CN109577382B - 桩头解析***及方法、存储有桩头解析程序的存储介质 - Google Patents

Abstract

在桩头解析***中，由设置于UAV的照相机拍摄多个包含桩的工程现场的图像，并获取该图像，从而生成工程现场的三维模型，并从该三维模型内检测桩头，从而判别检测出的桩头与预先获取的设计信息之间的匹配。

Description

桩头解析***及方法、存储有桩头解析程序的存储介质

技术领域

本发明涉及一种对作为建筑物的基础而打设(打桩)的桩的桩头(Pile)进行解析的桩头解析***、桩头解析方法以及存储有桩头解析程序的存储介质。

背景技术

在建筑工程中，按照设计图打设作为构造物的基础的桩是十分重要的，因为它影响建筑物的基础建造。因此，打设了桩之后，需要确认桩芯位置及桩头的高度等是否按照设计图正确建造。

因此，一直以来，使用GPS或全站仪(TS)等对打设后的桩头的位置进行测量，并与CAD数据等设计图进行对照从而测量出桩芯的偏离，由此判断出桩芯是否在设计值的容许范围内(施工误差以内)。

例如，已有如下的技术，即，设置自动跟踪式的TS，操作者将目标(target)带到桩头等想要测量的地点，并发出测量指令，由此能够测量该地点的坐标(参照专利文献1)。

另外，近年来，也开发了如下的技术，即，获取工程现场的点云模型，将桩头部的点云和与其对应的桩模型进行匹配，由此获取桩芯的坐标(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-325884号公报

专利文献2：日本特开2017-96688号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，即使像专利文献1的技术那样使用了自动跟踪式的TS，操作者为了测量桩头也必须一个一个巡视桩来测量，存在耗费劳力和时间的问题。另外，由于依赖于操作者的经验和技能，因而还存在精度不稳定的问题。

另外，在专利文献2的技术中，通过从工程现场的上空用激光扫描仪进行扫描来获取点云模型，但是为了通过激光扫描仪检测桩头部，需要在扫描整个工程现场区域从而获取了整个工程现场区域的点云数据后，仅整理提取(trimming)包含桩头部的对象区域的点云。存在该整个工程现场区域的点云数据的数据量很庞大的问题。

尤其，在建造规模宏大的构造物时，由于工程现场的范围也很广阔，因而存在下述问题，即，在专利文献1的技术中，操作者在桩之间移动的距离和时间会增加，在专利文献2的技术中，点云的数据量会进一步增大。

本发明的实施方式是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于，提供一种能够以更高效率和稳定精度来解析桩头的桩头解析***、桩头解析方法以及存储有桩头解析程序的存储介质。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明的实施方式的桩头解析***，对打设的桩的桩头进行解析，其具有：图像获取部，获取多个由设置于移动体的照相机拍摄的、包含所述桩的对象地的图像；三维模型生成部，根据由所述图像获取部获取的多个图像生成所述对象地的三维模型；桩头检测部，根据由所述三维模型生成部生成的所述三维模型检测所述桩头；和匹配判别部，判别由所述桩头检测部检测出的桩头与基于预先获取的设计信息的桩头之间的匹配。

在上述桩头解析***中，也可以使所述桩头检测部检测所述桩头的桩芯，使所述匹配判别部判别所述桩芯与基于所述设计信息的桩埋设点之间的匹配。

另外，在上述桩头解析***中，也可以使所述桩头检测部检测作为从所述桩头的地表到桩的顶面的高度的桩高度，使所述匹配判别部判别所述桩头高度与基于所述设计信息的桩头高度之间的匹配。

另外，在上述桩头解析***中，也可以使所述桩头检测部检测所述桩头的倾斜度，并使所述匹配判别部判别所述桩头的倾斜度与基于所述设计信息的所述桩头的倾斜度之间的匹配。

另外，在上述桩头解析***中，进而，也可以具有显示部，将由所述匹配判别部判别出的与桩头的匹配相关的信息显示在由所述三维模型生成部生成的三维模型上。

另外，在上述桩头解析***中，也可以给所述桩头赋予颜色，使所述桩头检测部将所述颜色作为用于从所述三维模型检测桩头的要素而含有。

为了达成上述目的，本发明的实施方式的桩头解析方法，对打设的桩的桩头进行解析，其具有：图像获取工序，获取多个由设置于移动体的照相机拍摄的、包含所述桩的对象地的图像；三维模型生成工序，根据在所述图像获取工序中获取的多个图像生成所述对象地的三维模型；桩头检测工序，根据在所述三维模型生成工序中生成的所述三维模型检测所述桩头；和匹配判别工序，判别在所述桩头检测工序中检测出的桩头与预先获取的设计信息之间的匹配。

为了达成上述目的，本发明的实施方式的存储有桩头解析程序的存储介质是存储有对打设的桩的桩头进行解析的桩头解析程序的非暂时性存储介质，其使计算机执行如下工序：图像获取工序，获取多个由设置于移动体的照相机拍摄的、包含所述桩的对象地的图像；三维模型生成工序，根据在所述图像获取工序中获取的多个图像生成所述对象地的三维模型；桩头检测工序，根据在所述三维模型生成工序中生成的所述三维模型检测所述桩头；和匹配判别工序，判别在所述桩头检测工序中检测出的桩头与预先获取的设计信息之间的匹配。

发明的效果

根据使用上述手段的本发明的桩头确认***的实施方式，能够以更高的效率和更稳定的精度进行桩头的解析。

附图说明

图1是本发明的实施方式的桩头解析***的整体结构图。

图2是桩头解析***的控制框图。

图3是示出桩头解析程序的流程图。

图4是通过摄影测量提取桩头部分的概念图。

附图标记说明

1 桩头解析***

2 移动摄像装置

3 解析装置

10 UAV

11 照相机

12 GPS单元

13 摄像控制部

14 存储部

20 图像获取部

21 三维模型生成部

22 桩头检测部

23 匹配判别部

24 显示部

C 工程现场

M 三维模型

H1、H2、H3、H4、Hm 桩头

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1示出了本发明的一实施方式的桩头解析***的整体结构图，图2示出了该桩头解析***的控制框图。基于这些图对桩头解析***的结构进行说明。

桩头解析***1是基于摄影测量的解析***，具有：移动摄像装置2，在工程现场C的上空移动并拍摄多个摄影测量用的图像；解析装置3，根据该移动摄像装置2拍摄的图像进行三维模型的生成及桩头的解析。

本实施方式的工程现场C为如下状态，即，打设了桩之后，进行基坑挖掘，使进行了桩头处理的桩头H1、H2、……Hm露出的状态。此外，在本实施方式中，以圆筒状的钢桩为例进行说明，但是桩的材质和形状不限定于此，例如，桩也可以为剖面为矩形的矩形桩。

移动摄像装置2是在移动体即UAV(unmanned aerial vehicle：无人驾驶航空器)10上搭载有用于拍摄摄影测量用图像的照相机11而构成的。此外，照相机11所拍摄的图像也可以是静止图像及动态图像。

详细而言，UAV10是能够在工程现场C的上空以预定的飞行路径飞行或通过远程操作自由飞行的飞行移动体。在该UAV10上，在用于进行飞行的飞行机构10a的下部设置有万向节机构10b。

照相机11被UAV10的万向节机构10b支撑，通过该万向节机构10b能够自由地改变拍摄方向。在本实施方式中，为了拍摄工程现场C，万向节机构10b使照相机11姿势稳定而总是从上空拍摄下方。

另外，在照相机11上设置有能够接收GPS信号的GPS单元12。该GPS单元12能够基于接收的GPS信号测量移动摄像装置2的当前位置。

解析装置3是能够执行摄影测量用程序及桩解析用程序的个人计算机(PC)等信息处理终端。

接着，参照图2对桩头解析***1的移动摄像装置2及解析装置3所搭载的控制***的结构进行说明。此外，对于与移动摄像装置2的UAV10有关的飞行控制，可以适用公知技术，并省略其说明。

如图2所示，移动摄像装置2除了具有上述的照相机11、GPS单元12之外，还具有摄像控制部13及存储部14。此外，虽未图示，但是移动摄像装置2也可以除此之外还设置有操作部或显示部等。

摄像控制部13与照相机11及GPS单元12电连接。该摄像控制部13以使相邻的图像部分重叠的方式控制照相机11以预定的拍摄周期进行拍摄，并具有通过GPS单元12来获取拍摄时点的位置信息的功能。进而，摄像控制部13将由照相机11拍摄的图像与由GPS单元12获取的位置信息对应关联地存储到存储部14中。

存储部14例如是能够存储各种信息的闪存器，主要存储从摄像控制部13发送来的包含位置信息的图像。存储于该存储部14的信息能够借由其他存储介质、有线或无线通信而移动或复制到其他装置。

另一方面，解析装置3主要具有图像获取部20、三维模型生成部21、桩头检测部22、匹配判别部(整合判别部)23、显示部24。此外，在解析装置3中，在未图示的存储部中存储有包含工程现场C的桩的埋设点坐标、桩的形状、大小等规格的设计信息。

图像获取部20是获取存储于上述存储部14中的包含位置信息的图像的部分。

三维模型生成部21是基于由图像获取部20获取的多个图像，通过摄影测量方法生成三维模型的部分。详细而言，通过从部分重叠的多个图像提取彼此共同的特征点，并将它们以使空间位置关系匹配的方式进行合成，从而生成三维模型(立体模型)。例如，将工程现场C的基坑挖掘部分的形状或顶点作为特征点。另外，预先在工程现场C的已知点设置航测标志(aerial survey marker)等，并将其作为用于将图像与地面上的点对应关联(从相对坐标到绝对坐标的对应关联)的标定点(ground control point，地面控制点)或用于进行精度确认的检查点来使用。另外，通过在桩头附上航测标志或图像处理中容易识别的标记，或者利用桩本身的形状，能够提高桩头位置的三维测量作业。

桩头检测部22从由三维模型生成部21生成的三维模型中检测桩头。其可以例如通过图像识别自动检测桩头，也可以由操作者通过显示部24从三维模型中由目视手动检测桩头。然后，桩头检测部22对检测出的桩头的桩芯位置、桩头的高度、桩头的倾斜度进行检测。也就是说，检测出圆筒状的桩头的中心位置的XY坐标(水平面坐标)作为桩芯的位置，检测出从地表到桩顶面为止的Z坐标(铅垂坐标)作为桩头的高度来，检测出桩芯轴与Z轴(铅垂轴)的角度差作为桩头的倾斜度。

匹配判别部23用于判别由桩头检测部22检测出的桩头与预先从存储部获取的设计信息中的桩头的规格之间的匹配(整合)。具体而言，相对于设计信息的值，判别桩芯的位置、桩头的高度、桩头的倾斜度是否在容许范围内。

显示部24是PC的显示器等，能够将由匹配判别部23判别出的与桩头的匹配相关的信息显示在由三维模型生成部21生成的三维模型上。

对于以这种方式构成的桩头解析***1，首先，如图1所示，由移动摄像装置2一边在工程现场C的上空移动一边以规定的拍摄周期拍摄多个摄影测量用的图像P1、P2、……Pn。然后，通过解析装置3从该图像P1、P2、……Pn生成三维模型来检测桩头，从而判别该桩头的匹配。

在此，参照图3、图4，图3示出本实施方式的桩头解析***中的桩头解析程序，图4示出关于桩头的匹配判别的说明图，以下，中途参照图4，按照图3的流程图对通过执行桩头解析程序所实行的桩头解析方法进行说明。此外，为简单起见，图4将三维模型M示出为平面且仅三维地示出了桩头，并且将桩头的大小、高度、倾斜度等大于实际显示的方式示出。

如图3所示，首先，作为桩头解析程序的步骤S1，使移动摄像装置2在工程现场C的上空飞行，以使相邻的图像部分重叠的方式以规定的周期拍摄工程现场C的图像。另外，在每次拍摄的同时，摄像控制部13通过GPS单元12获取拍摄时点的移动摄像装置2的位置信息，并将包含位置信息的图像存储到存储部14。

作为步骤S2，移动摄像装置2在完成所有拍摄时结束飞行。

然后，作为步骤S3，解析装置3的图像获取部20从移动摄像装置2的存储部14获取包含位置信息的图像(图像获取工序)。

作为步骤S4，三维模型生成部21基于摄影测量的方法，根据获取的多个图像来生成三维模型(三维模型生成工序)。具体而言，推定各图像的拍摄姿势(外部标定要素)和照相机的校正参数(内部标定要素)。然后，从各图像内提取特征点，进行图像间的匹配，从而生成立体模型。另外，进行所谓的手动测量，即，从多个图像内指定对象物(例如桩头)的像素，并测量三维位置。或者，也可以将该手动测量自动化，对图像间重叠的区域生成三维点云数据。

另外，作为步骤S5，桩头检测部22从生成的三维模型中检测桩头(桩头检测工序)。

关于该步骤S4及S5，具体地，如图4所示，三维模型生成部21根据部分重叠的图像P1、P2及未图示的其他图像生成三维模型M。

在图4中，在三维模型M上包含第一桩头H1至第四桩头H4，桩头检测部22通过自动或手动检测这些桩头。进而，桩头检测部22检测这些桩头的桩芯位置(例如H1o)、桩头的高度(例如H1h)、桩芯轴(例如H1a)，在接下来的步骤S6至S8中，进行该检测出的桩的匹配判别(匹配判别工序)。

在步骤S6中，匹配判别部23判别桩芯位置是否在容许范围内。在该判别中，例如计算出桩头的桩芯位置的坐标与设计信息中的桩芯位置坐标的位置差，并判别该位置差是否在预先设定的容许范围内。当该判别结果为真(是)时，即如图4的第一桩头H1那样，桩芯位置H1o的坐标与设计信息中的桩芯位置H1p(桩埋设点)基本一致时，进入接下来的骤S7。

在步骤S7中，匹配判别部23判别桩头高度是否在容许范围内。在该判别中，例如计算出桩头高度与桩头模型H0的桩头高度H0h的高度差，并判别该高度差是否在预先设定的容许范围内。当该判别结果为真(是)时，即如图4的第一桩头H1那样，桩头高度H1h与桩头模型H0中的桩头高度H0h基本一致时，进入接下来的步骤S8。

在步骤S8中，匹配判别部23判别桩头倾斜度是否在容许范围内。在该判别中，例如计算出桩头倾斜度与桩头模型H0的桩头倾斜度(例如铅垂)的倾斜度差，并判别该倾斜度差是否在预先设定的容许范围内。当该判别结果为真(是)时，即如图4的第一桩头H1那样，桩头轴H1a的倾斜度与桩头模型H0中的桩头轴H0a的倾斜度基本一致时(倾斜度为0)，进入接下来的步骤S9。

在步骤S9中，显示部24将步骤S6～S8的判别结果全部为真(是)的桩头视为基本上按设计设置的桩头，从而以正常显示的方式将该桩头显示在显示屏上。例如以正常显示的方式来显示图4的第一桩头H1。

在接下来的步骤S10中，匹配判别部23判别在该时点在上述步骤S5中检测出的桩头的所有匹配判别是否已经完成。当该判别结果为真(是)时，该程序结束。另一方面，当该判别结果为假(否)时，即还存在尚未进行匹配判别的桩头时，则返回步骤S5，进行接下来的桩头的匹配判别。

当上述步骤S6～S8中的任一判别结果为假(否)时，即桩芯位置、桩头高度、桩头倾斜度中的任一者在容许范围之外时，则进入步骤S11。

在步骤S11中，在显示屏上将处于容许范围外的桩头予以警告显示。在该警告显示中，也可以根据处于容许范围外的要素的种类(桩芯位置、桩头高度、桩头倾斜度)改变警告显示，或者也可以根据差的程度改变警告显示。

例如，在图4中，示出了第二桩头H2的位置差ΔH2o在容许范围外，示出了第三桩头H3的高度差ΔH3h在容许范围外，并示出了第四桩头的倾斜度差ΔH4a在容许范围外。

如以上那样，在本实施方式的桩头解析***1中，解析装置3获取由设置于UAV10的照相机11拍摄的工程现场C的多个图像。然后，解析装置3根据该图像生成三维模型，从其中检测桩头，从而进行匹配判别。通过摄影测量来生成三维模型，不需要像激光扫描仪那样在整个工程现场区域获取点云数据，而是生成仅包含桩头的必要范围的点云数据，就足以进行桩头的匹配判别，因而能够减少数据量并有效地进行桩头解析。另外，比起操作者测量桩头，能够确保具有更稳定的精度。

并且，从基于该摄影测量的三维模型中，检测桩头的桩芯位置、桩头高度、桩头的倾斜度，并分别进行匹配判别，从而能够确认桩的打设状态。

另外，例如如图4所示的三维模型M那样，通过以使观看者易于理解的方式显示与桩头的匹配相关的信息，能够立即发现打桩的问题。

由以上内容，根据本实施方式的桩头解析***、桩头解析方法及桩头解析程序，能够以更高的效率和稳定的精度进行桩头解析。

以上完成了对本发明的实施方式的说明，但是本发明的形态不限定于该实施方式。

在上述实施方式中，在桩头检测部22，通过自动或手动检测桩头，但是也可以预先在工程现场C对桩头赋予颜色，然后由移动摄像装置2进行拍摄，并将赋予的颜色用作从三维模型检测桩头的一个要素。例如，也可以根据桩的种类不同来改变颜色。虽然不能通过由激光扫描仪产生的点云数据识别对象物的颜色，但是在摄影测量中，可以将实际的工程现场C的颜色也包含在模型化中，由此能够更顺利且正确地进行桩头检测。

另外，在上述实施方式中，移动摄像装置2将UAV10用作移动体，但是移动体不限于此，例如，也可以是载人的飞行体。

另外，在上述实施方式中，由GPS单元12测量移动摄像装置2的位置，但是测量移动摄像装置2的位置的手段不限定于此，也可以使用例如通过自动跟踪式的全站仪跟踪测量移动摄像装置2的结果。

Claims (8)

1.一种桩头解析***，对打设的桩的桩头进行解析，其特征在于，具有：

图像获取部，获取多个由设置于移动体的照相机拍摄的、包含所述桩的对象地的图像；

三维模型生成部，根据由所述图像获取部获取的多个图像，生成所述对象地的三维模型；

桩头检测部，根据由所述三维模型生成部生成的所述三维模型，检测所述桩头；和

匹配判别部，判别由所述桩头检测部检测出的桩头与基于预先获取的设计信息的桩头之间的匹配。

2.根据权利要求1所述的桩头解析***，其特征在于，

所述桩头检测部检测所述桩头的桩芯，

所述匹配判别部，判别所述桩芯与基于所述设计信息的桩埋设点之间的匹配。

3.根据权利要求1所述的桩头解析***，其特征在于，

所述桩头检测部检测桩头高度，所述桩头高度是从所述桩头的地表到桩的顶面的高度，

所述匹配判别部，判别所述桩头高度与基于所述设计信息的桩头高度之间的匹配。

4.根据权利要求1所述的桩头解析***，其特征在于，

所述桩头检测部检测所述桩头的倾斜度，

所述匹配判别部，判别所述桩头的倾斜度与基于所述设计信息的所述桩头的倾斜度之间的匹配。

5.根据权利要求1所述的桩头解析***，其特征在于，

还具有显示部，其将由所述匹配判别部判别出的与桩头的匹配相关的信息显示在由所述三维模型生成部生成的三维模型上。

6.根据权利要求1所述的桩头解析***，其特征在于，

对所述桩头赋予颜色，

所述桩头检测部，将所述颜色也作为用于从所述三维模型检测桩头的要素。

7.一种桩头解析方法，对打设的桩的桩头进行解析，其特征在于，具有：

图像获取工序，获取多个由设置于移动体的照相机拍摄的、包含所述桩的对象地的图像；

三维模型生成工序，根据在所述图像获取工序中获取的多个图像，生成所述对象地的三维模型；

桩头检测工序，根据在所述三维模型生成工序中生成的所述三维模型，检测所述桩头；和

匹配判别工序，判别在所述桩头检测工序中检测出的桩头与预先获取的设计信息之间的匹配。

8.一种非易失性存储介质，存储有用于对打设的桩的桩头进行解析的桩头解析程序，其特征在于，

使计算机执行如下工序：

图像获取工序，获取多个由设置于移动体的照相机拍摄的、包含所述桩的对象地的图像；

三维模型生成工序，根据在所述图像获取工序中获取的多个图像，生成所述对象地的三维模型；

桩头检测工序，根据在所述三维模型生成工序中生成的所述三维模型，检测所述桩头；和

匹配判别工序，判别在所述桩头检测工序中检测出的桩头与预先获取的设计信息之间的匹配。

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