CN110457749A - 一种基于bim技术的道路工程土方量信息处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程技术领域，公开了一种基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法及系统，利用摄像器采集待测道路区域的图像数据；利用测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据；利用BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型；利用校正程序对构建道路三维模型进行校正操作；利用匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合；利用判断程序对道路状况进行判断；利用计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量。本发明提高了三维模型绘制的准确性；同时，通过道路状况判断模块根据道路损坏等级的高低能够更清楚地了解道路的整体情况；提高土方量计算的精确度。

Description

一种基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法及系统

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，尤其涉及一种基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法及系统。

背景技术

道路工程是指以道路为对象而进行的规划、设计、施工、养护与管理工作的全过程及其所从事的工程实体。同其他任何门类的土木工程一样，道路工程具有明显的技术、经济和管理方面的特性。路基既是路线的主体，又是路面的基础并与路面共同承受车辆荷载。路基按其断面的填挖情况分为路堤式、路堑式、半填半挖式三类。路肩是路面两侧路基边缘以内地带，用以支护路面、供临时停靠车辆或行人步行之用。路基土石方工程按开挖的难易分为土方工程(松土、普通土、硬土三级)与石方工程(软石、次坚石、坚石三级)。然而，现有道路工程土方量计算过程中构建道路三维模型数据误差较大；同时，在计算土方量时没有考虑道路状况因素，导致土方量计算不准确。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有道路工程土方量计算过程中构建道路三维模型数据误差较大。

现有技术中，在计算土方量时没有考虑道路状况因素，导致土方量计算和测量不准确。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法及系统。

本发明是这样实现的，一种基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法包括以下步骤：

步骤一，通过测量区域图像采集模块利用摄像器采集待测道路区域的图像数据。通过像控点数据采集模块利用测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据。

步骤二，中央控制模块通过三维模型构建模块利用BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型。

步骤三，通过三维数据校正模块利用校正程序对构建道路三维模型进行校正操作。通过BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型，确定构成三维模型边缘线的形状点。依据构成所述三维模型边缘线的形状点，确定构成所述三维模型的中线的形状点。将构成所述中线的形状点与所述道路对应的二维道路的形状点进行比对，以判断所述中线与所述二维道路是否匹配，如果不匹配，则依据所述二维道路的形状点校正所述中线的形状点，以使得校正后的三维模型的中线与所述二维道路匹配。

通过坐标构建模块利用数学程序构建道路的坐标系。

步骤四，通过匹配融合模块利用匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合。

步骤五，通过道路状况判断模块利用判断程序对道路状况进行判断。

通过判断程序定义道路相关属性并赋值，运用矩阵论，建立基于BIM和马尔科夫链的三维数字化信息模型。

基于预定规则确定道路损坏等级判断模型。

通过物联网技术检测道路相关参数，将相关参数输入到所述三维数字化信息模型和道路损坏等级判断模型中。根据三维数字化信息模型对检测到的相关参数进行分析，呈现道路的检测结果。基于道路损坏等级判断模型对检测到的数据进行处理，判断道路的损坏等级。

根据道路的损坏等级改变信息模型中的不同参数，再输入到三维数字化信息模型模拟出修护后的道路检测结果，确定最佳道路养护及预防治理方案，对养护和治理后的道路再次进行数据采集、验证。

步骤六，通过计算模块利用计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量。

步骤七，通过显示模块利用显示器显示采集的待测道路区域的图像、坐标、判断结果、计算结果数据信息。

进一步，所述三维模型边缘的形状点包括：

获取n条相互平行且同向贯穿道路的三维模型的直线与所述三维模型的首交点和尾交点，n为大于等于2的正整数。

将直线与三维模型的首交点，确定为构成所述三维模型一侧边缘线的形状点。将直线与三维模型的尾交点，确定为构成所述三维模型另一侧边缘线的形状点。

进一步，所述获取n条相互平行且同向贯穿道路的三维模型的直线与所述三维模型的首交点和尾交点后，所述方法还包括：

确定所述三维模型的延展方向。

判断相邻两条直线与所述三维模型的首交点或者尾交点的连线的延展方向与所述三维模型的延展方向间的角度是否大于阈值。

如果有一条连线的角度大于阈值，则删除所述相邻两条直线中的沿所述延展方向排列在后的一条直线与所述三维模型的首交点和尾交点。

进一步，所述依据构成所述三维模型边缘线的形状点，确定构成所述三维模型的中线的形状点包括：

依据成对的首交点和尾交点，得到成对的首交点和尾交点间连线的中点。

将得到的多个中点，确定为构成所述三维模型的中线的形状点。

进一步，所述将构成所述中线的形状点与所述道路对应的二维道路的形状点进行比对，以判断所述中线与所述二维道路是否匹配包括：

判断由所述三维模型的中线的形状点构成的所述中线与由所述道路对应的二维道路的形状点构成的参考线是否相交。

如果相交，将两线交点作为基准点，在所述中线上选取与所述基准点距离第一预设长度的第一点。

在所述参考线上选取与所述第一点距离最短的第二点。

判断由所述基准点、第一点、第二点构成的三角形面积是否大于预设面积阈值。

当所述基准点、第一点、第二点构成的三角形面积大于预设面积阈值时，确定所述中线与所述二维道路不匹配。

进一步，定义道路相关属性并赋值包括：对平侧石规格、道牙高度、路拱、坡度类型等属性进行定义赋值。

通过物联网技术检测道路相关参数包括：通过不同类型的传感器检测路基压实度、平整度、弯沉值。

进一步，基于预定规则确定道路损坏等级判断模型包括：建立关于路基压实度、平整度、弯沉值三个变量的判断函数，并设置各个道路损坏等级所对应的函数值区间。

进一步，所述判断函数为：

F(x)＝(A(路基压实度)+B(平整度)+C(弯沉值))*D(道路类型值)，其中A、B、C为加权系数，A+B+C＝1，道路类型值为根据道路类别设置的值。

本发明另一目的在于提供的一种实施所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法的基于BIM技术的道路工程土方量信息处理系统，所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理系统包括：

测量区域图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像器采集待测道路区域的图像数据。

像控点数据采集模块，与中央控制模块连接，用于通过测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据。

中央控制模块，与测量区域图像采集模块、像控点数据采集模块、三维模型构建模块、三维数据校正模块、坐标构建模块、匹配融合模块、道路状况判断模块、计算模块、显示模块连接，用于通过工程机控制各个模块正常工作。

三维模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型。

三维数据校正模块，与中央控制模块连接，用于通过校正程序对构建道路三维模型进行校正操作。

坐标构建模块，与中央控制模块连接，用于通过数学程序构建道路的坐标系。

匹配融合模块，与中央控制模块连接，用于通过匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合。

道路状况判断模块，与中央控制模块连接，用于通过判断程序对道路状况进行判断。

计算模块，与中央控制模块连接，用于通过计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量。

显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的待测道路区域的图像、坐标、判断结果、计算结果数据信息。

本发明另一目的在于提供的一种基于BIM技术的道路工程土方量高精确信息处理设备。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过三维数据校正模块基于道路的三维模型，会进一步确定构成所述三维模型的中线的形状点，进而利用所述道路对应的二维道路的形状点与该中线的形状点进行比对、校正，以使得校正后的三维模型的中线与所述二维道路匹配，从而保证绘制的三维模型的经纬度值与实际的地图道路路面的经纬度值相对应，提高了三维模型绘制的准确性。同时，通过道路状况判断模块结合道路全生命周期的时间跨度，将道路检测方法与成果通过三维时空体系来体现，更加科学化与丰富化，根据道路损坏等级的高低能够更清楚地了解道路的整体情况。提高土方量计算的精确度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于BIM技术的道路工程土方量信息处理系统结构图。

图中：1、测量区域图像采集模块；2、像控点数据采集模块；3、中央控制模块；4、三维模型构建模块；5、三维数据校正模块；6、坐标构建模块；7、匹配融合模块；8、道路状况判断模块；9、计算模块；10、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明包括。

现有道路工程土方量计算过程中构建道路三维模型数据误差较大。现有技术中，在计算土方量时没有考虑道路状况因素，导致土方量计算和测量不准确。

为解决现有技术存在的问题，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法包括以下步骤：

S101，通过测量区域图像采集模块利用摄像器采集待测道路区域的图像数据。通过像控点数据采集模块利用测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据。

S102，中央控制模块通过三维模型构建模块利用BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型。

S103，通过三维数据校正模块利用校正程序对构建道路三维模型进行校正操作。通过坐标构建模块利用数学程序构建道路的坐标系。

S104，通过匹配融合模块利用匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合。

S105，通过道路状况判断模块利用判断程序对道路状况进行判断。

S106，通过计算模块利用计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量。

S107，通过显示模块利用显示器显示采集的待测道路区域的图像、坐标、判断结果、计算结果数据信息。

如图2所示，本发明实施例提供的基于BIM技术的道路工程土方量信息处理系统包括：测量区域图像采集模块1、像控点数据采集模块2、中央控制模块3、三维模型构建模块4、三维数据校正模块5、坐标构建模块6、匹配融合模块7、道路状况判断模块8、计算模块9、显示模块10。

测量区域图像采集模块1，与中央控制模块3连接，用于通过摄像器采集待测道路区域的图像数据。

像控点数据采集模块2，与中央控制模块3连接，用于通过测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据。

中央控制模块3，与测量区域图像采集模块1、像控点数据采集模块2、三维模型构建模块4、三维数据校正模块5、坐标构建模块6、匹配融合模块7、道路状况判断模块8、计算模块9、显示模块10连接，用于通过工程机控制各个模块正常工作。

三维模型构建模块4，与中央控制模块3连接，用于通过BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型。

三维数据校正模块5，与中央控制模块3连接，用于通过校正程序对构建道路三维模型进行校正操作。

坐标构建模块6，与中央控制模块3连接，用于通过数学程序构建道路的坐标系。

匹配融合模块7，与中央控制模块3连接，用于通过匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合。

道路状况判断模块8，与中央控制模块3连接，用于通过判断程序对道路状况进行判断。

计算模块9，与中央控制模块3连接，用于通过计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量。

显示模块10，与中央控制模块3连接，用于通过显示器显示采集的待测道路区域的图像、坐标、判断结果、计算结果数据信息。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明提供的数据校正模块4校正方法包括：

(1)通过BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型，确定构成三维模型边缘线的形状点。

(2)依据构成所述三维模型边缘线的形状点，确定构成所述三维模型的中线的形状点。

(3)将构成所述中线的形状点与所述道路对应的二维道路的形状点进行比对，以判断所述中线与所述二维道路是否匹配，如果不匹配，则依据所述二维道路的形状点校正所述中线的形状点，以使得校正后的三维模型的中线与所述二维道路匹配。

本发明提供的三维模型边缘的形状点包括：

获取n条相互平行且同向贯穿道路的三维模型的直线与所述三维模型的首交点和尾交点，n为大于等于2的正整数。

将直线与三维模型的首交点，确定为构成所述三维模型一侧边缘线的形状点。将直线与三维模型的尾交点，确定为构成所述三维模型另一侧边缘线的形状点。

本发明提供的获取n条相互平行且同向贯穿道路的三维模型的直线与所述三维模型的首交点和尾交点后，所述方法还包括：

确定所述三维模型的延展方向。

判断相邻两条直线与所述三维模型的首交点或者尾交点的连线的延展方向与所述三维模型的延展方向间的角度是否大于阈值。

如果有一条连线的角度大于阈值，则删除所述相邻两条直线中的沿所述延展方向排列在后的一条直线与所述三维模型的首交点和尾交点。

本发明提供的依据构成所述三维模型边缘线的形状点，确定构成所述三维模型的中线的形状点包括：

依据成对的首交点和尾交点，得到成对的首交点和尾交点间连线的中点。

将得到的多个中点，确定为构成所述三维模型的中线的形状点。

本发明提供的将构成所述中线的形状点与所述道路对应的二维道路的形状点进行比对，以判断所述中线与所述二维道路是否匹配包括：

判断由所述三维模型的中线的形状点构成的所述中线与由所述道路对应的二维道路的形状点构成的参考线是否相交。

如果相交，将两线交点作为基准点，在所述中线上选取与所述基准点距离第一预设长度的第一点。

在所述参考线上选取与所述第一点距离最短的第二点。

判断由所述基准点、第一点、第二点构成的三角形面积是否大于预设面积阈值。

当所述基准点、第一点、第二点构成的三角形面积大于预设面积阈值时，确定所述中线与所述二维道路不匹配。

实施例2

本发明实施例提供的道路状况判断模块8判断方法包括：

1)通过判断程序定义道路相关属性并赋值，运用矩阵论，建立基于BIM和马尔科夫链的三维数字化信息模型。

2)基于预定规则确定道路损坏等级判断模型。

3)通过物联网技术检测道路相关参数，将相关参数输入到所述三维数字化信息模型和道路损坏等级判断模型中。根据三维数字化信息模型对检测到的相关参数进行分析，呈现道路的检测结果。基于道路损坏等级判断模型对检测到的数据进行处理，判断道路的损坏等级。

4)根据道路的损坏等级改变信息模型中的不同参数，再输入到三维数字化信息模型模拟出修护后的道路检测结果，确定最佳道路养护及预防治理方案，对养护和治理后的道路再次进行数据采集、验证。

本发明提供的步骤1)中定义道路相关属性并赋值包括：对平侧石规格、道牙高度、路拱、坡度类型等属性进行定义赋值。

本发明提供的步骤3)中通过物联网技术检测道路相关参数包括：通过不同类型的传感器检测路基压实度、平整度、弯沉值。

本发明提供的步骤2)中基于预定规则确定道路损坏等级判断模型包括：建立关于路基压实度、平整度、弯沉值三个变量的判断函数，并设置各个道路损坏等级所对应的函数值区间。

本发明提供的判断函数为：

F(x)＝(A(路基压实度)+B(平整度)+C(弯沉值))*D(道路类型值)，其中A、B、C为加权系数，A+B+C＝1，道路类型值为根据道路类别设置的值。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法包括以下步骤：

步骤一，通过测量区域图像采集模块利用摄像器采集待测道路区域的图像数据；通过像控点数据采集模块利用测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据；

步骤二，中央控制模块通过三维模型构建模块利用BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型；

步骤三，通过三维数据校正模块利用校正程序对构建道路三维模型进行校正操作；通过BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型，确定构成三维模型边缘线的形状点；依据构成所述三维模型边缘线的形状点，确定构成所述三维模型的中线的形状点；将构成所述中线的形状点与所述道路对应的二维道路的形状点进行比对，以判断所述中线与所述二维道路是否匹配，如果不匹配，则依据所述二维道路的形状点校正所述中线的形状点，以使得校正后的三维模型的中线与所述二维道路匹配；

通过坐标构建模块利用数学程序构建道路的坐标系；

步骤四，通过匹配融合模块利用匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合；

步骤五，通过道路状况判断模块利用判断程序对道路状况进行判断；

通过判断程序定义道路相关属性并赋值，运用矩阵论，建立基于BIM和马尔科夫链的三维数字化信息模型；

基于预定规则确定道路损坏等级判断模型；

通过物联网技术检测道路相关参数，将相关参数输入到所述三维数字化信息模型和道路损坏等级判断模型中；根据三维数字化信息模型对检测到的相关参数进行分析，呈现道路的检测结果；基于道路损坏等级判断模型对检测到的数据进行处理，判断道路的损坏等级；

根据道路的损坏等级改变信息模型中的不同参数，再输入到三维数字化信息模型模拟出修护后的道路检测结果，确定最佳道路养护及预防治理方案，对养护和治理后的道路再次进行数据采集、验证；

步骤六，通过计算模块利用计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量；

步骤七，通过显示模块利用显示器显示采集的待测道路区域的图像、坐标、判断结果、计算结果数据信息。

2.如权利要求1所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，所述三维模型边缘的形状点包括：

获取n条相互平行且同向贯穿道路的三维模型的直线与所述三维模型的首交点和尾交点，n为大于等于2的正整数；

将直线与三维模型的首交点，确定为构成所述三维模型一侧边缘线的形状点；将直线与三维模型的尾交点，确定为构成所述三维模型另一侧边缘线的形状点。

3.如权利要求2所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，所述获取n条相互平行且同向贯穿道路的三维模型的直线与所述三维模型的首交点和尾交点后，所述方法还包括：

确定所述三维模型的延展方向；

判断相邻两条直线与所述三维模型的首交点或者尾交点的连线的延展方向与所述三维模型的延展方向间的角度是否大于阈值；

如果有一条连线的角度大于阈值，则删除所述相邻两条直线中的沿所述延展方向排列在后的一条直线与所述三维模型的首交点和尾交点。

4.如权利要求2所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，所述依据构成所述三维模型边缘线的形状点，确定构成所述三维模型的中线的形状点包括：

依据成对的首交点和尾交点，得到成对的首交点和尾交点间连线的中点；

将得到的多个中点，确定为构成所述三维模型的中线的形状点。

5.如权利要求1所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，所述将构成所述中线的形状点与所述道路对应的二维道路的形状点进行比对，以判断所述中线与所述二维道路是否匹配包括：

判断由所述三维模型的中线的形状点构成的所述中线与由所述道路对应的二维道路的形状点构成的参考线是否相交；

如果相交，将两线交点作为基准点，在所述中线上选取与所述基准点距离第一预设长度的第一点；

在所述参考线上选取与所述第一点距离最短的第二点；

判断由所述基准点、第一点、第二点构成的三角形面积是否大于预设面积阈值；

当所述基准点、第一点、第二点构成的三角形面积大于预设面积阈值时，确定所述中线与所述二维道路不匹配。

6.如权利要求1所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，定义道路相关属性并赋值包括：对平侧石规格、道牙高度、路拱、坡度类型等属性进行定义赋值；

通过物联网技术检测道路相关参数包括：通过不同类型的传感器检测路基压实度、平整度、弯沉值。

7.如权利要求1所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，基于预定规则确定道路损坏等级判断模型包括：建立关于路基压实度、平整度、弯沉值三个变量的判断函数，并设置各个道路损坏等级所对应的函数值区间。

8.如权利要求7所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法，其特征在于，所述判断函数为：

F(x)＝(A(路基压实度)+B(平整度)+C(弯沉值))*D(道路类型值)，其中A、B、C为加权系数，A+B+C＝1，道路类型值为根据道路类别设置的值。

9.一种实施权利要求1所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法的基于BIM技术的道路工程土方量信息处理系统，其特征在于，所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理系统包括：

测量区域图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像器采集待测道路区域的图像数据；

像控点数据采集模块，与中央控制模块连接，用于通过测量设备采集在待测道路区域布设像控点的坐标值数据；

中央控制模块，与测量区域图像采集模块、像控点数据采集模块、三维模型构建模块、三维数据校正模块、坐标构建模块、匹配融合模块、道路状况判断模块、计算模块、显示模块连接，用于通过工程机控制各个模块正常工作；

三维模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过BIM建筑信息模型软件根据采集道路图像数据构建道路三维模型；

三维数据校正模块，与中央控制模块连接，用于通过校正程序对构建道路三维模型进行校正操作；

坐标构建模块，与中央控制模块连接，用于通过数学程序构建道路的坐标系；

匹配融合模块，与中央控制模块连接，用于通过匹配程序将构建的道路三维模型与坐标系进行匹配融合；

道路状况判断模块，与中央控制模块连接，用于通过判断程序对道路状况进行判断；

计算模块，与中央控制模块连接，用于通过计算程序根据坐标对土方量进行积分求和获得道路工程土方量；

显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的待测道路区域的图像、坐标、判断结果、计算结果数据信息。

10.一种实施权利要求1所述基于BIM技术的道路工程土方量信息处理方法的基于BIM技术的道路工程土方量高精确信息处理设备。