[發(fā)明專利]一種基于軸網(wǎng)的實(shí)測三維點(diǎn)云與BIM模型坐標(biāo)對齊方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111590117.6
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114329705A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊帆;王泉凱;劉羽;王英利;張馳;錢鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

1.一種基于軸網(wǎng)的實(shí)測三維點(diǎn)云與BIM模型坐標(biāo)對齊方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：BIM軸網(wǎng)提取與軸網(wǎng)中心計(jì)算，從BIM模型中導(dǎo)出坐標(biāo)軸網(wǎng)，提取典型的東西南北四條軸線，通常選擇標(biāo)定內(nèi)墻的四條軸線，根據(jù)提取四條軸線的坐標(biāo)值計(jì)算軸網(wǎng)中心和象限角；

步驟二：點(diǎn)云切片與線特征提取將垂直定向的激光掃描點(diǎn)云按照Z軸方向進(jìn)行多層切片，選擇其中的若干層切片投影到XOY平面，并進(jìn)行線特征提取，得到平面線特征集合；

步驟三：非軸網(wǎng)對應(yīng)線段剔除，剔除偏離被選軸線的線段，保留能夠與被選軸線對應(yīng)的線段，得到軸網(wǎng)對應(yīng)線段集合；

步驟四：軸網(wǎng)對應(yīng)線段規(guī)則化，對保留的軸網(wǎng)對應(yīng)線段集進(jìn)行規(guī)則化，延長規(guī)則化之后的直線段，形成封閉的矩形框，計(jì)算中心坐標(biāo)和象限角；

步驟五：中心齊次坐標(biāo)變換，根據(jù)軸網(wǎng)中心的位姿與點(diǎn)云提取的軸網(wǎng)對應(yīng)線段提取的矩形中心，通過剛體變換改變原始點(diǎn)云的位置和方向，實(shí)現(xiàn)兩種模型的坐標(biāo)對齊，算法結(jié)束。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸網(wǎng)的實(shí)測三維點(diǎn)云與BIM模型坐標(biāo)對齊方法，其特征在于，所述步驟二中點(diǎn)云切片與線特征提取的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

2.1、首先對定向點(diǎn)云進(jìn)行切片，即沿著Z軸方向，根據(jù)給定的切片厚度，采用一組平行平面對實(shí)測激光點(diǎn)云進(jìn)行分割，將分層后的點(diǎn)云投影到相應(yīng)的參考平面上形成輪廓式的點(diǎn)云切片；

設(shè)實(shí)測激光點(diǎn)云P＝{p₁，p₂，…，p_n}，p_i＝{x，y，z}∈R³，點(diǎn)云的坐標(biāo)范圍可以記為(x_min，y_min，z_min)～(x_max，y_max，z_max)；

假設(shè)沿著Z軸方向進(jìn)行分層分割，設(shè)置切片厚度z_thickness；

采用投影平面法將分層后的點(diǎn)云生成切片，對每一個分層，定義其中間位置為該層的投影參考面，將該層內(nèi)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)投影至該參考面形成點(diǎn)云切片。每層的參考面的計(jì)算公式如下

式中，z_i表示第i層的投影參考面，平面的法向量指向Z軸正方向，z_min表示最低層切片投影參考面的z值；

2.2、在Z方向大致均勻的選擇多個切片投影到XOY平面形成融合的點(diǎn)云切片P_s，采用雙半徑閾值線追蹤方法提取線特征；算法采用了兩個距離閾值，距離閾值d₁的作用是加快搜索速度；

算法步驟如下：

2.2.1、構(gòu)建點(diǎn)云切片的KD樹；

2.2.2、隨機(jī)選擇一個點(diǎn)(非分支點(diǎn)，未訪問)，對點(diǎn)搜索其d₂半徑范圍內(nèi)的近鄰點(diǎn)，根據(jù)近鄰點(diǎn)集合Q計(jì)算點(diǎn)云的PCA主方向；沿著主方向進(jìn)行搜索，接著沿著主方向的逆方向進(jìn)行搜索；

2.2.3、遍歷半徑d₂內(nèi)的近鄰點(diǎn)，獲取所有到當(dāng)前點(diǎn)的距離大于d₁的點(diǎn)，判斷點(diǎn)集中與主方向夾角小于Δθ(如采用角度閾值為10°)，并將夾角最小的點(diǎn)作為新的當(dāng)前點(diǎn)加入線段分支，加入分支的點(diǎn)標(biāo)記為節(jié)點(diǎn)，小于d₁的點(diǎn)全部標(biāo)記為已訪問；

2.2.4、直到?jīng)]有滿足條件的近鄰點(diǎn)，將兩條沿相反方向搜索的線段合并，返回該線段；

2.2.5、重復(fù)步驟(2.2.2)-(2.2.4)，直到所有的切片點(diǎn)都被標(biāo)記為已訪問和分支點(diǎn)。