CN102867074A - 在建筑物中放置全站仪的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在建筑物内部施工现场中定位位置确定装置以提供对所述内部施工现场中多个施工点的视线访问的方法，包括通过计算机系统访问所述现场的三维模型，所述模型包含所述现场中将用位置确定装置定位的施工点的坐标。所述方法进一步包括通过所述计算机系统确定用于放置位置确定装置的位置，其中所述现场处没有障碍物阻碍所述位置确定装置对所述多个施工点的视线访问。所述方法可以进一步包括通过所述计算机系统接收空间数据，以及通过所述计算机系统基于所述空间数据导出所述三维模型。所述位置确定装置可以包括机器人全站仪或其它这种装置。所述方法在计算机系统上实施。一种非暂态计算机可读存储媒体具有实施于其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在执行时使计算机系统实施所述方法。

Description

在建筑物中放置全站仪的方法

相关申请的交叉引用

无。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

不适用。

背景

在一些建筑项目期间，例如从施工中的大型建筑物内部扩建，或修缮老旧建筑物时，参照建筑物信息模型(BIM)数据极为有用。如果可获得，那么这种数据在三维上界定建筑物结构，包含内部，且这种数据的使用通过促进了各个建筑物建筑部件和固定装置的定位和放置，增加了建筑工人的生产率。通常，建筑物的BIM模型在建筑物施工完成之后仍保留，并且可以在建筑物的整个使用寿命内使用，以用于施工、扩建和维修目的。BIM模型界定建筑物几何结构、空间关系和建筑物各组件的工程量和性质。

在新建造或修缮期间，能够在建筑物内部在三维上快速定位各个施工点极其有用。当建筑物内部完工时，将连接器、固定器等附接到地板、天花板和建筑物内的其它结构，并使用动力锯和钻机进行切割和钻孔。所有这些动作必须在建筑物内部预先确定的、精确界定的位置进行。举例来说，使用射钉枪、动力锯、粉末锚定工具等来在较少错误下射钉、切割、安装紧固件和在建筑物内的预定地点执行其它操作。另外，必须恰当定位和安装大量电力、管道和HVAC组件。在画草图的时候，必须快速定位所有这些建筑物部件的施工点，且要相对于周围墙壁、天花板和地板具有相当的精确度。通常，需要大量时间和精力来在这种施工现场布置许多施工点。需要成队的工人来测量并标记下预先确定的位置。应了解，这个过程会发生因为测量失误和误差累积导致的错误。另外，这个布置过程的成本和执行布置过程所需的时间都很多。

已经用更为自动化的方式，例如，通过使用安置在建筑物内的机器人全站仪装置，完成了建筑物内部施工现场的施工点的布置。全站仪安置在固定的已知位置，并引导激光束到达期望位置。所述光束可以照亮地板、天花板或墙壁的一点处，或者可以将所述光束引导到一个目标，例如反光性目标，并从所述目标反射。通过测量光束从全站仪到表面或目标然后返回全站仪的行进时间，可以确定出到目标的距离。同样已知光束到目标的方向方位。因为知道全站仪的维度坐标，所以可以容易地确定目标的维度坐标。可以将一个或多个反光性元件安置在工具上，以便可以确定所述工具相对于建筑物内部的位置和方位。或者，全站仪可以简单地引导可见激光束来照亮墙壁、天花板、地板或其它建筑物元件上将要执行建造操作的预定点。

然而，应了解，通常必须在建筑物内部施工现场定位大量施工点。在施工中的建筑物内部区域定位机器人全站仪，使其处于待定位的所有施工点的视线范围内，这可能具有难度。用户经常会发现，选择用于安置机器人全站仪的位置会导致一些施工点被柱子、墙壁或建筑物的其它内部特征结构挡住。反复重新安置机器人全站仪以避开障碍物并不方便，并且会降低布置过程中可以通过使用所述装置而获得的效率增益。

概述

一种用于在建筑物内部施工现场中定位位置确定装置以提供对内部施工现场中多个施工点的视线访问的方法，包括通过计算机系统访问现场的三维模型，所述模型包含所述现场中将用位置确定装置定位的施工点的坐标。所述方法进一步包括通过所述计算机系统确定供放置位置确定装置的位置，其中如在所述三维模型中所界定，在所述现场没有障碍物会阻碍所述位置确定装置对所述多个施工点的视线访问。所述方法可以进一步包括：通过所述计算机系统接收空间数据；以及通过所述计算机系统基于所述空间数据导出三维模型。位置确定装置可以包括机器人全站仪或其它这类装置。

所述方法可以进一步包括：通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了机器人全站仪对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问；以及通过所述计算机系统产生可以定位第二机器人全站仪的第二位置，以便从一个或两个所述机器人全站仪提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

所述方法可以进一步包括：通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述机器人全站仪对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问；以及通过所述计算机系统产生可以定位额外机器人全站仪的额外位置，以便从一个或多个所述机器人全站仪提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

一种用于执行此方法的计算机系统包括用于存储建筑物内部施工现场的三维模型的存储器以及连结到所述存储器的处理器。所述处理器经配置以执行所述方法的步骤，包括：访问内部施工现场的三维模型；确定用于在所述现场放置位置确定装置的位置；以及确定用于放置位置确定装置的位置，其中在所述现场没有障碍物会阻碍所述位置确定装置对内部施工现场中多个施工点的视线访问。所述处理器可以经配置用于通过计算机系统接收空间数据，以及通过计算机系统基于所述空间数据导出三维模型。

一种非暂态计算机可读存储媒体具有实施在其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在执行时使计算机系统实施用于在建筑物内部施工现场中定位位置确定装置以提供对所述内部施工现场中多个施工点的视线访问的方法。

附图简述

图1是描绘施工中的建筑物的视图；

图2是根据本文所述实施方案使用的示例性计算机系统的方框图；

图3是描绘根据本文所述实施方案的方法的流程图；以及

图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是用于解释图3的方法的建筑物内部施工现场的平面图。

详细描述

图1描绘施工中的建筑物11。每个楼层都是内部施工现场，各建筑物结构、组件和固定装置必须安置于其中。在布置建筑物每个楼层的内部时，有必要定位大量施工点，在这些施工点处执行各种操作或定位建筑物组件。使用动力工具和手动工具来安装紧固件、钉子，和类似装置，并且在预定施工点切割各个结构组件，例如建筑物的地板、墙壁和天花板，并在其中钻孔。也使用非动力工具来执行许多功能，例如使用铁扫描仪(ferrous scanner)检测钢筋和立柱的位置。

过去，工人常常要经历耗时的布置过程，在执行切割、固定和步骤之前测量并标记出将要操作工具(例如动力工具)的各个施工点。这个布置操作已经通过使用机器人全站仪而得到改善，机器人全站仪能够将激光束投射到施工点，从而照亮施工点处的表面或照亮可以在内部施工现场中移动到施工点的反光性目标。机器人全站仪系统通常会结合定义建筑物信息模型(BIM)的数据库来工作，所述模型并入有建筑物几何结构、空间关系和各建筑物组件的工程量和性质。尽管以下描述是基于使用一个或多个全站仪，但应理解，本方法可同样应用于需要视线访问以定位建筑物内部的施工点的其它类型位置确定装置。举例来说，可购得一种位置确定系统，其中激光发射器投射出多条不平行的扇形激光束，并绕着大体垂直通路连续旋转这些光束。连续感测每个扇形光束的照明的光束传感器提供输出信号，从而允许确定传感器相对于发射器位置的位置。

图1展示安置在施工中的建筑物11的各楼层上的机器人全站仪18、20、22和24。如上所述，使用所述机器人全站仪来确定由例如BIM模型的三维数据库界定的施工点坐标。将每个全站仪安置在建筑物水平面上的预定点处，然后操作所述全站仪以引导其激光束照亮施工点或施工点处的目标。这种机器人全站仪可以为可购自TrimbleNavigation Limited的类型，其追踪一个或多个反光性目标。全站仪接收反射光，并测量光束运行时间。机器人全站仪能够从这个数据计算出目标的三维坐标。

应了解，建筑物的每个水平面包含许多障碍物，例如柱子、墙壁、管子、管道、各类设备和固定装置，这些障碍物将有效地阻挡机器人全站仪将其光束引导到建筑物那一水平面处的一些区域所需的视线访问。举例来说，建筑物顶层的柱子25将遮挡住顶层的一些区域，使得这些区域见不到机器人全站仪24的参考光束。如果相关施工点位于那些被遮挡住的区域中，那么可能有必要将机器人全站仪24移动到顶层上的新位置。这又需要机器人全站仪精确地安置在此新位置，从而减慢了布置过程。

在本发明方法中，通过在将机器人全站仪设置并定位在内部建筑物施工现场之前确定在所述施工现场处向施工点提供极好视线的位置，从而在可能的情况下消除多次设置全站仪的需要，而解决了此难处。这个方法涵盖将机器人全站仪定位在建筑物的内部施工现场中，以通过用计算机系统访问内部施工现场的三维模型提供对所述现场中多个施工点的视线访问。所述模型包含所述现场中将用机器人全站仪定位的施工点的坐标。所述方法进一步涵盖通过计算机系统确定用于放置机器人全站仪的位置，其中在所述现场处没有障碍物会阻碍机器人全站仪对多个施工点的视线访问。应了解，基于内部施工现场和其障碍物的几何结构以及各个施工点的位置，可能在施工现场无法获得能够对所有施工点进行视线访问的单一位置。在这些情况下，所述方法涵盖确定可以放置机器人全站仪或第二机器人全站仪以提供对所有施工点的访问的第二点。在一些情况下，可能需要提供用于机器人全站仪或工作台或额外机器人全站仪的额外位置以便覆盖所有施工点。

图2展示可用以实践此方法的计算机系统100。应了解，计算机系统100是仅作为实施例呈现的，且实施方案可以在许多不同计算机系统中操作，这些计算机系统包含通用计算机系统、嵌入式计算机系统、便携式计算机系统、手提式计算机系统和独立计算机系统。计算机系统100包含：地址/数据总线101，其用于在各个组件之间传达数字信息；中央处理器单元(CPU)102，其用于处理数字信息和指令；易失性主存储器103，其包括用于存储数字信息和指令的易失性随机访问存储器(RAM)；以及非易失性只读存储器(ROM)104，其用于存储更为持久的信息和指令。

所述方法通过计算机系统100执行计算机可读指令120来实施，所述计算机可读指令120存在于易失性主存储器103中，易失性主存储器103使处理器102和/或计算机系统100的其它组件执行所述指令。应注意，计算机可读且可执行指令120可以存储在易失性存储器103、数据存储装置105或外部存储装置(未图示)中。此外，计算机系统100还可以包含用于存储大量数据的数据存储装置105(例如，磁性驱动器、光学驱动器、软式驱动器或磁带驱动器等)。应注意，数据存储装置105包括或可以容纳可移除式数据存储装置。可移除式存储装置的一些非限制性实施例包含数字通用光盘(DVD)以及紧密光盘只读存储器(CD-ROM)。应了解，计算机可读且可执行指令120还可以存储在这种可移除式计算机可读存储媒体中。

视情况连结到计算机系统100的装置包含：显示装置106，其用于向计算机用户显示信息；字母数字输入装置107，例如，键盘；以及光标控制装置108，例如，鼠标、轨迹球、光笔等，其用于输入数据、进行选择和更新。计算机系统100还可以包含用于发出声音信号的机构(未图示)。

可选用的显示装置106可以是液晶装置、阴极射线管或适于建立可由用户辨认出的图形图像和字母数字字符的其它显示装置。可选用的光标控制装置108可以使计算机用户能够用信号指示例如光标的可视符号在显示装置106的显示屏上的二维移动。光标控制装置108的许多实施方案在本领域中是已知的，包含轨迹球、鼠标、触控板、操纵杆或字母数字输入107上能够用信号指示给定方向上的移动的特殊键。或者，可以使用特殊键和键序列命令通过来自字母数字输入107的输入来引导或启动光标。另外，可以通过来自多种特殊调试的光标引导装置的输入来引导或启动光标。

另外，计算机系统100可以包含例如接口109的输入/输出(I/O)信号单元，其用于与例如计算机网络、调制解调器或大容量存储装置的周边装置110通过接口连接。因此，计算机系统100可以连结在网络中，例如连结在客户端/服务器环境中，由此使用多个客户端(例如，个人计算机、工作站、便携式计算机、微型计算机或终端)来运行用于执行期望任务的处理。

现在参看图3其为描绘根据本文所述实施方案的方法的流程图。这个方法涵盖在建筑物内部施工现场中定位例如机器人全站仪的位置确定装置，以提供对内部施工现场中的多个施工点的视线访问。应了解，其它位置确定装置也可能要求对内部施工现场中的施工点的无障碍访问，且这个方法还可以有利地与这种其它装置一起使用。如300处所指示，初始步骤是通过计算机系统访问内部施工现场的三维模型，所述模型包含所述现场中将用位置确定装置定位的施工点的坐标。可以用计算机系统接收空间数据；其中所述三维模型是由所述计算机系统基于所述空间数据导出的。

接下来，如302处所指示，通过计算机系统确定用于放置位置确定装置的位置。希望所述现场处没有障碍物阻碍机器人全站仪对多个施工点的视线访问。在304处对此进行检查，且如果没有受妨碍的施工点，那么所述过程完成。应了解，此检查是三维检查，其中在三维中确定全站仪的放置时，考虑到任何障碍物的高度和施工点的高度。如果一个或多个施工点受妨碍，那么可以通过计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了位置确定装置对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问，此结果被显示给操作者。在306处，通过计算机系统确定用于放置位置确定装置的第二位置。目的在于可以将第二位置确定装置定位在第二位置，以便从一个或两个位置确定装置提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。换句话说，一起使用两个机器人全站仪或类似装置确保可以定位所有施工点。在308处对此进行检查，且如果使用两个位置确定装置可以访问所有施工点，那么所述过程完成。然而，如果即使使用在两个位置处的两个位置确定装置仍有一些施工点被障碍物阻挡，那么在310处，在另一位置定位额外位置确定装置。在312处，检查有无受妨碍的施工点，并且重复所述过程，直到从至少一个位置确定装置可以视线访问所有施工点为止。

此过程由计算机系统执行，例如图2的示例性计算机系统，其中处理器102的操作基于存储在存储器中的建筑物内部施工侧的三维模型来执行上述各步骤。三维模型将基于从计算机接收的界定施工现场布置的空间数据来导出。处理器的操作可以受存储在存储器120中的一系列可执行指令控制，并且可以在上面实施有计算机可读指令的非暂态计算机可读存储媒体上提供给计算机系统。所述非暂态计算机可读存储媒体可以是任何这种媒体，例如上文所述的媒体。

现在参看图4A、图4B、图4C、图4D和图4E，其为内部建筑物施工现场的一部分的平面图。在图4A中，将监控多个施工点(TPs)，即TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6以及TP7。存在两个潜在障碍物410和411，其可能会阻止机器人全站仪420沿着视线路径访问这些施工点中的一些施工点。如图4A所示，全站仪420在三维模型中可以放置在位置X处。全站仪420的视野使得其可以看到TP1和TP2，但全站仪420与TP3和TP4之间的视野受到410的妨碍。同样，从420到TP5、TP6和TP7的距离超出全站仪420的操作范围也可能是这种情况。然而，全站仪通常具有适当范围来应对几乎最大型建筑物内部的操作。

在图4B中，工作台420展示于第二位置中，即位置X+1。描绘了从位置X+1到各个施工点的视野。应注意，到TP1的视野不受妨碍，但到TP2的视野受到妨碍。另外，当位于位置X+1处时，工作台420对于TP3、TP4、TP5和TP6具有清晰视野。到TP7的距离超出工作台420的范围。

在图4C中，第二机器人全站仪421放置在三维模型中位置Y处。工作台421从位置Y到各个施工点的视野使得TP1受到410妨碍，且TP7受到411妨碍。然而，全站仪421对于TP2、TP3、TP4、TP5和TP6具有清晰视野。

在图4D中，将第二机器人全站仪移动到第二位置Y+1。从位置Y+1处的工作台421到TP3、TP4、TP5、TP6和TP7的视野是清晰的。然而，在任何情况下，到TP1和TP2的视野超出了工作台421的范围，且到TP1的视线受到410妨碍。

图4E描绘将工作台420安置在位置X，且将工作台421安置在位置Y+1。这个配置允许系统用一个或两个工作台420和421来定位所有施工点。然后，系统可以指派位置X为用于工作台420的位置，且指派位置Y+1为用于工作台421的位置。如果两个机器人全站仪的所有可能位置组合都不能提供对所述现场的充分覆盖，那么系统将添加额外位置，直到实现对所述现场处的施工点的规定水平的覆盖。应了解，机器人全站仪或工作台的多个可能位置可以提供对建筑物内部施工现场的可接受覆盖。在这些情况下，系统可以基于各种标准提议一个或多个位置，并且允许操作者根据需要变换位置。应注意，当确定用于放置机器人全站仪的位置时，机器人全站仪的视野在三维模型中的表示可以看作球体(例如，范围和视野)。为了易于理解，已经呈现图4A到图4E的二维表示。

可以使用其它配置来确定建筑物内部施工现场中的施工点的位置。举例来说，可以使用测距无线电系统，其要求一定程度上不受妨碍的对施工点进行视线访问。也可以对本文所公开系统进行其它变化。举例来说，计算机系统可以将关于将在每个施工点处执行的特定施工操作的指示提供给全站仪以供显示。同时用全站仪光束照亮施工点并且显示将在所述施工点执行的任务将会促进在房间内或建筑物内部的其它区域内定位并标记出大量点。

Claims (19)

1.一种用于在建筑物内部施工现场中定位机器人全站仪以提供对所述内部施工现场中多个施工点的视线访问的方法，包括：

通过计算机系统访问所述现场的三维模型，所述模型包含所述现场中将用机器人全站仪定位的施工点的坐标；以及

通过所述计算机系统确定用于放置机器人全站仪的位置，其中在所述现场处没有障碍物阻碍所述机器人全站仪对所述多个施工点的视线访问。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统接收空间数据；以及

通过所述计算机系统基于所述空间数据导出所述三维模型。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述机器人全站仪对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统产生第二位置，在所述第二位置处，可以定位第二机器人全站仪，以便从一个或两个所述机器人全站仪提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述机器人全站仪对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问；以及

通过所述计算机系统产生额外位置，在所述额外位置处，可以定位额外机器人全站仪，以便从一个或多个所述机器人全站仪提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

6.一种用于在建筑物内部施工现场中定位位置确定装置以提供对所述内部施工现场中多个施工点的视线访问的方法，包括：

通过计算机系统访问所述现场的三维模型，所述模型包含所述现场中将用位置确定装置定位的施工点的坐标；以及

通过所述计算机系统确定用于放置位置确定装置的位置，其中所述现场处没有障碍物阻碍所述位置确定装置对所述多个施工点的视线访问。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统接收空间数据；以及

通过所述计算机系统基于所述空间数据导出所述三维模型。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述位置确定装置对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统产生第二位置，在所述第二位置处，可以定位第二位置确定装置，以便从一个或两个所述位置确定装置提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述位置确定装置对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问；以及

通过所述计算机系统产生额外位置，在所述额外位置处，可以定位额外位置确定装置，以便从一个或多个所述位置确定装置提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

11.一种计算机系统，包括：

存储器，其用于存储建筑物内部施工现场的三维模型；以及

处理器，其连结到所述存储器，所述处理器经配置以用于：

访问内部施工现场的所述三维模型；

确定用于在所述现场放置位置确定装置的位置；以及

确定用于放置位置确定装置的位置，其中所述现场处没有障碍物阻碍所述内部施工现场中所述位置确定装置对多个施工点的视线访问。

12.根据权利要求11所述的计算机系统，其中所述处理器进一步经配置以用于：

通过所述计算机系统接收空间数据；以及

通过所述计算机系统基于所述空间数据导出所述三维模型。

13.根据权利要求11所述的计算机系统，其中所述处理器进一步经配置以用于：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述位置确定装置对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问。

14.根据权利要求13所述的计算机系统，其中所述处理器进一步经配置以用于：

通过所述计算机系统产生第二位置，在所述第二位置处，可以定位第二位置确定装置，以便从一个或两个所述位置确定装置提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

15.一种非暂态计算机可读存储媒体，其上实施有计算机可读指令，所述计算机可读指令在执行时使计算机系统实施用于在建筑物内部施工现场中定位位置确定装置以提供对所述内部施工现场中多个施工点的视线访问的方法，所述方法包括：

通过所述计算机系统访问所述现场的三维模型，所述模型包含所述现场中将用位置确定装置定位的施工点的坐标；以及

通过所述计算机系统确定用于放置位置确定装置的位置，其中所述现场处没有障碍物阻碍所述位置确定装置对所述多个施工点的视线访问。

16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储媒体，其中所述方法进一步包括：

通过所述计算机系统接收空间数据；以及

通过所述计算机系统基于所述空间数据导出所述三维模型。

17.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储媒体，其中所述方法进一步包括：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述位置确定装置对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问。

18.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读存储媒体，其中所述方法进一步包括：

通过所述计算机系统产生第二位置，在所述第二位置处，可以定位第二位置确定装置，以便从一个或两个所述位置确定装置提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

19.根据权利要求18所述的非暂态计算机可读存储媒体，其中所述方法进一步包括：

通过所述计算机系统产生消息，所述消息指示阻碍了所述位置确定装置对所述多个施工点中一个或多个施工点的视线访问；以及

通过所述计算机系统产生额外位置，在所述额外位置处，可以定位额外位置确定装置，以便从一个或多个所述位置确定装置提供对所述多个施工点中每个施工点的视线访问。

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