīng)位置的附近區(qū)域，將該監(jiān)測點用標(biāo)記符號(如:帶有顏色的“十”字線等)顯示出來，以便于能夠確認(rèn)出該監(jiān)測點的像方位置或者是大概的像方位置。這就方便了查找并獲得出監(jiān)測點的像方位置，而不用在每張影像上人工查找監(jiān)測點的位置，很大程度上縮短了對影像處理的時間，進(jìn)一步節(jié)約了人工成本。
[0118]所述建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)還包括調(diào)整模塊，用于根據(jù)第N期監(jiān)測點在第N期影像上的預(yù)測像方位置調(diào)整監(jiān)測點在第N期影像上的像方位置。
[0119]監(jiān)測點預(yù)測模塊預(yù)測并顯示出了第N期監(jiān)測點在影像上的預(yù)測像方位置，但是該預(yù)測像方位置有時與真實的像方位置有一定的誤差。調(diào)整模塊根據(jù)監(jiān)測點在影像上的預(yù)測像方位置將監(jiān)測點調(diào)整到真實像方位置，以便于獲得監(jiān)測點的真實像方坐標(biāo)。
[0120]所述的建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)，通常還包括匹配模塊，用于根據(jù)所述影像、影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)的信息，建立建筑物的相對三維模型。
[0121]所述相對三維模型，是由點云構(gòu)成的三維模型，且各點的相對位置關(guān)系已經(jīng)確定，但是在尺度和方向上未確定。
[0122]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理模塊，還用于根據(jù)所述影像的外方位元素和所述影像的內(nèi)方位元素，在所述建筑物的相對三維模型的基礎(chǔ)上，建立建筑物的絕對三維模型。
[0123]所述絕對三維模型，是由點云構(gòu)成的三維模型，各點在地面空間坐標(biāo)系中的位置已經(jīng)確定。即是各點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)已經(jīng)確定。
[0124]為了更直觀地顯示出建筑物的三維模型，三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)還包括紋理模塊，用于將紋理添加到建筑物的絕對三維模型中。
[0125]通常，所述匹配模塊包括同名特征點提取單元，用于提取影像間的同名特征點。
[0126]同名特征點，即是不同影像間重疊區(qū)域的特征點。該特征點通常是具有一定的辨別度。
[0127]較佳地，所述匹配模塊還包括同名特征點處理單元，用于處理同名特征點在不同影像間的相對位置關(guān)系，獲取建筑物的相對三維模型。
[0128]通常，所述三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)通常還包括輸出模塊，用于輸出監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，和/或監(jiān)測點的三維分布圖。
[0129]較佳的實施例中，提供一種建筑物變形的三維攝影監(jiān)測方法，其包括以下步驟:
5301、輸入包含影像、影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)的信息；
5302、根據(jù)所述獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)，在所述影像上量測影像控制點的像方位置；
5303、處理所述影像控制點的像方位置、影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，獲取所述影像的外方位元素和所述影像的內(nèi)方位元素；
5304、根據(jù)所述獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)，在所述影像上量測監(jiān)測點的像方位置；
5305、根據(jù)所述監(jiān)測點的像方位置、所述影像的外方位元素和所述影像的內(nèi)方位元素，提取監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和/或提取監(jiān)測點的三維分布圖。
[0130]本發(fā)明的建筑物變形的三維攝影監(jiān)測方法，使得在對建筑物變形的監(jiān)測過程中，設(shè)置的監(jiān)測點數(shù)量及布設(shè)狀況可以根據(jù)監(jiān)測需要確定，可直至點云級，沒有限制條件;海量的監(jiān)測點數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)自動提取;監(jiān)測點的三維坐標(biāo)精度可達(dá)到± I毫米;可以快速地、精確地、全面地監(jiān)測出建筑物的變形特征;工作量也遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)點監(jiān)測方法;普通的數(shù)碼相機就可以使用，費用較低。
[0131]通常，三維攝影監(jiān)測方法在步驟S301之前，還包括轉(zhuǎn)化所述影像格式的步驟，以便于使所述影像的格式符合要求。
[0132]為了在后期影像匹配時提高匹配精度，三維攝影監(jiān)測方法在步驟S301之前，還包括將影像中的無用拍攝區(qū)域替換成其他色彩的步驟，以建立較為精確的相對三維模型。該步驟可以在轉(zhuǎn)化所述影像格式之前或者之后進(jìn)行。
[0133]為了進(jìn)一步縮短了對影像處理的時間，上述方法中，所述提取監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是提取第M期的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，之后，還包括步驟S306:根據(jù)第M期的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)和第N期影像的外方位元素、第N期影像的內(nèi)方位元素預(yù)測并顯示出第N期監(jiān)測點在第N期影像上的預(yù)測像方位置;所述第M期和第N期為不同的監(jiān)測周期。
[0134]所述第M期通常可以是第一期，其監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)可以利用上述建筑物變形的三維攝影監(jiān)測方法提取出。在處理第N期(可以是第二期、第三期、第四期等等)時，可以利用上述的步驟S30US302和S303得出第N期影像的外方位元素、第N期影像的內(nèi)方位元素，然后利用步驟S306，根據(jù)第M期的監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)和第N期影像的外方位元素、第N期影像的內(nèi)方位元素預(yù)測并顯示出第N期監(jiān)測點在第N期影像上的預(yù)測像方位置；最后，通過步驟S305提取第N期監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和/或提取第N期監(jiān)測點的三維分布圖。
[0135]通常，同一監(jiān)測點在多張影像上都會出現(xiàn)，預(yù)測并顯示出監(jiān)測點在影像上的預(yù)測像方位置的步驟，則會在包含有該監(jiān)測點的每張影像上的相應(yīng)位置或相應(yīng)位置的附近區(qū)域，將該監(jiān)測點用標(biāo)記符號(如:帶有顏色的“十”字線等)顯示出來，以便于能夠確認(rèn)出該監(jiān)測點的像方位置或者是大概的像方位置。這就方便了查找并獲得出監(jiān)測點的像方位置，而不用在每張影像上人工查找監(jiān)測點的位置，很大程度上縮短了對影像處理的時間，進(jìn)一步節(jié)約了人工成本。
[0136]進(jìn)一步地，所述三維攝影監(jiān)測方法還包括步驟S307:根據(jù)第N期監(jiān)測點在第N期影像上的預(yù)測像方位置調(diào)整監(jiān)測點在第N期影像上的像方位置。該步驟根據(jù)監(jiān)測點在影像上的預(yù)測像方位置將監(jiān)測點調(diào)整到真實像方位置，以便于獲得監(jiān)測點的真實像方坐標(biāo)。
[0137]較佳地，所述三維攝影監(jiān)測方法中，步驟S301之后還包括:根據(jù)所述影像、影像控制點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和獲取所述影像時攝影裝置參數(shù)的信息，建立建筑物的相對三維模型。
[0138]進(jìn)一步地，所述建立建筑物的絕對三維模型之后，還包括:根據(jù)所述影像的外方位元素和所述影像的內(nèi)方位元素，在所述建筑物的相對三維模型的基礎(chǔ)上，建立建筑物的絕對三維模型。
[0139]較佳地，所述建立建筑物的相對三維模型包括提取影像間的同名特征點的步驟。
[0140]進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述建立建筑物的相對三維模型還包括處理同名特征點在不同影像間的相對位置關(guān)系，獲取建筑物的相對三維模型的步驟。該步驟通常是在提取影像間的同名特征點之后進(jìn)行。
[0141]通常，所述三維攝影監(jiān)測方法通常還包括輸出監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，和/或監(jiān)測點的三維分布圖的步驟。該步驟通常是在提取監(jiān)測點在地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，和/或提取監(jiān)測點的三維分布圖之后進(jìn)行。
[0142]本發(fā)明的建筑物變形的三維攝影監(jiān)測方法可以通過所述建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)實施;而本發(fā)明的所述建筑物變形的三維攝影監(jiān)測系統(tǒng)的操作步驟可以按照所述的建筑物變形的三維攝影監(jiān)測方法實施。
[0143]以上所述，僅為本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數(shù)據(jù)管理模塊，用于導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖； 模型生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型； 分析模塊，用于根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況； 其中:所述分析模塊包括水平分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況； 所述分析模塊包括沉降分析單元，用于分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括變形預(yù)測模塊，用于根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并以此生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示模塊，用于多視角顯示建筑物的三維分析模型，并對建筑物的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括變形趨勢圖生成模塊，用于根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成堆砌物體的變形趨勢圖。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括查看模塊，用于選擇并顯示部分或全部的數(shù)據(jù)信息。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物變形的三維分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括參數(shù)模塊，用于設(shè)置參數(shù)信息。7.一種建筑物變形的三維分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，所述監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息包括監(jiān)測點的坐標(biāo)和監(jiān)測點的三維分布圖； 根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型； 根據(jù)所述至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況； 其中，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況包括: 分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體在水平面上的變形情況； 分析并顯示至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的局部或整體的沉降變形情況。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的建筑物變形的三維分析方法，其特征在于，所述分析至少一個已生成的建筑物的三維分析模型的變形情況之后還包括:根據(jù)已分析出的建筑物的三維分析模型變形的量化數(shù)據(jù)預(yù)測出建筑物在預(yù)測時期的變形數(shù)據(jù)，并以此生成預(yù)測時期的建筑物的三維預(yù)測模型。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的建筑物變形的三維分析方法，其特征在于，所述生成至少兩個相對應(yīng)的建筑物的三維分析模型之后還包括:多視角顯示建筑物的三維分析模型，并對建筑物的三維分析模型進(jìn)行顯示控制。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的建筑物變形的三維分析方法，其特征在于，所述導(dǎo)入至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息之后還包括:根據(jù)至少兩個時期的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息生成堆砌物體的變形趨勢圖。
【文檔編號】G06T17/10GK105976430SQ201610321400
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】汪濤, 曹鵬, 柯濤, 李剛, 安文榮, 張立乾, 王凱, 梁自忠, 張磊
【申請人】總裝備部工程設(shè)計研究總院