[发明专利]一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法

说明书

本发明公开了一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法，所述柱网的自动求解方法是基于自主开发的有限元分析模型，利用遗传算法，将不规则的柱网自动转换成规则的柱网，使其满足预期目标。所述有限元分析模型采用如下步骤构建：S1、利用三维激光对建筑进行扫描；S2、制作柱头标高处的切片；S3、通过数值滑块对轴线的位置进行初始化设定并生成轴线交点；S4、将求解目标设定为偏移距离的高斯和，将变量设定为所有数值滑块；S5、自定义平均偏移距离的临界值；S6、利用遗传算法自动尝试所有数值滑块可能的组合，以期高斯和最小；本发明可以适用于多种类型的建筑，并已通过内部测试，极大地方便了建筑遗产数字化记录的工作。

技术领域

本发明主要涉及建筑遗产测绘的数字化记录技术领域，具体涉及一种基于有限元分析模型的利用遗传算法进行自动求解的工作流。

背景技术

在建筑遗产测绘时，需要将采集到的数据进行数字化记录，包括建模和信息管理两方面内容。中国古建筑大多采用木柱承重，在进行现场勘察时往往存在柱根位移的情况，柱根的平面位置会沿着轴线随机分布，难以判断原始柱网的尺寸。如果柱的平面位置是随机分布的，那么梁、枋、檩的位置也会跟着随机分布，即“柱不正则梁歪，梁歪则檩斜”，整栋建筑的模型就会是一个不规则的模型，无法有效地进行数字化记录。

传统的数字化记录方式，是从测绘图出发，从二维到三维，绘制二维图的人往往不考虑三维模型，导致根据二维图进行三维建模时，许多节点都难以重合，存在偏差的问题。而柱网是所有建筑构件定位的基准，更需要科学合理的确定。传统的人工判别方式，不可追溯、不可复现，“一千次绘图产生一千种结果”，当涉及到多任务求解时，只能保证一个目标的合理，而难以估计其他目标。即，沿一条线随机分布的柱，可以通过求平均值的方式手动计算求解得出新的轴线；但全部柱同时计算求解出建筑的全部轴线，也就是柱网，用手动计算的方式是不可能完成的。因为需要多次迭代计算，将上一次计算得到的轴线作为已知量重新带入计算，重新修正结果，然后重复这个过程达到上千次或更多。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法，本发明可以根据测绘过程中获取的不规则柱网的点云数据，自动生成规则化的柱网，并根据预期目标进行优化；本发明提出新的工作流，即构建有限元分析模型，并采用遗传算法，自动进行多任务求解，只需要几分钟即可得到规则化的柱网，并且可以实时分析结果，如新旧轴网之间的平均偏移量、偏移量的极值分布，从而判断是否有数据缺失或数据偏差过大的情况，然后剔除不参与计算的柱的数据，进一步优化计算。

本发明采用如下技术方案实施：

一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法，所述柱网的自动求解方法是基于有限元分析模型，将不规则的柱网自动转换成规则的柱网，使其满足预期目标，所述有限元分析模型采用如下步骤构建：

S1、利用三维激光对建筑进行扫描获得现状点云数据；

S2、根据现状点云数据进行柱网中柱体切片拟合获现状质心，即坐标为C₀(x₀,y₀)；

S3、通过未知量的数值模块计算柱网内所有轴线的交点建立重建质心，即坐标为C₁(x₁,y₁)；

S4、计算重建质心和现状质心距离的高斯和；

S5、自定义重建质心和现状质心之间平均偏移距离的临界值e；

梁、檩条长度允许误差e₁为：±1/2000，将梁的最大长度设为10m，故该误差e₁为：

梁和檩条的施工误差e₂，该误差e₂允许值为：