倾斜摄影建模及建筑物变形监测方法研究

摘要：近年来，我国经济持续快速发展，经济总量稳居世界前二。为了提升人民群众的生活水平和便利程度，各大城市争相建设桥梁大坝、高铁隧道、综合商超等大型、超大型建筑。这些建筑在施工建设和使用维护阶段，受气候环境、地壳运动以及荷载变化等因素影响会出现微小的沉降或结构变化，如果不及时处理，这些微小形变经过日积月累超过一定限度时，就会给建筑物的安全运行带来隐患，威胁人民群众的生命财产安全。对建筑物进行持续、高精度和实时的变形监测是预防事故发生的有效手段，也是当前研究的热点。

关键词：倾斜摄影建模；建筑物变形监测；方法

引言

实景三维可以真实、立体、时序化地反映人类生产、 生活和生态空间的时空信息，是国家重要的新型基础设 施。 随着实景三维中国建设计划的不断推进，政府明确 了其目标、任务、分工以及要求。 伴随着经济和基础建 设的快速发展，越来越多的建筑物如雨后春笋般拔地而 起，为了确保工程在全生命周期的安全，需要对建筑物定 期进行整体或局部的变形监测。 通过构建倾斜摄影 精细化模型并利用同一建筑物两期的倾斜摄影模型特殊 点位对比，意在通过特征点数据变化来判定建筑物是否 发生形变、沉降等问题。无人机倾斜式摄影测量技术能够通过无人机大规模地收集目标表面数据，该技术具备数据资料收集效率高、搜集信息范围广、数据源精确度高、稳定性高以及智能化程度较高等优势，已被应用于地形图测量、实景三维模型等领域，通过测量地形图和实景三维模型等数据计算土方量。采用无人机倾斜摄影测量技术变形监测，与常规方法相比，其作业时间缩短，且无人机航测功能客观、真实，可以测出人员无法到达地方的数据，为土方计算工作提供更高质量、更高精度的数据支撑。

1倾斜摄影三维重建原理

倾斜摄影测量从二维图像转换为三维模型的基本过 程包括影像数据采集稀疏匹配及特征提取、光束法局域 网平差、影像密集匹配、三维 Mesh 模型表面重建及纹理 映射等过程。影像数据采集主要包括测区资料收集及现场勘察、无人机的选备、航线规划及相关参数设定等步骤。 而倾斜镜头的选择与航摄参数的设定是满足影像的质量与完整性的重要因素。 相机在运动的过程中有若干个不同的位置和姿态，寻找其所拍摄图像中的三维视觉模型中的特征点以及得出不同影像相同特征点的对应关系就是特征点的提取与匹配。 通过对特征点周围的图像信息（特征描述子）进行编码，根据描述子的差异判断哪些特征为同一个点，从而确定特征点的位置、大小、方向等信息，以此形成空三连接点。

2倾斜摄影建模技术应用

2.1地面激光扫描技术

TLS系统主要包括3个部分：扫描头系统、控制器系统和计算机系统。其中，扫描头系统组成部分主要为激光发射与接收器、水平和垂直反射棱镜、马达控制可旋转滤光镜、电池和相应配套的软件等；控制器系统组成部分主要为计算机总线、扫描模块和距离测量模块等，该系统以计算机总线为主导控制扫描和距离2个模块，以便达到控制系统正常运行的目的；计算机系统组成部分为CPU和数据存储器，该系统通过计算机与扫描仪连接，并通过数据处理软件发出工作指令控制仪器运行，将获取的数据信息存储在计算机内。

2.2航线规划

进入平台软件，点击“规划”，选择所需的路线规划方式，设置无人机参数，如飞行高度、航速及拍摄模式等，选择定距拍摄，完成动作为返航；设置相机参数，如照片比例、白平衡、测光模式及云台角度等；设置重叠率大小；再检查返航高度及位置，校准惯性测量单元（IMU）及指南针。待参数设置后，根据测区范围设置飞行区域，软件会自动生成航线，再点击黄色航线方向，调整飞行方向。最后再次检查遥控器无人机各项飞行参数是否正常，确认无误后点击“调用”开始任务。

2.3数据处理

打开软件中组件，点击新建工程，弹出新工程创建对话框，填入工程名，选择工程目录，点击“影像”选项卡，添加影像和目录，选择影像所在的文件夹，点击“添加”。由于RTK无人机在拍摄过程中已经将位置姿态以及相机参数等信息写入每一张影像中，因此无需进行POS信息导入、相机参数设置等操作。

3建筑物变形监测方法分析

3.1编制监测方案

在编制监测方案时，需要明确监测的目标。建筑物变形监测的目标通常包括结构稳定性、地基沉降、裂缝扩展等方面。因此，在编制方案时应该明确所关注的具体指标，并根据这些指标确定相应的检测方法和设备。选择适当的监测方法也是非常重要的。常用的建筑物变形监测方法包括全站仪法、全息干涉法、位移传感器法等。不同的方法有其各自的优势和适用范围，因此在选择时需要综合考虑各种因素，如精度要求、成本预算以及实际可行性等。另外，在编制方案时还需要确定监测的周期。监测周期应根据具体情况确定，一般可以分为长期监测和短期监测。长期监测可以更全面地了解建筑物的变形情况，而短期监测则可以更及时地掌握建筑物的变化趋势。在确定监测周期时，还需考虑到设备维护保养和数据处理等因素。在编制方案时还需要考虑实际操作中可能遇到的问题，并提前做好相应的预案。例如，在进行建筑物变形监测时可能会受到环境因素的影响，如天气、温度等。因此，需要在方案中考虑这些因素，并制定相应的应对措施，确保监测工作的顺利进行。

3.2合理设置水准基点、沉降观测点

水准基点主要用于确定相对高程，即用确定各个观测点之间的相对位置关系。在选择水准基点时，需要考虑到其稳定性和可靠性。一般而言，选取具有较好地质条件、土壤类型均匀且稳定的区域作为水准基点更加合适。同时，在设置水准基点时还需要考虑到周围环境因素的影响，例如是否受到地下管线等因素的干扰。沉降观测点主要用于实时记录建筑物沉降情况，并提供变形数据以进行分析和判断。在选择沉降观测点时，需要综合考虑地质条件、土壤类型以及建筑物的结构特征等因素。一般而言，选择具有较好地质条件和土壤稳定性的区域作为沉降观测点更为合适。此外，在设置沉降观测点时，还需要注意观测点的布置密度和位置选择。观测点的布置密度应根据建筑物的大小和形状确定，对于大型高层建筑物，可以适当增加观测点的数量以提高监测精度。同时，在选择观测点的位置时，需要考虑到建筑物变形分布情况和结构特点，并避免设置在可能受到干扰或影响较大的区域。

3.3沉降观测结果处理

建筑物变形监测技术是为了确保建筑物的结构稳定性和安全性而进行的一项重要工作。其中，沉降观测是一种常用的监测手段，在长期使用过程中，通过对建筑物基础下沉情况进行观察和记录，可以及时发现并解决潜在的问题。然而，仅仅完成沉降观测还远远不够，还需要对所得到的数据进行进一步处理和分析。进行数据清洗是非常必要的。由于各种原因可能引起数据产生误差或异常值，在进行后续分析前需要对这些数据进行识别和剔除。这样可以减少错误对最终结果产生的影响，提高分析的准确性；异常值检测也是一个关键步骤。通过比较观测数据与正常范围的差异，可以发现是否存在异常情况。及时发现并处理这些异常值，可以减少后续分析的干扰，从而更准确地评估建筑物的变形情况。另外，趋势分析也是处理沉降观测结果的重要步骤之一。通过对时间序列数据进行统计和分析，可以揭示出建筑物变形的趋势和规律。这有助于判断建筑物是否存在持续性的沉降问题，以及预测未来可能出现的变形情况。在监测过程中，可以根据趋势分析的结果做出相应调整和决策，保障建筑物结构的稳定性和安全性。

结束语

本文了分析倾斜摄影建模及建筑物变形监测方法，可以确保建筑结构安全、提前预警灾害风险以及优化结构维护管理等方面。同时，建筑变形监测方法主要有大地测量、摄影测量和物理传感器测量等，在进行具体变形监测任务时，需要编制详细监测方案，合理设置水准基点和沉降观测点，并根据需求确定监测精度要求和观测周期，做好观测数据进行处理，并为类似研究提供借鉴。

参考文献

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