[发明专利]一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法

权利要求书

1.一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：BIM轴网提取与轴网中心计算，从BIM模型中导出坐标轴网，提取典型的东西南北四条轴线，通常选择标定内墙的四条轴线，根据提取四条轴线的坐标值计算轴网中心和象限角；

步骤二：点云切片与线特征提取将垂直定向的激光扫描点云按照Z轴方向进行多层切片，选择其中的若干层切片投影到XOY平面，并进行线特征提取，得到平面线特征集合；

步骤三：非轴网对应线段剔除，剔除偏离被选轴线的线段，保留能够与被选轴线对应的线段，得到轴网对应线段集合；

步骤四：轴网对应线段规则化，对保留的轴网对应线段集进行规则化，延长规则化之后的直线段，形成封闭的矩形框，计算中心坐标和象限角；

步骤五：中心齐次坐标变换，根据轴网中心的位姿与点云提取的轴网对应线段提取的矩形中心，通过刚体变换改变原始点云的位置和方向，实现两种模型的坐标对齐，算法结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，其特征在于，所述步骤二中点云切片与线特征提取的具体实现步骤为：

2.1、首先对定向点云进行切片，即沿着Z轴方向，根据给定的切片厚度，采用一组平行平面对实测激光点云进行分割，将分层后的点云投影到相应的参考平面上形成轮廓式的点云切片；

设实测激光点云P＝{p₁，p₂，…，p_n}，p_i＝{x，y，z}∈R³，点云的坐标范围可以记为(x_min，y_min，z_min)～(x_max，y_max，z_max)；

假设沿着Z轴方向进行分层分割，设置切片厚度z_thickness；

采用投影平面法将分层后的点云生成切片，对每一个分层，定义其中间位置为该层的投影参考面，将该层内所有的数据点投影至该参考面形成点云切片。每层的参考面的计算公式如下

式中，z_i表示第i层的投影参考面，平面的法向量指向Z轴正方向，z_min表示最低层切片投影参考面的z值；

2.2、在Z方向大致均匀的选择多个切片投影到XOY平面形成融合的点云切片P_s，采用双半径阈值线追踪方法提取线特征；算法采用了两个距离阈值，距离阈值d₁的作用是加快搜索速度；

算法步骤如下：

2.2.1、构建点云切片的KD树；

2.2.2、随机选择一个点(非分支点，未访问)，对点搜索其d₂半径范围内的近邻点，根据近邻点集合Q计算点云的PCA主方向；沿着主方向进行搜索，接着沿着主方向的逆方向进行搜索；

2.2.3、遍历半径d₂内的近邻点，获取所有到当前点的距离大于d₁的点，判断点集中与主方向夹角小于Δθ(如采用角度阈值为10°)，并将夹角最小的点作为新的当前点加入线段分支，加入分支的点标记为节点，小于d₁的点全部标记为已访问；

2.2.4、直到没有满足条件的近邻点，将两条沿相反方向搜索的线段合并，返回该线段；

2.2.5、重复步骤(2.2.2)-(2.2.4)，直到所有的切片点都被标记为已访问和分支点。