CN113237459A - 一种建筑物沉降长期监测方法及监测*** - Google Patents

一种建筑物沉降长期监测方法及监测*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种建筑物沉降长期监测方法及监测***，属于工程监测领域，包括分析模块、摄像模块、基准桩和建筑物；摄像模块包括基座、激光铅锤和摄像机；该***结构简单，稳定性好，可监测出水平和竖直两个方向的沉降和位移；使用摄像机拍摄建筑物和基准桩的图像，从而确定建筑物的沉降情况；本发明建立的标准曲线，避免了摄像机拍摄建筑物由于成像孔径角过大导致的相差引起的图像变形在计算沉降值时导致的误差。在建筑物表面使用吸光标记，在摄像装置前端设置滤光片，利用自然光进行成像，成像时由于吸光涂料的吸收作用，保证成像中吸光标记的亮度最低，提高信噪比；设置基准桩，可在分析前进行误差的排出，设置了激光铅锤，可保证拍摄的准确性。

Description

一种建筑物沉降长期监测方法及监测***
技术领域
本发明涉及工程监测领域，尤其涉及一种建筑物沉降长期监测方法及监测***。
背景技术
在工业与民用建筑中，为了掌握建筑物的沉降情况，及时发现对建筑物不利的下沉现象，以便采取措施，保证建筑物安全使用，同时也为今后合理设计提供资料，因此，在建筑物施工过程中和投产使用后，必须进行沉降观测。
现有技术中一般的沉降观测是设置基准后使用水准仪人工测量或者使用卫星进行沉降测量；这些方法有的消耗大量资源，且不能长时间监测；
现有技术中也有的使用图像监测的方法，但是由于拍摄装置距离建筑物不能太远也不能太近，拍摄条件也不稳定，导致难以实际应用；此外由于大孔径角的摄像装置往往相差较大，计算误差也较大。
发明内容
针对现有技术中存在的消耗大量资源，且不能长时间监测等问题，本发明提供了一种建筑物沉降长期监测方法及监测***，该***结构简单，稳定性好，可以一次性监测出水平和竖直两个方向的沉降和位移；使用摄像机间隔一定时间拍摄建筑物和基准桩的图像，从而可以通过图像确定建筑物的沉降情况；本发明建立的标准曲线，避免了摄像机拍摄建筑物由于成像孔径角过大导致的相差引起的图像变形在计算沉降值时导致的误差。
本发明通过如下技术方案实现：
一种建筑物沉降长期监测***，包括分析模块、摄像模块、基准桩和建筑物；摄像模块包括基座、激光铅锤和摄像机，激光铅锤设置在基座上，摄像机设置在激光铅锤上，摄像机时刻保持和激光铅锤的垂直，以保证摄像机拍摄角度水平；
摄像模块和基准桩设置在沉降影响范围之外，距离建筑物100-300m；基准桩的数量是两个以上，设置在摄像模块和建筑物之间，且基准桩相距摄像模块的距离不同，同时保证不同基准桩在摄像模块对建筑物进行拍摄时可以出现在拍摄的图像中，且不会互相遮挡；
基准桩上设置有吸光标记，建筑物的表面上设置有多个吸光标记；利用摄像模块对建筑物进行拍摄，分析模块获取摄像机拍摄的图像，根据图像计算基准桩上的吸光标记与建筑物上的激光标记在拍摄得到的图像中的间距，并根据间距判断建筑物的沉降高度。
优选地，每个基准桩上的吸光标记为4个，且可以连接形成四边形；建筑物表面设置有多个吸光标记，吸光标记遍布建筑物的表面，建筑物表面的吸光标记之间的间隔是3-5m，吸光标记分布随机，满足任意一个吸光标记可以与其相邻的三个吸光标记组成四边形即可。
优选地，吸光标记为吸光涂料绘制的圆点，摄像模块设置有滤光片，滤光片的透过波长与吸光涂料吸收波长相同，从而保证摄像机拍摄的图像中吸光标记的亮度最低。
优选地，激光铅锤包括一水平环，水平环中心设置一CCD，水平环下侧连接三根等长的连接线，连接线等间距连接在水平环的下表面，且连接线的另一端互相连接形成节点，节点下侧设置一吊线，吊线下方设置一双孔激光发射器；双孔激光发射器向上发射两束激光，射入水平环中心的CCD，形成两个光斑；
优选地，当水平环处于水平位置时，两个光斑距离水平环中心的距离相等，且两个光斑的连线穿过水平环的中心；当水平环倾斜时，两个光斑的位置发生变化；摄像机设置在水平环上；摄像机根据水平环CCD获取的光斑的位置判断水平环是否水平。
一种利用监测***进行建筑物沉降长期监测的方法，包括如下步骤：
步骤1、仪器标定步骤，在保证摄像模块水平拍摄的情况下，首先以建筑物面向摄像机的方向的平面为XOY平面，地面为X轴，建筑物平面一个边缘为Y轴，测定建筑物表面吸光标记的中心点坐标(Xn,Yn)，其中n表示第n个吸光标记，坐标轴的建立要保证Xn>且Yn>0；然后利用摄像机对建筑物进行拍摄，获得标定图像，并标定图像进行处理，建立直角坐标系，得到标定图像中的建筑物吸光标记的坐标(Pn,Qn)和基准桩上的吸光标记的坐标(Mn,Nn)；
然后建立Qn与Yn的高度标准曲线；即每计算出一个Qn就可以计算出一个Yn，既可以通过读取图像中的Qn获得其对应的吸光标记的高度；
然后建立Pn与Xn的水平标准曲线；即每计算出一个Pn就可以计算出一个Xn，既可以通过读取图像中的Pn获得其对应的吸光标记的水平位置，然后记录基准桩上的吸光标记的坐标(Mn,Nn)位置，从而完成标定；
步骤2、自检步骤，每天的中午10点至14点之间，激光铅锤激光发射器发出激光，水平环的CCD接收激光照射，并获取激光照射光斑的位置，两个光斑距离水平环中心的距离相等，且两个光斑的连线穿过水平环的中心，则认为摄像机水平，且位置稳定，继续步骤3，如果不满足条件，则进行指示灯警报，然后继续监测CCD上的光斑位置，直到满足条件为止；
步骤3、图像获取和处理步骤，摄像机拍摄建筑物的图像，并将图像发送给分析模块；分析模块获取图像后先进行降噪，然后执行反色处理，然后将图像二值化，从而获得背景全黑，吸光标记全白的图像；然后分析模块计算每一个白色区域的中心点的坐标，从而得到建筑物吸光标记的坐标(Pn1,Qn1)和基准桩上的吸光标记的坐标(Mn1,Nn1)；
步骤4、坐标检测步骤：计算基准桩上n个吸光标记的坐标(Mn1,Nn1)和标定图像中n个吸光标记的坐标(Mn,Nn)之间是否相同；
如果相同则利用(Pn1,Qn1)直接进行步骤5；
如果不同：
则计算n个点的横坐标差值Mn1-Mn是否全部一致，以及n个点的纵坐标差值Nn1-Nn是否全部一致；
如果一致则将(Pn1,Qn1)修正，令Pn2＝Pn1-Mn1+Mn，Qn2＝Qn1-Nn1+Nn；然后利用(Pn2,Qn2)执行步骤5；
如果不一致，则报错给工作人员，等待检修；
步骤5、将步骤4中的(Pn1,Qn1)或(Pn2,Qn2)带入水平标准曲线和高度标准曲线，求出每个点的在建筑物坐标系中的实际坐标(Xn1,Yn1)，然后计算每个点的Cn＝Yn1-Yn；得到每个点的位置的沉降高度值，然后将Cn求平均得到平均沉降值；然后计算每个点的Dn＝Xn1-Xn；得到每个点的水平位移值，然后将Dn求平均得到平均平移值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明结构简单，稳定性好，可以一次性监测出水平和竖直两个方向的沉降和位移；使用摄像机间隔一定时间拍摄建筑物和基准桩的图像，从而可以通过图像确定建筑物的沉降情况；本发明建立的标准曲线，避免了摄像机拍摄建筑物由于成像孔径角过大导致的相差引起的图像变形在计算沉降值时导致的误差；
在建筑物表面使用涂料设置多个吸光标记，在摄像装置前端设置滤光片，从而可以利用自然光进行成像，成像时由于吸光涂料的吸收作用，可以保证成像中吸光标记的亮度最低，提高信噪比；设置多个基准桩，可以在分析前进行误差的排出，设置了激光铅锤，可以保证拍摄的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明监测原理图；
图2为本发明的监测原理俯视图a以及拍摄图像b的示意图；
图3为本发明图像反色处理后的效果图；
图4为本发明的激光铅锤的示意图；
a为整体示意图，b为局部示意图；
图中：摄像模块1、基准桩2、建筑物3、吸光标记4、图像5、水平环6、CCD7、双孔激光发射器8。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
结合图1-4，一种建筑物沉降长期监测***，包括分析模块、摄像模块1、基准桩2和建筑物3；
摄像模块1包括基座、激光铅锤和摄像机，激光铅锤设置在基座上，摄像机设置在激光铅锤上，摄像机时刻保持和激光铅锤的垂直，以保证摄像机拍摄角度水平；
摄像模块1和基准桩2设置在沉降影响范围之外，距离建筑物100-300m；基准桩2的数量是两个以上，设置在摄像模块1和建筑物3之间，且基准桩2相距摄像模块1的距离不同，同时保证不同基准桩2在摄像模块1对建筑物3进行拍摄时可以出现在拍摄的图像5中，且不会互相遮挡；
基准桩2上设置有吸光标记4，建筑物3的表面上设置有多个吸光标记4；利用摄像模块1对建筑物3进行拍摄，分析模块获取摄像机拍摄的图像5，根据图像5计算基准桩2上的吸光标记4与建筑物3上的吸光标记在拍摄得到的图像5中的间距，并根据间距判断建筑物3的沉降高度。
每个基准桩2上的吸光标记4为4个，且可以连接形成四边形；建筑物3表面设置有多个吸光标记4，吸光标记4遍布建筑物3的表面，建筑物3表面的吸光标记4之间的间隔是3-5m，吸光标记4分布随机，满足任意一个吸光标记4可以与其相邻的三个吸光标记4组成四边形即可。
吸光标记4为吸光涂料绘制的圆点，摄像模块1设置有滤光片，滤光片的透过波长与吸光涂料吸收波长相同，从而保证摄像机拍摄的图像5中吸光标记4的亮度最低。
激光铅锤包括一水平环6，水平环6中心设置一CCD7，水平环6下侧连接三根等长的连接线，连接线等间距连接在水平环6的下表面，且连接线的另一端互相连接形成节点，节点下侧设置一吊线，吊线下方设置一双孔激光发射器8；双孔激光发射器8向上发射两束激光，射入水平环6中心的CCD7，形成两个光斑；
当水平环6处于水平位置时，两个光斑距离水平环6中心的距离相等，且两个光斑的连线穿过水平环6的中心；当水平环6倾斜时，两个光斑的位置发生变化；摄像机设置在水平环6上；摄像机根据水平环6CCD7获取的光斑的位置判断水平环6是否水平。
实施例2：
一种利用监测***进行建筑物沉降长期监测的方法，包括如下步骤：
步骤1、仪器标定步骤，在保证摄像模块1水平拍摄的情况下，首先以建筑物3面向摄像机的方向的平面为XOY平面，地面为X轴，建筑物3平面一个边缘为Y轴，测定建筑物3表面吸光标记4的中心点坐标(Xn,Yn)，其中n表示第n个吸光标记4，坐标轴的建立要保证Xn>且Yn>0；然后利用摄像机对建筑物3进行拍摄，获得标定图像5，并标定图像5进行处理，建立直角坐标系，得到标定图像5中的建筑物3吸光标记4的坐标(Pn,Qn)和基准桩2上的吸光标记4的坐标(Mn,Nn)；
然后建立Qn与Yn的高度标准曲线；即每计算出一个Qn就可以计算出一个Yn，既可以通过读取图像5中的Qn获得其对应的吸光标记4的高度；
然后建立Pn与Xn的水平标准曲线；即每计算出一个Pn就可以计算出一个Xn，既可以通过读取图像5中的Pn获得其对应的吸光标记4的水平位置，然后记录基准桩2上的吸光标记4的坐标(Mn,Nn)位置，从而完成标定；
步骤2、自检步骤，每天的中午10点至14点之间，激光铅锤激光发射器8发出激光，水平环6的CCD7接收激光照射，并获取激光照射光斑的位置，两个光斑距离水平环6中心的距离相等，且两个光斑的连线穿过水平环6的中心，则认为摄像机水平，且位置稳定，继续步骤3，如果不满足条件，则进行指示灯警报，然后继续监测CCD上的光斑位置，直到满足条件为止；
步骤3、图像5获取和处理步骤，摄像机拍摄建筑物3的图像5，并将图像5发送给分析模块；分析模块获取图像5后先进行降噪，然后执行反色处理，然后将图像5二值化，从而获得背景全黑，吸光标记4全白的图像5；然后分析模块计算每一个白色区域的中心点的坐标，从而得到建筑物3吸光标记4的坐标(Pn1,Qn1)和基准桩2上的吸光标记4的坐标(Mn1,Nn1)；
步骤4、坐标检测步骤：计算基准桩2上n个吸光标记4的坐标(Mn1,Nn1)和标定图像5中n个吸光标记4的坐标(Mn,Nn)之间是否相同；
如果相同则利用(Pn1,Qn1)直接进行步骤5；
如果不同：
则计算n个点的横坐标差值Mn1-Mn是否全部一致，以及n个点的纵坐标差值Nn1-Nn是否全部一致；
如果一致则将(Pn1,Qn1)修正，另Pn2＝Pn1-Mn1+Mn，Qn2＝Qn1-Nn1+Nn；然后利用(Pn2,Qn2)执行步骤5；
如果不一致，则报错给工作人员，等待检修；
步骤5、将步骤4中的(Pn1,Qn1)或(Pn2,Qn2)带入水平标准曲线和高度标准曲线，求出每个点的在建筑物3坐标系中的实际坐标(Xn1,Yn1)，然后计算每个点的Cn＝Yn1-Yn；得到每个点的位置的沉降高度值，然后将Cn求平均得到平均沉降值；然后计算每个点的Dn＝Xn1-Xn；得到每个点的水平位移值，然后将Dn求平均得到平均平移值。
每次执行完步骤5后，当天不再进行监测，待第二天中午10点后重复步骤2。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种建筑物沉降长期监测***，其特征在于，包括分析模块、摄像模块(1)、基准桩(2)和建筑物(3)；摄像模块(1)包括基座、激光铅锤和摄像机，激光铅锤设置在基座上，摄像机设置在激光铅锤上，摄像机时刻保持和激光铅锤的垂直，以保证摄像机拍摄角度水平；摄像模块(1)和基准桩(2)设置在沉降影响范围之外，距离建筑物(3)100-300m；基准桩(2)的数量是两个以上，设置在摄像模块(1)和建筑物(3)之间，且基准桩(2)相距摄像模块(1)的距离不同，同时保证不同基准桩(2)在摄像模块(1)对建筑物(3)进行拍摄时可以出现在拍摄的图像(5)中，且不会互相遮挡；基准桩(2)设置有吸光标记(4)，建筑物(3)表面设置有多个吸光标记(4)；利用摄像模块(1)对建筑物(3)进行拍摄，分析模块获取摄像机拍摄的图像(5)，根据图像(5)计算基准桩(2)上的吸光标记(4)与建筑物(3)上的激光标记在拍摄得到的图像(5)中的间距，并根据间距判断建筑物(3)的沉降高度。
2.根据权利要求1所述的建筑物(3)沉降长期监测***，其特征在于，每个基准桩(2)上的吸光标记(4)为4个，且可以连接形成四边形；建筑物(3)表面设置有多个吸光标记(4)，吸光标记(4)遍布建筑物(3)的表面，建筑物(3)表面的吸光标记(4)之间的间隔是3-5m，吸光标记(4)分布随机，满足任意一个吸光标记(4)可以与其相邻的三个吸光标记(4)组成四边形即可。
3.根据权利要求1所述的建筑物(3)沉降长期监测***，其特征在于，吸光标记(4)为吸光涂料绘制的圆点，摄像模块(1)设置有滤光片，滤光片的透过波长与吸光涂料吸收波长相同，从而保证摄像机拍摄的图像(5)中吸光标记(4)的亮度最低。
4.根据权利要求1所述的建筑物(3)沉降长期监测***，其特征在于，激光铅锤包括一水平环(6)，水平环(6)中心设置一CCD(7)，水平环(6)下侧连接三根等长的连接线，连接线等间距连接在水平环(6)的下表面，且连接线的另一端互相连接形成节点，节点下侧设置一吊线，吊线下方设置一双孔激光发射器(8)；双孔激光发射器(8)向上发射两束激光，射入水平环(6)中心的CCD(7)，形成两个光斑；当水平环(6)处于水平位置时，两个光斑距离水平环(6)中心的距离相等，且两个光斑的连线穿过水平环(6)的中心；当水平环(6)倾斜时，两个光斑的位置发生变化；摄像机设置在水平环(6)上；摄像机根据水平环(6)CCD(7)获取的光斑的位置判断水平环(6)是否水平。
5.一种利用权利要求1-4任一项的监测***进行建筑物沉降长期监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、仪器标定步骤，在保证摄像模块(1)水平拍摄的情况下，首先以建筑物(3)面向摄像机的方向的平面为XOY平面，地面为X轴，建筑物(3)平面一个边缘为Y轴，测定建筑物(3)表面吸光标记(4)的中心点坐标(Xn,Yn)，其中n表示第n个吸光标记(4)，坐标轴的建立要保证Xn>且Yn>0；然后利用摄像机对建筑物(3)进行拍摄，获得标定图像(5)，并标定图像(5)进行处理，建立直角坐标系，得到标定图像(5)中的建筑物(3)吸光标记(4)的坐标(Pn,Qn)和基准桩(2)上的吸光标记(4)的坐标(Mn,Nn)；
然后建立Qn与Yn的高度标准曲线；即每计算出一个Qn就可以计算出一个Yn，既可以通过读取图像(5)中的Qn获得其对应的吸光标记(4)的高度；
然后建立Pn与Xn的水平标准曲线；即每计算出一个Pn就可以计算出一个Xn，既可以通过读取图像(5)中的Pn获得其对应的吸光标记(4)的水平位置，然后记录基准桩(2)上的吸光标记(4)的坐标(Mn,Nn)位置，从而完成标定；
步骤2、自检步骤，每天的中午10点至14点之间，激光铅锤激光发射器(8)发出激光，水平环(6)的CCD(7)接收激光照射，并获取激光照射光斑的位置，两个光斑距离水平环(6)中心的距离相等，且两个光斑的连线穿过水平环(6)的中心，则认为摄像机水平，且位置稳定，继续步骤3，如果不满足条件，则进行指示灯警报，然后继续监测CCD上的光斑位置，直到满足条件为止；
步骤3、图像(5)获取和处理步骤，摄像机拍摄建筑物(3)的图像(5)，并将图像(5)发送给分析模块；分析模块获取图像(5)后先进行降噪，然后执行反色处理，然后将图像(5)二值化，从而获得背景全黑，吸光标记(4)全白的图像(5)；然后分析模块计算每一个白色区域的中心点的坐标，从而得到建筑物(3)吸光标记(4)的坐标(Pn1,Qn1)和基准桩(2)上的吸光标记(4)的坐标(Mn1,Nn1)；
步骤4、坐标检测步骤：计算基准桩(2)上n个吸光标记(4)的坐标(Mn1,Nn1)和标定图像(5)中n个吸光标记(4)的坐标(Mn,Nn)之间是否相同；
如果相同则利用(Pn1,Qn1)直接进行步骤5；
如果不同：
则计算n个点的横坐标差值Mn1-Mn是否全部一致，以及n个点的纵坐标差值Nn1-Nn是否全部一致；
如果一致则将(Pn1,Qn1)修正，另Pn2＝Pn1-Mn1+Mn，Qn2＝Qn1-Nn1+Nn；然后利用(Pn2,Qn2)执行步骤5；
如果不一致，则报错给工作人员，等待检修；
步骤5、将步骤4中的(Pn1,Qn1)或(Pn2,Qn2)带入水平标准曲线和高度标准曲线，求出每个点的在建筑物(3)坐标系中的实际坐标(Xn1,Yn1)，然后计算每个点的Cn＝Yn1-Yn；得到每个点的位置的沉降高度值，然后将Cn求平均得到平均沉降值；然后计算每个点的Dn＝Xn1-Xn；得到每个点的水平位移值，然后将Dn求平均得到平均平移值。
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