CN110189417A - 一种基于uwb和bim的现场和模型影像自动同步方法 - Google Patents

一种基于uwb和bim的现场和模型影像自动同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，利用BIM构建施工现场虚拟现实，通过在相机中加装含UWB在内的高精度定位芯片和电子指南针&陀螺仪，实现现实影像与虚拟空间影像同位置的映射，对现场施工质量和进度进行实时跟踪和管理的现场施工管理，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。本发明相对于其他定位系统，此方法更适用于室内尤其地下室区域的现场与模型的图像同步。

Description

一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法
技术领域
本发明涉及建筑施工管理领域，特别涉及一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法。
背景技术
现在有很多基于BIM的现场与模型对比的方法，但是现场的图像和模型对比都需要人工去寻找位置，当图像太多或者现场比较类似时，寻找位置变成了一件比较困难的事情。本发明专利主要针对现场与模型的影像同位同步展开的。由于大部分施工区域处于室内，而室内的GPS或GNSS信号较差，无法进行精准定位。
因而本发明在室内位置定位方面采用UWB定位技术，由于UWB在高精度快速定位方面能够满足施工管理对物体定位的精度和时效要求，电子指南针和陀螺仪能满足相机朝向的矢量定位要求，本发明中将其引入，通过BIM二次开发，实现现场与模型影像的同位同步，达到对现场质量和进度的管控。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，对现场施工质量和进度进行实时跟踪和管理的现场施工管理。
技术方案：本发明一种UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，通过相机中加装含UWB在内的高精度定位芯片和电子指南针、陀螺仪，在拍摄影像时，将影像的位置信息、朝向矢量信息、时间信息和影像进行绑定，相机对应的视点在同形象进度施工BIM模型中实时映射自己的实际位置和朝向，将同位置同形象进度实际影像与虚拟三维模型中视点影像相对应，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。
一种UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，具体步骤如下，
（1）在摄影设备中加装含UWB在内的高精度定位芯片；
（2）在摄影设备中加装电子指南针和陀螺仪；
（3）拍摄影像，将影像的位置信息、朝向矢量信息、时间信息和影像进行绑定，摄影设备拍摄含时间信息、位置信息、朝向信息的图像；
（4）相机对应的视点在同形象进度施工BIM模型中实时映射自己的实际位置和朝向；
（5）将同位置同形象进度实际影像与虚拟三维BIM模型中视点影像相对应，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。
本发明的进一步改进在于，步骤（3）中，在拍摄后，将图像和图像位置信息、朝向信息、以及时间信息通过无线信号反馈至主计算机相关图像管理平台。
本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，根据施工现场实际布设，建立施工级别BIM模型，对BIM模型进行分析，根据计划进度将BIM模型构件与进度进行配对，形成可以随时间变化的动态模型；在建筑物的合适位置布设UWB定位基站和模型中设定相对位置的参考点，从而建立覆盖整个现场的UWB网络定位系统。
本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，通过坐标换算，将读取的图像位置信息绝对定位数据转换成BIM模型中相对数据，并在BIM模型以视点显示；随着图像数据更新及增加，模型中视点的位置相应发生变化及增加。
本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，通过坐标换算，产生BIM模型中视点的坐标位置；通过坐标换算，产生BIM模型中视点的朝向信息。
本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，通过时间计算，将BIM模型中的构件与时间进行配对，真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对,实现实时映射。
本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，根据进度计划，将BIM模型的构件与时间进行配对，形成可以随时间变化的动态模型，根据拍摄图像的时间，将其配对至相同形象进度的BIM模型，并在BIM模型中显示同位置同形象进度的影像。
本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，采用UWB定位时，根据应用需求，在BIM模型中准确定位参照点的位置，根据UWB在内的高精度定位芯片给的相对坐标和电子指南针、陀螺仪给出的朝向信息，通过平台计算，实时映射至BIM中，实现BIM模型内视点的实时显示。
本发明的进一步改进在于，根据步骤（5），管理人员通过同位置实际与虚拟的图像的对比情况，对施工人员进行质量和进度的管理。
本发明的进一步改进在于，根据步骤（5），实际施工真实图像与虚拟三维模型图像相对应，可得知现场施工的质量是否与预期一致，施工的进度与计划有无偏差。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，至少实现了如下的有益效果：
（1）通过携带UWB在内的高精度定位芯片，相机在施工BIM模型中实时映射对应视点的实际位置，将实际施工图像与虚拟三维模型图像相对应，能够实现现场与虚拟环境的图像对比。
（2）采用UWB模式时，根据UWB基站在BIM模型中参照点的位置和BIM模型的坐标系，将相机的基于UWB基站的相对坐标转换为BIM模型内的相对坐标，可以实现同位置视点在BIM中的实时显示，能够满足施工管理对图像定位的精度和时效要求；
（3）根据相机内的电子指南针和陀螺仪分别给出的相机朝向矢量与大地经纬线的水平角度、与大地的垂直角度，通过BIM二次开发形成的矢量信息转换为模型中对应视点的矢量信息。
（4）根据对BIM模型进行分析，根据计划进度将模型与进度进行配对，通过相机拍摄照片的时间点，与BIM模型进度点相对应，达到真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对；
（5）通过BIM模型和进度计划，在模型中显示拍摄图像所示时间应该完成的工作量的图像，同时通过UWB定位&电子指南针和陀螺仪定朝向拍摄出的图像，两者进行对比，可得知现场施工的质量是否与预期一致，施工的进度与计划有无偏差。
（6）相对于其他定位系统，此方法更适用于室内尤其地下室区域的现场与模型的图像同步。
当然，实施本发明的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
现详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
实施例1，
如图1,所示，一种UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，通过相机中加装含UWB在内的高精度定位芯片和电子指南针、陀螺仪，在拍摄影像时，将影像的位置信息、朝向矢量信息、时间信息和影像进行绑定，相机对应的视点在同形象进度施工BIM模型中实时映射自己的实际位置和朝向，将同位置同形象进度实际影像与虚拟三维模型中视点影像相对应，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。
一种UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，具体步骤如下，
（1）在摄影设备中加装含UWB在内的高精度定位芯片；
（2）在摄影设备中加装电子指南针和陀螺仪；
（3）拍摄影像，将影像的位置信息、朝向矢量信息、时间信息和影像进行绑定，摄影设备拍摄含时间信息、位置信息、朝向信息的图像；
（4）相机对应的视点在同形象进度施工BIM模型中实时映射自己的实际位置和朝向；
（5）将同位置同形象进度实际影像与虚拟三维BIM模型中视点影像相对应，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。
基于上述实施例，本发明通过在相机中加装含UWB在内的高精度定位芯片和电子指南针、陀螺仪，实现现实影像与虚拟空间影像同位置的映射，对现场施工质量和进度进行实时跟踪和管理的现场施工管理，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。本发明相对于其他定位系统，此方法更适用于室内尤其地下室区域的现场与模型的图像同步。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（3）中，在拍摄后，将图像和图像位置信息、朝向信息、以及时间信息通过无线信号反馈至主计算机相关图像管理平台。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，根据施工现场实际布设，建立施工级别BIM模型，对BIM模型进行分析，根据计划进度将BIM模型构件与进度进行配对，形成可以随时间变化的动态模型，其进度精度达到1天；在建筑物的合适位置布设UWB定位基站和模型中设定相对位置的参考点，从而建立覆盖整个现场的UWB网络定位系统。本实施例中，本发明利用BIM构建施工现场虚拟现实，便于将实际施工图像与虚拟三维模型图像相对应，从而能够实现现场与虚拟环境的图像对比。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，通过坐标换算，将读取的图像位置信息绝对定位数据转换成BIM模型中相对数据，并在BIM模型以视点显示；随着图像数据更新及增加，模型中视点的位置相应发生变化及增加。
本实施中，采用UWB模式时，根据UWB基站在BIM模型中参照点的位置和BIM模型的坐标系，通过坐标换算，将相机相对于UWB基站的相对位置数据转换成BIM模型中相对数据，即将相机的基于UWB基站的相对坐标转换为BIM模型内的相对坐标，可以实现同位置视点在BIM中的实时显示，能够满足施工管理对图像定位的精度和时效要求。将图像的朝向矢量信息转换为模型中视点的朝向信息；随着图像数据更新及增加，模型中视点的位置朝向相应发生变化及增加。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，通过坐标换算，产生BIM模型中视点的坐标位置；通过坐标换算，产生BIM模型中视点的朝向信息。本实施例中，根据相机内的电子指南针和陀螺仪分别给出的相机朝向矢量与大地经纬线的水平角度、与大地的垂直角度，通过BIM二次开发形成的矢量信息转换为模型中对应视点的矢量信息，即能够产生BIM模型中视点的坐标位置，以及产生BIM模型中视点的朝向信息。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，通过时间计算，将BIM模型中的构件与时间进行配对，真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对,实现实时映射。本实施例中，通过时间计算，将模型中的构件与时间进行配对，将图像的时间信息，赋予模型的进度时间点，随着图像时间点的更新，模型也随之更新至相应时间点的模型，真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对。根据对BIM模型进行分析，根据计划进度将模型与进度进行配对，通过相机拍摄照片的时间点，与BIM模型进度点相对应，达到真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对，实现实时映射。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，根据进度计划，将BIM模型的构件与时间进行配对，形成可以随时间变化的动态模型，根据拍摄图像的时间，将其配对至相同形象进度的BIM模型，并在BIM模型中显示同位置同形象进度的影像。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，采用UWB定位时，根据应用需求，在BIM模型中准确定位参照点的位置，根据UWB在内的高精度定位芯片给的相对坐标和电子指南针、陀螺仪给出的朝向信息，通过平台计算，实时映射至BIM中，实现BIM模型内视点的实时显示。本实施例中，通过BIM模型和进度计划，在模型中显示拍摄图像所示时间应该完成的工作量的图像。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，根据步骤（5），管理人员通过同位置实际与虚拟的图像的对比情况，对施工人员进行质量和进度的管理。本实施例中，通过BIM模型和进度计划，在模型中显示拍摄图像所示时间应该完成的工作量的图像，同时通过UWB定位、电子指南针和陀螺仪定朝向拍摄出的图像，两者进行对比，可得知现场施工的质量是否与预期一致，施工的进度与计划有无偏差。
实施例2，
我国沿岸某城市城市综合体项目。总建筑面积约18万平方米，地下2层，地下面积约8万平方米。由于地下面积较大，地下空间GPS和GNSS信号都很差，但是空间空旷，适合采用UWB定位的方式，在该项目中，首先建立起该项目的施工BIM模型，包括土建、机电、钢结构以及场地布置BIM模型。土建和机电专业以及场地布置使用Revit软件建立模型，钢结构专业使用Tekla软件建立模型，幕墙专业使用犀牛软件建立模型，最后使用Revit软件将四个专业以及场地布置的模型拼装至一个模型中，从而完成整体模型的建立。在建筑物的合适位置布设UWB定位基站和模型中设定相对位置的参考点，从而建立覆盖整个现场的UWB网络定位系统.
在模型建立完成后，根据现场实际情况，将模型构件与进度计划进行匹配，对工程进行进度分析，制定每天施工进度计划，对于每一个区域的每天的模型工作量进行进度安排，形成可以随时间变化的动态模型，其进度精度达到1天。
施工人员进入施工现场时携带微型UWB高精度定位芯片&电子指南针&陀螺仪的相机，在拍摄影像时，将影像的位置信息&朝向矢量信息&时间信息和影像进行绑定，相机对应的视点在同形象进度施工BIM模型中实时映射自己的实际位置和朝向，将同位置同形象进度实际影像与虚拟三维模型中视点影像相对应，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。
基于该实施例，由于UWB在高精度快速定位方面能够满足施工管理对物体定位的精度和时效要求，电子指南针和陀螺仪能满足相机朝向的矢量定位要求，本实施例将UWB引入，通过BIM二次开发，实现现场与模型影像的同位同步，达到对现场质量和进度的管控。
通过上述实施例可知，本发明提供的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，至少实现了如下的有益效果：
（1）通过携带UWB在内的高精度定位芯片，相机在施工BIM模型中实时映射对应视点的实际位置，将实际施工图像与虚拟三维模型图像相对应，能够实现现场与虚拟环境的图像对比。
（2）采用UWB模式时，根据UWB基站在BIM模型中参照点的位置和BIM模型的坐标系，将相机的基于UWB基站的相对坐标转换为BIM模型内的相对坐标，可以实现同位置视点在BIM中的实时显示，能够满足施工管理对图像定位的精度和时效要求；
（3）根据相机内的电子指南针和陀螺仪分别给出的相机朝向矢量与大地经纬线的水平角度、与大地的垂直角度，通过BIM二次开发形成的矢量信息转换为模型中对应视点的矢量信息。
（4）根据对BIM模型进行分析，根据计划进度将模型与进度进行配对，通过相机拍摄照片的时间点，与BIM模型进度点相对应，达到真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对；
（5）通过BIM模型和进度计划，在模型中显示拍摄图像所示时间应该完成的工作量的图像，同时通过UWB定位&电子指南针和陀螺仪定朝向拍摄出的图像，两者进行对比，可得知现场施工的质量是否与预期一致，施工的进度与计划有无偏差。
（6）相对于其他定位系统，此方法更适用于室内尤其地下室区域的现场与模型的图像同步。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于：具体步骤如下，
（1）在摄影设备中加装含UWB在内的高精度定位芯片；
（2）在摄影设备中加装电子指南针和陀螺仪；
（3）拍摄影像，将影像的位置信息、朝向矢量信息、时间信息和影像进行绑定，摄影设备拍摄含时间信息、位置信息、朝向信息的图像；
（4）相机对应的视点在同形象进度施工BIM模型中实时映射自己的实际位置和朝向；
（5）将同位置同形象进度实际影像与虚拟三维BIM模型中视点影像相对应，实现基于模型的现场质量校核和进度管控。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（3）中，在拍摄后，将图像和图像位置信息、朝向信息、以及时间信息通过无线信号反馈至主计算机相关图像管理平台。
3.根据权利要求2所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（4）中，根据施工现场实际布设，建立施工级别BIM模型，对BIM模型进行分析，根据计划进度将BIM模型构件与进度进行配对，形成可以随时间变化的动态模型；
在建筑物的合适位置布设UWB定位基站和模型中设定相对位置的参考点，从而建立覆盖整个现场的UWB网络定位系统。
4.根据权利要求3所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（4）中，通过坐标换算，将读取的图像位置信息绝对定位数据转换成BIM模型中相对数据，并在BIM模型以视点显示；随着图像数据更新及增加，模型中视点的位置相应发生变化及增加。
5.根据权利要求3所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（4）中，通过坐标换算，产生BIM模型中视点的坐标位置；通过坐标换算，产生BIM模型中视点的朝向信息。
6.根据权利要求3所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（4）中，通过时间计算，将BIM模型中的构件与时间进行配对，真实拍摄的图片与相对应进度时间点的图像进行配对,实现实时映射。
7.根据权利要求6所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（4）中，根据进度计划，将BIM模型的构件与时间进行配对，形成可以随时间变化的动态模型，根据拍摄图像的时间，将其配对至相同形象进度的BIM模型，并在BIM模型中显示同位置同形象进度的影像。
8.根据权利要求3所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
所述步骤（4）中，采用UWB定位时，根据应用需求，在BIM模型中准确定位参照点的位置，根据UWB在内的高精度定位芯片给的相对坐标和电子指南针、陀螺仪给出的朝向信息，通过平台计算，实时映射至BIM中，实现BIM模型内视点的实时显示。
9.根据权利要求1所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
根据所述步骤（5），管理人员通过同位置实际与虚拟的图像的对比情况，对施工人员进行质量和进度的管理。
10.根据权利要求1所述的一种基于UWB和BIM的现场和模型影像自动同步方法，其特征在于，
根据所述步骤（5），实际施工真实图像与虚拟三维模型图像相对应，可得知现场施工的质量是否与预期一致，施工的进度与计划有无偏差。
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