[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

说明书

本发明公开一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，包括以下步骤：步骤一：BIM轴网提取与轴网中心计算；步骤二：点云切片与线特征提取；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。本发明可解决利用点云进行施工过程监测和变化检测所需要的点云与BIM模型坐标对齐问题。

技术领域

本发明涉及一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，属于建筑土木工程和激光测量技术领域。

背景技术

随着经济社会的快速发展，大型现代化城市建筑不断涌现，如商业综合体、会展中心、博物馆、火车站、航站楼、地下交通枢纽等。建筑信息模型building informationmodeling(BIM)作为一种新理念和和方法，可以满足建筑设计、施工、运营整个生命周期的建筑信息集成。BIM是指在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工和运营的过程和结果的总称。从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，BIM将各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，使得设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。

激光扫描技术作为一种新型测绘技术，为市政工程施工监测提供了新的数据源。地面三维激光扫描具有非接触测量、数据采样率高、高精度、高分辨率、全景化扫描等特点，可以大幅节约时间，降低成本。激光扫描可以实现真实场景的全景化呈现，对施工过程监测与质量评价具有重要意义。设计阶段的三维模型到施工、内部装修和运营阶段会产生很大变化，如何利用实测实量激光点云监测建筑施工过程，进行施工质量评价时一个亟需解决的问题。评价的核心是差异的比较，问题的关键是坐标对齐问题。表现在以下方面：

(1)施工现场会有很多施工设备和施工设施，这些可以完整的在点云中展示出来，但是在设计BIM模型中通常不存在；

(2)坐标配准的关键是找到同名点，然而从BIM模型和实测实量激光点云中找到同名点十分困难；

(3)质量检测的实质是差异的比较，差异比较的实现依赖于对齐基准的选择，如果采用左下角点对齐，则差异可能主要出现在右上角，如果采用中心对齐则差异分布在四周，因此运用实测实量点云进行施工监测，对齐基准的选择十分重要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于轴网的实测三维点云与 BIM模型坐标对齐方法，从而解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，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。