CN105976430A - 建筑物变形的三维分析***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于三维监测技术领域，具体涉及一种建筑物变形的三维分析***及方法。该***包括：数据管理模块，用于导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；模型生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；分析模块，用于根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况。该***能够快速地、精确地、全面地分析出建筑物的变形特征。

Description

建筑物变形的三维分析***及方法

技术领域

本发明属于三维监测技术领域，具体涉及一种建筑物变形的三维分析***及方法。

背景技术

随着季节性的冻胀融沉，许多建筑物都会发生变化，尤其对于年代久远的古建筑而言，这种变化更为明显。为了测出建筑物发生的变化，以便于进行下一步的保护工作，需要对建筑物的主体结构进行监测。

在监测过程中，需要每隔一段时间采集监测数据，然后对监测数据进行处理，以得出建筑物在监测期间发生的变化。传统的监测数据分析方法是将每个时期的监测数据分别导入到表格里，利用表格计算出每个监测点的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）在不同监测时期发生的变化，利用每个监测点的变化推测出整个建筑物的变化。

传统的监测数据分析方法处理速度慢，需要大量的人力资源，耗费时间较长，且分析的监测数据较少，不能全面分析出建筑物的变形特征。

发明内容

本发明提供一种建筑物变形的三维分析***，该***能够快速地、精确地、全面地分析出建筑物的变形特征。

本发明采用如下技术方案：

一种建筑物变形的三维分析***，其包括：

数据管理模块，用于导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；

模型生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；

分析模块，用于根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况；

其中：所述分析模块包括水平分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况；

所述分析模块包括沉降分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。

优选地，还包括变形预测模块，用于根据已分析出的建筑物的三维分析模型变形的量化数据预测出建筑物在预测时期的变形数据，并以此生成预测时期的建筑物的三维预测模型。

上述任一方案优选的是，还包括显示模块，用于多视角显示建筑物的三维分析模型，并对建筑物的三维分析模型进行显示控制。

上述任一方案优选的是，还包括变形趋势图生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成堆砌物体的变形趋势图。

上述任一方案优选的是，还包括查看模块，用于选择并显示部分或全部的数据信息。

上述任一方案优选的是，还包括参数模块，用于设置参数信息。

本发明的建筑物变形的三维分析***，通过对监测数据和建筑物的三维分析模型的展示和分析，得出全部或部分监测点坐标的位移情况，从而对建筑物的三维分析模型的整体倾斜、沉降及局部变形等给出量化数据和图形显示，进而得出并直观地显示建筑物的变形状况。该分析***，可以处理大量监测点的数据信息，不仅能够全面分析出建筑物的变形特征，同时还能够直观地看到建筑物的变形特征；还可以节约大量的人工和时间成本；且该分析***的精确度较高，很大程度地减少了人工误差。

一种建筑物变形的三维分析方法，其包括以下步骤：

导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；

根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；

根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况；

其中，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况包括：

分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况；

分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。

优选地，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况之后还包括：根据已分析出的建筑物的三维分析模型变形的量化数据预测出建筑物在预测时期的变形数据，并以此生成预测时期的建筑物的三维预测模型。

进一步优选地，所述生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型之后还包括：多视角显示建筑物的三维分析模型，并对建筑物的三维分析模型进行显示控制。

优选的是，所述导入至少两个时期的监测点的数据信息之后还包括：根据至少两个时期的监测点的数据信息生成堆砌物体的变形趋势图。

优选的是，所述三维分析方法还包括选择并显示部分或全部的数据信息的步骤。

优选的是，所述三维分析方法还包括设置参数信息的步骤。

附图说明

图1为本发明一优选实施例中建筑物变形的三维分析***结构图。

图2为本发明另一优选实施例中建筑物变形的三维分析***结构图。

图3为本发明又一优选实施例中建筑物变形的三维分析***结构图。

图4为本发明又一优选实施例中建筑物变形的三维分析***结构图。

图5为本发明又一优选实施例中建筑物变形的三维分析***结构图。

图6为本发明一优选实施例中建筑物变形的三维分析方法流程图。

图7为本发明另一优选实施例中建筑物变形的三维分析方法流程图。

图8为本发明又一优选实施例中建筑物变形的三维分析方法流程图。

图9为本发明又一优选实施例中建筑物变形的三维分析方法流程图。

具体实施方式

为了更加清楚地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细介绍。本发明的实施例具有示例性的作用，本领域技术人员在本发明实施例基础上做出的无实质性的改进，都应属于本发明的保护范围。

如图1所示的一种建筑物变形的三维分析***，其包括：

数据管理模块，用于导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；

模型生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；

分析模块，用于根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况；

其中：所述分析模块包括水平分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况；

所述分析模块包括沉降分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。

所述监测点的坐标，一般是指监测点在地面空间坐标系中的坐标。所述监测点的三维分布图，一般是指监测点在地面空间坐标系中的三维坐标分布图。所述至少两个时期的监测点的数据信息，是指对同一建筑物的相同监测点，在至少两个时期的监测数据，通常包括一个开始时期、一个终止时期，还可以包括一个或多个中间时期。通常，相邻两个时期的时间间隔可以是一个星期或两个星期或一个月或两个月或三个月或其他时间段。

所述数据管理模块还可以用于备份已导入的监测点的数据信息、粗差处理已导入的监测点的数据信息及导出已粗差处理的监测点的数据信息。

所述数据管理模块包括导入数据单元，用于导入监测点的数据信息，包括监测点的坐标和监测点的三维分布图。在进行导入监测点的数据信息时，可以输入相应数据的监测日期、监测期数（如：第一期、第二期、第三期等等)。所述导入监测点的数据信息，是将每一期的监测点的数据信息分别进行导入，以便于输入相应的监测日期和监测期数。

为了更好地分析建筑物的变化过程，需要同一建筑物的多期（至少两期）的监测点的数据信息，每一期的监测点的数据信息需要与上一期有一定的时间间隔，因此需要记载相应的监测日期和监测期数。一般还要记载监测人的名称，方便后续的查找。所述导入数据单元包括更新编号单元，用于更新每个堆砌物体的编号。所述更新编号单元，一般是在导入建筑物的第一期的监测点的数据信息时更新建筑物上每个堆砌物体的编号，对同一建筑物的第二期、第三期....第X期的监测数据，通常可以不更新每个堆砌物体的编号。建筑物体通常是由砖块、石条或其他堆砌物体堆砌而成，而为了全面反映出建筑物的变形特征，需要知道每个堆砌物体的变化情况，为了分辨出每个堆砌物体，在进行监测时，通常会将每个堆砌物体进行编号。

所述数据管理模块还包括备份数据单元，用于将已导入的监测点的数据信息进行备份。可以方便在不同电脑间导入导出监测数据。

所述数据管理模块还包括粗差处理单元，用于对误差较大的监测点的数据信息进行粗差处理。可以减少监测点的数据信息的误差，提高监测点的数据信息的精确度。

所述粗差处理单元包括粗差分析单元，用于选择需要分析的监测点、输入误差参数、分析并显示出超出误差参数的监测点。所述分析，是指将监测点的坐标与其他时期的相应监测点的坐标进行对比，对比的结果若超出误差参数，即是需要显示该监测点（显示该监测点的坐标或者是三维分布图）。通常是将监测点的坐标与上一时期的相应监测点的坐标进行对比。

所述粗差分析单元包括单点分析子单元，用于分析并显示超出误差参数的所有的监测点及相应监测点的坐标或者三维分布图。单点分析子单元可以对建筑物的三维分析模型进行整体分析。所述粗差分析单元包括堆砌物体分析子单元，用于分析并显示某个堆砌物体上的超出误差参数的监测点及该监测点的坐标或者三维分布图。堆砌物体分析子单元，可以对单独的堆砌物体进行分析。

所述粗差处理单元包括粗差消除单元，用于选择超出误差参数的监测点，并纠正超出误差参数的监测点的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）或三维分布图。所述纠正超出误差参数的监测点的坐标，是根据超出误差参数的监测点所在的堆砌物体上的其他监测点的坐标、误差理论判断该监测点的粗差和相应的粗差方向，调整超出误差参数的监测点的位置。

所述数据管理模块还包括导出数据单元，用于导出已粗差处理的监测点的数据信息。

所述数据管理模块还可以用于导入备份的监测点的数据信息、查看已经导入的监测点的数据信息、将监测点的坐标以表格的形式导出等。

所述数据管理模块还包括导入备份数据单元，用于导入备份的监测点的数据信息。导入备份数据单元，可以方便在不同电脑间导入导出监测数据。

所述数据管理模块还包括数据查看单元，用于查看已经导入的监测点的数据信息。所述数据查看单元包括选择单元，用于选择需要查看的部分或全部的监测点。

所述数据管理模块还包括导出监测数据报表单元，用于将监测点的坐标以表格的形式导出。可以方便监测点的数据信息的查看与保存。所述导出监测数据报表单元，可以将建筑物不同期数不同区域的监测点的坐标分别导出。导出的数据报表中包括制表日期、监测单位、工程名称、观测日期、观测点名称及相应观测点的坐标等。以表格形式导出的监测点的坐标，可以是经过粗差处理后的数据。

所述建筑物的三维分析模型，是由监测点点云构成的三维模型，各监测点在地面空间坐标系中的位置已经确定。所述模型生成模块通常是根据已输入各个时期的监测点的坐标和监测点的三维分布图分别生成该时期相对应的建筑物的三维分析模型。

所述分析建筑物的三维分析模型的变形情况，是根据不同时期（至少两个时期）的监测点的数据信息分析出建筑物的三维分析模型变形的量化数据，并用图形表示出建筑物的三维分析模型的变形情况。所述分析建筑物的三维分析模型的变形情况，即是可以分析建筑物的变形情况。所述量化数据，是指具体的数值或数值范围。如：根据第一期和第二期的监测数据，可以分析第二期相对应的建筑物的三维分析模型的变形情况，具体可以通过将第二期的监测点坐标与第一期的相应监测点进行对比即可得出相应监测点在地面空间坐标系中的坐标的变化量，该变化量即是变形的量化数据；若是三个或者三个以上的不同时期，也可以得出叠加后的变化量。

所述分析模块，可以根据不同时期的监测点的数据信息，分别对建筑物的三维分析模型的整体水平位移、整体沉降进行分析。如：通过查看建筑物的三维分析模型的质心，根据其在地面空间坐标系中的坐标位置的变动情况可以分析出建筑物的三维分析模型的整体水平位移和整体沉降；或者是将不同时期的建筑物的三维分析模型用不同颜色表示，再通过模型叠加将不同时期的建筑物的三维分析模型进行叠加显示出来，即可查看出建筑物的三维分析模型的变形概况。所述整体水平位移，是指整体在水平面上的位移，即是整体在水平面上的变形情况。

所述分析模块，也可以对建筑物的三维分析模型的局部变形进行分析，如：在剖面分析单元中，指定任意直线做剖面得到建筑物的三维分析模型的剖面图，不同时期的建筑物的三维分析模型的剖面图的轮廓线以不同颜色区分，根据不同颜色显示出来的轮廓线可直观地查看建筑物的三维分析模型在该区域的变形情况。

所述分析模块包括水平分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况。具体是，可以通过水平分析单元选择局部或全部的监测点，同时选择所需要分析的时期（至少需要两个时期，即需要分析的起始时期和终止时期，也可以加上中间时期），根据所选择的监测点及监测点在不同时期的坐标（在地面空间坐标系中的坐标），水平分析单元可以分析出局部或整体建筑物的三维分析模型在水平面上变形的量化数据。所述选择所需要分析的时期，即是选择所需要分析的监测点在该时期的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）。所述水平分析单元还可以将建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况以图形形式显示。所述水平分析单元，可以分析某个监测点在水平面上的变形情况，也可以分析单独的堆砌物体在水平面上的变形情况（即是分析某个堆砌物体的质心在水平面上的变形情况），也可以分析监测面在水平面上的变形情况（即是分析某个监测面的中心在水平面上的变形情况），也可以分析建筑物的整体在水平面上的变形情况（即是分析建筑物的质心在水平面上的变情状况）。

所述数据分析模块包括沉降分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。具体是，可以通过沉降分析单元选择局部或全部的监测点，同时选择所需要分析的时期（至少需要两个时期，即需要分析的起始时期和终止时期，也可以加上中间时期），根据所选择的监测点及监测点在不同时期的坐标（在地面空间坐标系中的坐标），沉降分析单元可以分析出局部或整体建筑物的三维分析模型的沉降变形的量化数据。所述沉降分析单元还可以将建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况以图形形式显示出来。所述沉降分析单元，可以分析某个监测点的沉降变形，也可以分析单独的堆砌物体的沉降变形（即是分析某个堆砌物体的质心的沉降变形），也可以分析监测面的沉降变形（即是分析某个监测面的中心的沉降变形），也可以分析建筑物的整体的沉降变形（即是分析建筑物的质心的的沉降变形）。

所述分析模块包括剖面分析单元，用于在建筑物的三维分析模型上建立剖面，生成并显示建筑物的三维分析模型的剖面图。所述建立剖面，是在建筑物的三维分析模型上画剖面线，并以剖面线为依据生成剖面图。可以根据建筑物的三维分析模型的剖面图查看、分析建筑物的局部变形情况。

所述分析模块包括对比分析单元，用于将不同时期的监测点的数据信息进行对比分析，并将对比分析的结果以图形形式显示。所述不同时期的监测点的数据信息，是指同一监测点在不同时期的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）或同一监测面上监测点在不同时期的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）或者建筑物上所有监测点在不同时期的坐标（在地面空间坐标系中的坐标），分别可以实现对监测点的对比分析、对监测面的对比分析和对建筑物的三维分析模型的整体对比分析。所述监测面，是指由选择的监测点构成的面。通常是从宏观上将建筑物的整体分成多个面，选择每个面上的所有监测点，即是可以分析该面的变化情况；或者是单独的堆砌物体上的某一面，选择某个堆砌物体某一面的所有监测点，即是可以分析该堆砌物体的该面的变化情况。

所述对比分析单元包括监测点对比分析单元，用于选择监测点的数据信息，并将相同监测点的不同时期的三维分布图分别用不同颜色显示。相同监测点的不同时期的三维分布图分别用不同颜色显示，就可以很直观地看出监测点的位置变化。所述选择监测点的数据信息，是指可以选择相同监测点在任意时期的坐标数据，或者是可以选择任意时期的全部或部分监测点的坐标数据。

通常，将相同监测点在不同时期的坐标位置进行对比分析时，是将两个或两个以上不同时期的相同监测点的坐标位置进行对比分析。

所述对比分析单元包括监测面对比分析单元，用于选择监测面数据，并将相同监测面在不同时期的三维分布图分别用不同颜色显示。所述监测面数据，是指监测面上的所有监测点在不同时期监测点的数据信息。所述选择监测面数据，是指选择至少两个时期的相同监测面数据。所述将相同监测面在不同时期的三维分布图分别用不同颜色显示，是指建筑物的同一监测面上相同监测点在不同时期的三维分布图用不同颜色显示，同一时期的监测点的三维分布图的颜色相同，这样就能很直观地分辨出不同时期相同监测面的位置变化。

所述对比分析单元包括整体分析单元，用于选测堆砌物体数据，并分析出相同堆砌物体在不同时期的变化量，将不同变化量范围内的堆砌物体的三维分布图用不同颜色显示。通常，变化量范围是预先设置的，不同的要求可以设置不同的变化量范围。所述堆砌物体数据，是指单独的堆砌物体上监测点在不同时期的数据信息。所述不同时期，是至少两个时期。将不同变化量范围内的堆砌物体用不同颜色显示出来，可以直观地看出建筑物整体的变化情况。

所述分析模块包括堆砌物***移分析单元，用于分析并显示堆砌物体从起始时期到终止时期的变化轨迹或者分析并显示堆砌物体经过多个不同时期的叠加位移。所述起始时期和终止时期，分别是需要分析的起始时期和终止时期，如已导入第一期、第二期、第三期和第四期的监测点的数据信息，若需要分析第一期和第二期的监测点的数据信息，则第一期和第二期分别是起始时期和终止时期；若需要分析第二期和第三期的监测点的数据信息，则第二期和第三期分别是起始时期和终止时期。所述变化轨迹，是指单独的堆砌物体的坐标的变化轨迹。所述叠加位移，是指堆砌物体在三个不同时期或三个以上的不同时期的位移叠加。所述堆砌物***移分析单元，可以分析单独的堆砌物体的变化轨迹，也可以同时分析多个堆砌物体的变化轨迹。所述起始时期和终止时期，可以是已导入的监测点的数据信息中的任意两个时期。分析堆砌物体的变化轨迹，是根据起始时期和终止时期该堆砌物体上的监测点的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）进行分析的。

本发明的建筑物变形的三维分析***，通过对监测点的坐标和建筑物的三维分析模型的展示和分析，得出全部或部分监测点坐标的位移情况，从而对建筑物的三维分析模型的整体倾斜、沉降及局部变形等给出量化数据和图形显示，进而得出并直观地显示出建筑物的变形情况。该分析***，可以处理大量的监测点数据信息，不仅能够全面分析出建筑物的变形特征，同时还能够直观地看到建筑物的变形特征；还可以节约大量的人工和时间成本；且该分析***的精确度较高，很大程度地减少了人工误差。

如图2所示的建筑物变形的三维分析***，其还包括变形预测模块，用于根据已分析出的建筑物的三维分析模型变形的量化数据预测出建筑物在预测时期的变形数据，并以此生成预测时期的建筑物的三维预测模型。

所述建筑物的三维预测模型，是由监测点点云构成的三维模型，各监测点在地面空间坐标系中的位置是预测的。

所述预测时期，即是需要预测出建筑物该时期的变形情况的时期，该时期的监测点的数据信息通常是未知的。所述变形数据，是指监测点的坐标在预测时期与已知时期(监测点的坐标数据已知的时期）之间的变化量。

通常是可以根据四个时期的监测点的数据信息进行预测并生成建筑物的三维预测模型。例如：已知第一期、第二期、第三期、第四期的监测数据（每个时期的间隔时间一般是相等），经分析可以得出第二期与第一期的变化量A、第三期与第二期的变化量B、第四期与第三期的变化量C，根据A、B、C，预测出第五期与第四期的变化量D，根据变化量D，还可以预测出第五期的监测点的坐标，以此可以生成预测时期的建筑物的三维预测模型。一般是已知四个连续间隔时期的数据，可以预测出与之间隔相同的第五个时期、第六个时期、第七个时期等的变化量，当然，时间的间隔越长，预测的精确度会有所下降。预测并生成建筑物的三维预测模型，即是可以得出建筑物在预测时期的变形情况。

所述变形预测模块包括水平预测单元，用于根据已分析出的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况，预测出建筑物在预测时期的水平面上的变形情况。具体是，可以通过水平预测单元选择局部或整体建筑物的三维分析模型在水平面上变形的量化数据，同时设置所需要预测的预测时期，根据所选择的量化数据，水平预测单元可以预测出局部或整体建筑物在水平面上的变形数据。所述水平预测单元，可以预测某个监测点在水平面上的变形情况，也可以预测堆砌物体在水平面上的变形情况（即是预测某个堆砌物体的质心在水平面上的变形情况），也可以预测监测面在水平面上的变形情况（即是预测某个监测面的中心在水平面上的变形情），也可以预测建筑物的整体在水平面上的变形情况（即是预测建筑物的质心在水平面上的变形情况）。

所述变形预测模块包括沉降预测单元，用于根据已分析出的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况，预测出建筑物在预测时期的沉降变形情况。具体是，可以通过沉降预测单元选择局部或整体建筑物的三维分析模型的沉降变形的量化数据，同时设置所需要预测的预测时期，根据所选择的量化数据，沉降预测单元可以预测出局部或整体建筑物的沉降变形数据。所述沉降预测单元，可以预测某个监测点的沉降变形，也可以预测堆砌物体的沉降变形（即是预测某个堆砌物体的质心的沉降变形），也可以预测监测面的沉降变形（即是预测某个监测面的中心的沉降变形），也可以预测建筑物的整体的沉降变形（即是预测建筑物质心的沉降变形）。

所述变形预测模块包括剖面预测单元，用于在建筑物的三维预测模型上建立剖面，并生成建筑物的三维预测模型的预测剖面图。所述建立剖面，是在建筑物的三维预测模型上画剖面线，并以剖面线为依据生成预测剖面图。可以根据建筑物的三维预测模型的预测剖面图查看、分析建筑物的将来的局部变形情况。

所述变形预测模块包括堆砌物***移预测单元，用于预测并显示堆砌物体从起始时期到预测时期的变化轨迹。所述堆砌物***移预测单元，可以预测单独的堆砌物体从起始时期到预测时期的变化轨迹，也可以同时预测多个堆砌物体从起始时期到预测时期的变化轨迹。所述起始时期，可以是已导入的监测点的数据信息中的任一时期。

本发明的建筑物变形的三维分析***的变形预测模块，根据已分析出的建筑物的三维分析模型的整体倾斜、沉降及局部变形等的量化数据，合理预测建筑物在预测时期的变形数据，并展示出建筑物的三维预测模型，以便于直观地看到建筑物在预测时期发生的整体倾斜、沉降及局部变形等。

如图3所示的建筑物变形的三维分析***，其还包括显示模块，用于多视角显示建筑物的三维分析模型，并对建筑物的三维分析模型进行显示控制。

所述显示模块还可以用于多视角显示建筑物的三维预测模型，并对建筑物的三维预测模型进行显示控制。

所述显示模块，可以实现不同视角显示建筑物的三维分析模型或者建筑物的三维预测模型，包括俯视图、北面视图、东北面视图、东面视图、东南面视图、南面视图、西南面视图、西面视图、西北面视图。所述显示控制，即可以将建筑物的三维分析模型部分或全部进行显示或隐藏，或者将建筑物的三维预测模型部分或全部进行显示或隐藏。

如图4所示的建筑物变形的三维分析***，其还包括变形趋势图生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成堆砌物体的变形趋势图。

所述堆砌物体，是指构成建筑物的基本模块。所述堆砌物体可以是砖块或石条。

所述堆砌物体的变形趋势图，是指单独的堆砌物体的变形趋势图。具体是，选择需要查看的堆砌物体及选择该堆砌物体的起始时期和终止时期，变形趋势图生成模块根据已录入的起始时期的监测点的数据信息和终止时期的监测点的数据信息，生成从起始时期到终止时期该堆砌物体的变形趋势图。建筑物体的所有堆砌物体的变形趋势图的组合，可以体现出建筑物体的变形趋势。

如图5所示的建筑物变形的三维分析***，其还包括查看模块，用于选择并显示部分或全部的数据信息。

所述数据信息可以是已导入的监测点的数据信息或者是已分析出的建筑物的变形情况或者是建筑物的三维预测模型或者是其他可以查看的数据信息。该数据查看模块可以方便用户查看所需要的数据信息。

优选的是，所述建筑物变形的三维分析***还包括参数模块，用于设置参数信息。

所述参数信息一般包括误差参数、字体大小、透明度、颜色、阈值等。

所述字体大小，是指需要显示的字体大小或需要导出数据的字体大小。所述透明度，是指建筑物的三维分析模型或者建筑物的三维预测模型整体或部分的透明度，或者是监测点或监测面的透明度。在进行分析时，需要将建筑物的三维分析模型或者建筑物的三维预测模型整体或部分显示，或者需要显示某监测点或监测面，可以通过设置不同的透明度进行区别，以便于查看分析。所述颜色，是指建筑物的三维分析模型或者建筑物的三维预测模型整体或部分的颜色，或者是监测点或监测面的颜色。不同时期的同一建筑物的三维分析模型可以用不同的颜色显示；或者不同时期的同一监测点或监测面可以用不同的颜色显示；或同一时期的建筑物的三维分析模型的不同监测面或监测点，可以用不同颜色显示。用不同颜色显示，可以方便查看和分析。

所述阈值，是指在进行水平分析、沉降分析或者其他分析时，可以设置不同的变化量范围，该变化量范围的临界值即为阈值。通常，低于某阈值的变化量可以设置一种或几种颜色，高于该阈值的变化量可以设置另一种或几种颜色，等于该阈值的变化量可以依据需要设置成其中的某个颜色。

如图6所示的建筑物变形的三维分析方法，其包括以下步骤：

S101：导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；

S102：根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；

S103：根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况；

其中，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况包括：

S1031：分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况；

S1032：分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。

步骤S101中，导入监测点的数据信息之后，还可以将已导入的监测点的数据信息进行备份、对误差较大的监测点的数据信息进行粗差处理及导出已粗差处理的监测点的数据信息。

所述对误差较大的监测数据进行粗差处理包括以下步骤：

S201：选择需要分析的监测点、输入误差参数、分析并显示超出误差参数的监测点；

S202：选择超出误差参数的监测点，并纠正超出误差参数的监测点的坐标（在地面空间坐标系中的坐标）或三维分布图。

步骤S103中，可以按照步骤S1031、步骤S1032的顺序依次进行，也可以按照步骤S1032、步骤S1031的顺序进行。且步骤S103中，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况包括还可以包括以下步骤：

S1033：在至少一个已生成的建筑物的三维分析模型上建立剖面，生成并显示出该建筑物的三维分析模型的剖面图；

S1034：将不同时期的监测点的数据信息进行对比分析，并将对比分析的结果以图形形式显示；

S1035：分析并显示堆砌物体从起始时期到终止时期的变化轨迹或者分析并显示堆砌物体经过多个不同时期的叠加位移。

可以按照步骤S1033、S1034、S1035的顺序依次进行，也可以按照其他顺序进行，也可以只进行某个单独的步骤。

步骤S1034中，所述对比分析包括以下步骤：

步骤（1）、选择监测点的数据信息，并将相同监测点的不同时期的三维分布图分别用不同颜色显示；

步骤（2）、选择监测面数据，并将相同监测面在不同时期的三维分布图分别用不同颜色显示；

步骤（3）、选测堆砌物体数据，并分析出相同堆砌物体在不同时期的变化量，将不同变化量范围内的堆砌物体的三维分布图用不同颜色显示。

其中，步骤（1）、（2）、（3）可以依次进行，也可以按照其他顺序进行，也可以只进行某个单独的步骤。

本发明的建筑物变形的三维分析方法，通过对监测数据和建筑物的三维分析模型的展示和分析，得出全部或部分监测点坐标的位移情况，从而对建筑物的三维分析模型的整体倾斜、沉降及局部变形等给出量化数据和图形显示，进而得出并直观地显示出建筑物的变形情况。该方法可以处理大量的监测点的数据信息，不仅能够全面分析出建筑物的变形特征，同时还能够直观地看到建筑物的变形特征；还可以节约大量的人工和时间成本；且该分析方法的精确度较高，很大程度地减少了人工误差。

如图7所示的建筑物变形的三维分析方法，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况之后还包括步骤S104：根据已分析出的建筑物的三维分析模型变形的量化数据预测出建筑物在预测时期的变形数据，并以此生成预测时期的建筑物的三维预测模型。

所述步骤S104可以包括以下步骤：

S1041：根据已分析出的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况，预测出建筑物在预测时期的水平面上的变形情况。

S1042：根据已分析出的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况，预测出建筑物在预测时期的沉降变形情况。

S1043：在建筑物的三维预测模型上建立剖面，并生成建筑物的三维预测模型的预测剖面图。

S1044：预测并显示堆砌物体从起始时期到预测时期的变化轨迹。

所述S1041、S1042、S1043、S1044可以依次进行，也可以按照其他顺序进行。

预测并生成建筑物的三维预测模型，根据已分析出的建筑物的三维分析模型的整体倾斜、沉降及局部变形等的量化数据，合理预测建筑物在预测时期的变形数据，并显示建筑物的三维预测模型，以便于直观地看到建筑物在预测时期发生的整体倾斜、沉降及局部变形等。

如图8所示的建筑物变形的三维分析方法，所述生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型之后还包括：多视角显示建筑物的三维分析模型，并对建筑物的三维分析模型进行显示控制。

通常在生成建筑物的三维分析模型之后，即可以多视角显示建筑物的任一时期或者多个时期的三维分析模型，同时可以对建筑物的的三维分析模型进行显示控制。

如图9所示的建筑物变形的三维分析方法，所述导入至少两个时期的监测点的数据信息之后还包括步骤S105：根据至少两个时期的监测点的数据信息生成堆砌物体的变形趋势图。

通常是根据建筑物的三维分析模型的变形情况，生成堆砌物体的变形趋势图。

优选的是，所述建筑物变形的三维分析方法还包括选择并显示部分或全部的数据信息的步骤。

所述数据信息可以是已导入的监测点的数据信息或者是已分析出的建筑物的变形情况或者是建筑物的三维预测模型或者是其他可以查看的数据信息。导入监测点的数据信息之后，可以随时选择并查看已导入的数据信息。

较佳地，所述建筑物变形的三维分析方法，还包括设置参数信息的步骤。

所述参数信息一般包括误差参数、字体大小、透明度、颜色、阈值等。根据不同时期所需要的参数信息，可以随时进行设置。

本发明中所述监测点的坐标和监测点的三维分布图，可以由建筑物变形的三维摄影监测***获得。

本发明的建筑物变形的三维分析方法可以通过所述建筑物变形的三维分析***实施；而本发明的所述建筑物变形的三维分析***的操作步骤可以按照所述的建筑物变形的三维分析方法实施。

优选实施例中，提供一种建筑物变形的三维摄影监测***，其包括：

输入模块，用于输入包含影像、影像控制点在地面空间坐标系中的坐标和获取所述影像时摄影装置参数的信息；

影像控制点量测模块，用于根据所述获取所述影像时摄影装置参数，在所述影像上量测影像控制点的像方位置；

数据处理模块，用于处理所述影像控制点的像方位置、影像控制点在地面空间坐标系中的坐标，获取所述影像的外方位元素和所述影像的内方位元素；

监测点量测模块，用于根据所述获取所述影像时摄影装置参数，在所述影像上量测监测点的像方位置；

监测点提取模块，用于根据所述监测点的像方位置、所述影像的外方位元素和所述影像的内方位元素，提取监测点在地面空间坐标系中的坐标和/或提取监测点的三维分布图。

所述摄影装置参数包括像素大小、像幅高、像幅宽、焦距等。所述摄影装置可以是数码相机，用于采集建筑物的影像信息。

所述影像，通常是对建筑物拍摄的一系列照片，且相邻照片一般具有80—90%的重叠度。相邻照片，即是在相邻摄站拍摄的照片。

所述影像控制点在地面空间坐标系中的坐标，一般是使用全站仪观测获得。所述全站仪是0.5″级全站仪。

所述影像控制点的像方位置，即是影像控制点在包含该影像控制点的影像上的像方坐标。

所述影像控制点的像方位置，即是影像控制点在包含该影像控制点的影像上的像方坐标。一般，影像控制点在每张包含该影像控制点的影像上均有对应的像方位置，该像方位置在影像获取时就已经确定。

所述监测点，是设置在建筑物上，为了反映建筑物变化的特征点。所述监测点的像方位置，即是监测点在包含该监测点的影像上的像方坐标。

所述监测点的三维分布图，一般是监测点在地面空间坐标系中的三维坐标分布图。根据该三维分布图，可以直观地观察到监测点的分布状况，以方便后续对监测点变化的分析。

本发明的建筑物变形的三维摄影监测***，使得在对建筑物变形的监测过程中，设置的监测点数量及布设状况可以根据监测需要确定，可直至点云级，没有限制条件；海量的监测点数据可以实现自动提取；监测点的三维坐标精度可达到±1毫米；可以快速地、精确地、全面地监测出建筑物的变形特征；工作量也远小于传统点监测方法；普通的数码相机就可以使用，费用较低；可应用于对建筑物变形的监测。

一般地，三维摄影监测***还包括影像转换模块，用于转化所述影像的格式，以便于使所述影像的格式符合要求。

为了在后期影像匹配时提高匹配精度，三维摄影监测***还包括影像替换模块，用于将影像中的无用拍摄区域替换成其他色彩。影像在自动匹配的过程中，无用拍摄区域（如天空、地面积雪或其他非建筑物的结构等）因特征鉴别度低，均会降低匹配精度，通常影像替换模块以纯色代替影像中的无用拍摄区域，当然，也可以选择其他色彩代替无用拍摄区域，其目的是使无用拍摄区域不参与匹配解算，进而可以提高匹配精度，以建立较为精确的相对三维模型。

优选的是，所述三维摄影监测***，还包括监测点预测模块，用于根据第M期的监测点在地面空间坐标系中的三维坐标和第N期影像的外方位元素、第N期影像的内方位元素预测并显示出第N期监测点在第N期影像上的预测像方位置；所述第M期和第N期为不同的监测周期。

在此引述的第M期和第N期，只是为了表述不同的监测周期，并没有其他限制含义。其中，第M期（通常可以是第一期）的监测点在地面空间坐标系中的三维坐标是已知的，其可以利用上述输入模块、影像控制点量测模块、数据处理模块、监测点量测模块和监测点提取模块提取出。在处理第N期（可以是第二期、第三期、第四期等等）的影像时，可以利用上述的输入模块、影像控制点量测模块和数据处理模块得出第N期影像的外方位元素、第N期影像的内方位元素，然后利用监测点预测模块，根据第M期的监测点在地面空间坐标系中的三维坐标和第N期影像的外方位元素、第N期影像的内方位元素预测并显示出第N期监测点在第N期影像上的预测像方位置。

第N期监测点在地面空间坐标系中的三维坐标可能由于建筑物的变形而相对于第M监测点在地面空间坐标系中的坐标发生改变，但是这种改变通常是不大的。所述预测像方位置，即是监测点在相应影像上的真实像方位置或者是监测点在相应影像上的真实像方位置的附近像方位置。当建筑物的监测点在地面空间坐标系中的坐标没有发生改变时（即是第M期和第N期分别进行监测时，该监测点在地面空间坐标系中的坐标没有发生变化），则预测像方位置即为真实像方位置；当建筑物的监测点在地面空间坐标系中的坐标发生改变时（即是第M期和第N期分别进行监测时，该监测点在地面空间坐标系中的坐标发生了变化），则预测像方位置即为真实像方位置的附近像方位置。

通常，同一监测点在多张影像上都会出现，监测点预测模块则会在包含有该监测点的每张影像上的相应位置或相应位置的附近区域，将该监测点用标记符号（如：带有颜色的“十”字线等）显示出来，以便于能够确认出该监测点的像方位置或者是大概的像方位置。这就方便了查找并获得出监测点的像方位置，而不用在每张影像上人工查找监测点的位置，很大程度上缩短了对影像处理的时间，进一步节约了人工成本。

所述建筑物变形的三维摄影监测***还包括调整模块，用于根据第N期监测点在第N期影像上的预测像方位置调整监测点在第N期影像上的像方位置。

监测点预测模块预测并显示出了第N期监测点在影像上的预测像方位置，但是该预测像方位置有时与真实的像方位置有一定的误差。调整模块根据监测点在影像上的预测像方位置将监测点调整到真实像方位置，以便于获得监测点的真实像方坐标。

所述的建筑物变形的三维摄影监测***，通常还包括匹配模块，用于根据所述影像、影像控制点在地面空间坐标系中的坐标和获取所述影像时摄影装置参数的信息，建立建筑物的相对三维模型。

所述相对三维模型，是由点云构成的三维模型，且各点的相对位置关系已经确定，但是在尺度和方向上未确定。

进一步地，所述数据处理模块，还用于根据所述影像的外方位元素和所述影像的内方位元素，在所述建筑物的相对三维模型的基础上，建立建筑物的绝对三维模型。

所述绝对三维模型，是由点云构成的三维模型，各点在地面空间坐标系中的位置已经确定。即是各点在地面空间坐标系中的三维坐标已经确定。

为了更直观地显示出建筑物的三维模型，三维摄影监测***还包括纹理模块，用于将纹理添加到建筑物的绝对三维模型中。

通常，所述匹配模块包括同名特征点提取单元，用于提取影像间的同名特征点。

同名特征点，即是不同影像间重叠区域的特征点。该特征点通常是具有一定的辨别度。

较佳地，所述匹配模块还包括同名特征点处理单元，用于处理同名特征点在不同影像间的相对位置关系，获取建筑物的相对三维模型。

通常，所述三维摄影监测***通常还包括输出模块，用于输出监测点在地面空间坐标系中的坐标，和/或监测点的三维分布图。

较佳的实施例中，提供一种建筑物变形的三维摄影监测方法，其包括以下步骤：

S301、输入包含影像、影像控制点在地面空间坐标系中的坐标和获取所述影像时摄影装置参数的信息；

S302、根据所述获取所述影像时摄影装置参数，在所述影像上量测影像控制点的像方位置；

S303、处理所述影像控制点的像方位置、影像控制点在地面空间坐标系中的坐标，获取所述影像的外方位元素和所述影像的内方位元素；

S304、根据所述获取所述影像时摄影装置参数，在所述影像上量测监测点的像方位置；

S305、根据所述监测点的像方位置、所述影像的外方位元素和所述影像的内方位元素，提取监测点在地面空间坐标系中的坐标和/或提取监测点的三维分布图。

本发明的建筑物变形的三维摄影监测方法，使得在对建筑物变形的监测过程中，设置的监测点数量及布设状况可以根据监测需要确定，可直至点云级，没有限制条件；海量的监测点数据可以实现自动提取；监测点的三维坐标精度可达到±1毫米；可以快速地、精确地、全面地监测出建筑物的变形特征；工作量也远小于传统点监测方法；普通的数码相机就可以使用，费用较低。

通常，三维摄影监测方法在步骤S301之前，还包括转化所述影像格式的步骤，以便于使所述影像的格式符合要求。

为了在后期影像匹配时提高匹配精度，三维摄影监测方法在步骤S301之前，还包括将影像中的无用拍摄区域替换成其他色彩的步骤，以建立较为精确的相对三维模型。该步骤可以在转化所述影像格式之前或者之后进行。

为了进一步缩短了对影像处理的时间，上述方法中，所述提取监测点在地面空间坐标系中的坐标是提取第M期的监测点在地面空间坐标系中的三维坐标，之后，还包括步骤S306：根据第M期的监测点在地面空间坐标系中的三维坐标和第N期影像的外方位元素、第N期影像的内方位元素预测并显示出第N期监测点在第N期影像上的预测像方位置；所述第M期和第N期为不同的监测周期。

所述第M期通常可以是第一期，其监测点在地面空间坐标系中的三维坐标可以利用上述建筑物变形的三维摄影监测方法提取出。在处理第N期（可以是第二期、第三期、第四期等等）时，可以利用上述的步骤S301、S302和S303得出第N期影像的外方位元素、第N期影像的内方位元素，然后利用步骤S306，根据第M期的监测点在地面空间坐标系中的三维坐标和第N期影像的外方位元素、第N期影像的内方位元素预测并显示出第N期监测点在第N期影像上的预测像方位置；最后，通过步骤S305提取第N期监测点在地面空间坐标系中的坐标和/或提取第N期监测点的三维分布图。

通常，同一监测点在多张影像上都会出现，预测并显示出监测点在影像上的预测像方位置的步骤，则会在包含有该监测点的每张影像上的相应位置或相应位置的附近区域，将该监测点用标记符号（如：带有颜色的“十”字线等）显示出来，以便于能够确认出该监测点的像方位置或者是大概的像方位置。这就方便了查找并获得出监测点的像方位置，而不用在每张影像上人工查找监测点的位置，很大程度上缩短了对影像处理的时间，进一步节约了人工成本。

进一步地，所述三维摄影监测方法还包括步骤S307：根据第N期监测点在第N期影像上的预测像方位置调整监测点在第N期影像上的像方位置。该步骤根据监测点在影像上的预测像方位置将监测点调整到真实像方位置，以便于获得监测点的真实像方坐标。

较佳地，所述三维摄影监测方法中，步骤S301之后还包括：根据所述影像、影像控制点在地面空间坐标系中的坐标和获取所述影像时摄影装置参数的信息，建立建筑物的相对三维模型。

进一步地，所述建立建筑物的绝对三维模型之后，还包括：根据所述影像的外方位元素和所述影像的内方位元素，在所述建筑物的相对三维模型的基础上，建立建筑物的绝对三维模型。

较佳地，所述建立建筑物的相对三维模型包括提取影像间的同名特征点的步骤。

进一步优选的是，所述建立建筑物的相对三维模型还包括处理同名特征点在不同影像间的相对位置关系，获取建筑物的相对三维模型的步骤。该步骤通常是在提取影像间的同名特征点之后进行。

通常，所述三维摄影监测方法通常还包括输出监测点在地面空间坐标系中的坐标，和/或监测点的三维分布图的步骤。该步骤通常是在提取监测点在地面空间坐标系中的坐标，和/或提取监测点的三维分布图之后进行。

本发明的建筑物变形的三维摄影监测方法可以通过所述建筑物变形的三维摄影监测***实施；而本发明的所述建筑物变形的三维摄影监测***的操作步骤可以按照所述的建筑物变形的三维摄影监测方法实施。

以上所述，仅为本发明的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑物变形的三维分析***，其特征在于，包括：

数据管理模块，用于导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；

模型生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；

分析模块，用于根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况；

其中：所述分析模块包括水平分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况；

所述分析模块包括沉降分析单元，用于分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。

2.根据权利要求1所述的建筑物变形的三维分析***，其特征在于，还包括变形预测模块，用于根据已分析出的建筑物的三维分析模型变形的量化数据预测出建筑物在预测时期的变形数据，并以此生成预测时期的建筑物的三维预测模型。

3.根据权利要求1或2所述的建筑物变形的三维分析***，其特征在于，还包括显示模块，用于多视角显示建筑物的三维分析模型，并对建筑物的三维分析模型进行显示控制。

4.根据权利要求1所述的建筑物变形的三维分析***，其特征在于，还包括变形趋势图生成模块，用于根据至少两个时期的监测点的数据信息生成堆砌物体的变形趋势图。

5.根据权利要求1或2所述的建筑物变形的三维分析***，其特征在于，还包括查看模块，用于选择并显示部分或全部的数据信息。

6.根据权利要求1所述的建筑物变形的三维分析***，其特征在于，还包括参数模块，用于设置参数信息。

7.一种建筑物变形的三维分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

导入至少两个时期的监测点的数据信息，所述监测点的数据信息包括监测点的坐标和监测点的三维分布图；

根据至少两个时期的监测点的数据信息生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型；

根据所述至少两个时期的监测点的数据信息分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况；

其中，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况包括：

分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体在水平面上的变形情况；

分析并显示至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的局部或整体的沉降变形情况。

8.根据权利要求7所述的建筑物变形的三维分析方法，其特征在于，所述分析至少一个已生成的建筑物的三维分析模型的变形情况之后还包括：根据已分析出的建筑物的三维分析模型变形的量化数据预测出建筑物在预测时期的变形数据，并以此生成预测时期的建筑物的三维预测模型。

9.根据权利要求7或8所述的建筑物变形的三维分析方法，其特征在于，所述生成至少两个相对应的建筑物的三维分析模型之后还包括：多视角显示建筑物的三维分析模型，并对建筑物的三维分析模型进行显示控制。

10.根据权利要求7所述的建筑物变形的三维分析方法，其特征在于，所述导入至少两个时期的监测点的数据信息之后还包括：根据至少两个时期的监测点的数据信息生成堆砌物体的变形趋势图。