[發明專利]一種基于軸網的實測三維點云與BIM模型坐標對齊方法

在審

• 申請號: 202111590117.6
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114329705A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 楊帆;王泉凱;劉羽;王英利;張馳;錢鵬
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開一種基于軸網的實測三維點云與BIM模型坐標對齊方法，包括以下步驟：步驟一：BIM軸網提取與軸網中心計算；步驟二：點云切片與線特征提取；步驟三：非軸網對應線段剔除，剔除偏離被選軸線的線段，保留能夠與被選軸線對應的線段，得到軸網對應線段集合；步驟四：軸網對應線段規則化，對保留的軸網對應線段集進行規則化，延長規則化之后的直線段，形成封閉的矩形框，計算中心坐標和象限角；步驟五：中心齊次坐標變換，根據軸網中心的位姿與點云提取的軸網對應線段提取的矩形中心，通過剛體變換改變原始點云的位置和方向，實現兩種模型的坐標對齊。本發明可解決利用點云進行施工過程監測和變化檢測所需要的點云與BIM模型坐標對齊問題。

技術領域

本發明涉及一種基于軸網的實測三維點云與BIM模型坐標對齊方法，屬于建筑土木工程和激光測量技術領域。

背景技術

隨著經濟社會的快速發展，大型現代化城市建筑不斷涌現，如商業綜合體、會展中心、博物館、火車站、航站樓、地下交通樞紐等。建筑信息模型building informationmodeling(BIM)作為一種新理念和和方法，可以滿足建筑設計、施工、運營整個生命周期的建筑信息集成。BIM是指在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工和運營的過程和結果的總稱。從建筑的設計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結，BIM將各種信息始終整合于一個三維模型信息數據庫中，使得設計團隊、施工單位、設施運營部門和業主等各方人員可以基于BIM進行協同工作，有效提高工作效率、節省資源、降低成本、以實現可持續發展。

激光掃描技術作為一種新型測繪技術，為市政工程施工監測提供了新的數據源。地面三維激光掃描具有非接觸測量、數據采樣率高、高精度、高分辨率、全景化掃描等特點，可以大幅節約時間，降低成本。激光掃描可以實現真實場景的全景化呈現，對施工過程監測與質量評價具有重要意義。設計階段的三維模型到施工、內部裝修和運營階段會產生很大變化，如何利用實測實量激光點云監測建筑施工過程，進行施工質量評價時一個亟需解決的問題。評價的核心是差異的比較，問題的關鍵是坐標對齊問題。表現在以下方面：

(1)施工現場會有很多施工設備和施工設施，這些可以完整的在點云中展示出來，但是在設計BIM模型中通常不存在；

(2)坐標配準的關鍵是找到同名點，然而從BIM模型和實測實量激光點云中找到同名點十分困難；

(3)質量檢測的實質是差異的比較，差異比較的實現依賴于對齊基準的選擇，如果采用左下角點對齊，則差異可能主要出現在右上角，如果采用中心對齊則差異分布在四周，因此運用實測實量點云進行施工監測，對齊基準的選擇十分重要。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種基于軸網的實測三維點云與 BIM模型坐標對齊方法，從而解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于軸網的實測三維點云與BIM模型坐標對齊方法，包括以下步驟：

步驟一：BIM軸網提取與軸網中心計算，從BIM模型中導出坐標軸網，提取典型的東西南北四條軸線，通常選擇標定內墻的四條軸線，根據提取四條軸線的坐標值計算軸網中心和象限角；

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

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

步驟四：軸網對應線段規則化，對保留的軸網對應線段集進行規則化，延長規則化之后的直線段，形成封閉的矩形框，計算中心坐標和象限角；

步驟五：中心齊次坐標變換，根據軸網中心的位姿與點云提取的軸網對應線段提取的矩形中心，通過剛體變換改變原始點云的位置和方向，實現兩種模型的坐標對齊，算法結束。