[发明专利]一种基于惯导定位设备生成建筑模型的系统

权利要求书

1.一种基于惯导定位设备生成建筑模型的系统，其特征在于，包括惯性导航模块、信息处理与传输终端、数据采集与处理模块和建筑物三维模型重建模块；

所述惯性导航模块实时测量巡防人员的三维空间坐标，连续的三维空间坐标构成巡防人员的巡防轨迹；

所述信息处理与传输终端为数据采集与处理模块、建筑物三维模型重建模块和巡防记录数据提供用于存储数据的数据库；

所述数据采集与处理模块用于获得所巡防的建筑物外轮廓数据、楼层高度、楼层层数、建筑物内的重点设施的位置坐标和巡防轨迹数据并存储于信息处理与传输终端的数据库中；

数据采集与处理模块依据楼层高度和楼层层数，将重点设施的位置坐标和巡防轨迹坐标添加属于对应楼层的标识；

所述建筑物三维模型重建模块依据建筑物外轮廓数据、楼层高度、楼层层数、建筑物内的重点设施的位置坐标和巡防轨迹数据进行三维模型重建，三维模型中包含楼层底面轮廓、楼层墙体、内部重点设施以及巡防轨迹信息；

所述系统执行如下步骤生成建筑物三维模型：

步骤1，惯性导航模块通过无线网络与信息处理与传输终端建立通信连接；

步骤2，巡防人员在进行巡防任务时通过数据采集与处理模块将能够表示建筑物外轮廓的关键点坐标进行特殊标记，并将结果存储于信息处理与传输终端的数据库中；

步骤3，巡防人员按楼层依次进行巡防，期间通过数据采集与处理模块对内部重点设施的位置坐标进行特殊标记直至巡防结束，并将结果存储于信息处理与传输终端的数据库中；

步骤4，建筑物三维模型重建模块依据数据库中的数据获得所巡防的建筑物外轮廓数据、楼层高度、楼层层数、建筑物内的重点设施的位置坐标和巡防轨迹数据进行三维模型重建；

步骤5，巡防任务结束后，信息处理与传输终端将三维模型数据上传到远程服务器端进行存储，当对巡防过的建筑物进行救援任务时能够向远程服务器端下载三维模型数据，运用软件建模系统实时建立建筑物的三维模型，依据重建的三维模型结合惯性导航模块，当救援人员进行救援任务时能够实时掌握消防员在建筑物中的三维空间坐标；

步骤4包括如下步骤：

步骤4-1，建筑物外轮廓数据构成一个多边形，多边形的顶点有序集合为A＝{p₀,p₁,p₂,...,p_n}，p_n表示第n个顶点，n+1为顶点数量，计算集合为B＝A+{p_n+1,p_n+2}，其中p_n+1＝p₀，p_n+2＝p₁，通过公式遍历多边形相邻三个顶点p_h-1、p_h、p_h+1，判定p_h是凸顶点还是凹顶点，h取值为1～n+1，当s0时表示p_h是凸顶点，则继续遍历剩余的顶点，当遍历结束没有发现多边形中存在凹顶点时表示此多边形为凸多边形，执行步骤4-2；当s0时表示p_h是凹顶点，表示此多边形为凹多边形，执行步骤4-3；

步骤4-2，当多边形为凸多边形时，利用如下关系式求得多边形任意三个顶点p_i、p_j、p_k构成的三角形的权值w(p_i,p_k,p_j)：

其中x_i为顶点p_i的横坐标值，y_i为顶点p_i的纵坐标值，x_k为顶点p_k的横坐标值，y_k为顶点p_k的纵坐标值，x_j为顶点p_j的横坐标值，y_j为顶点p_j的纵坐标值；

设t[a][b]为凸多边形{p_a-1,p_a,...,p_b}的最优三角剖分所对应的权值函数值，即其最优值，1≤ab≤n，最优剖分包含三角形p_a-1p_cp_b的权，子多边形{p_a-1,p_a,...,p_c}的权，子多边形{p_c,p_c+1,...,p_b}的权之和，从而得到递推关系式：

利用递推关系式求得凸n+1边形P的最优权值t[1][n]如下所示：

t[1][n]＝min{t[1][c]+t[c+1][n]+w(p₀,p_c,p_n)|1≤c≤n}，

利用最优权值构造出凸多边形三角形序列；

步骤4-3，当多边形为凹多边形时，按照顶点顺序进行三角形判断，如果S0，表示三个顶点p_m-1、p_m、p_m+1具备构成三角形的条件，继续判断其他顶点是否存在于该三角形内，如果其他顶点不在这三个顶点构成的三角形内，判断该三角形是否在凹多边形顶点围成的边界内，如果三角形在凹多边形内，则该三角形就是最终划分的三角形之一，否则继续循环直到找到所有的三角形，循环结束输出三角形序列；

步骤4-4，利用生成的三角形序列生成建筑物楼层底面Mesh模型并进行纹理贴图；利用当前楼层高度、楼层层数数据和建筑物外轮廓数据构成的多边形进行三角剖分处理形成墙体Mesh模型并进行纹理贴图；从建筑物内的重点设施的位置坐标中检索出当前楼层的所有消防设施数据，依据消防设施的位置和类型在当前楼层模型中放置对应的消防设施模型；从巡防轨迹数据中检索出当前楼层的巡防轨迹，并在当前楼层模型中绘制出轨迹，至此单层楼层模型建立完成；

步骤4-5，通过步骤4-4的方法建立出所有楼层的模型，通过对所有单层楼层模型进行拼接处理从而建立出整个建筑物三维模型；

还包括三维建筑物展示模块，三维建筑物展示模块能够实现模型的放大、缩小、平移、旋转操作、单独楼层的显示和隐藏控制、单独楼层墙体显示和隐藏控制、单独楼层轨迹显示和隐藏控制、单独楼层内部重点设施显示和隐藏控制、内部重点设施分类统计和2D与3D视图相互切换。