CN111222187B - 一种具备实景景观的土木工程设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备实景景观的土木工程设计方法，主要是在施工现场标定至少一基准点，并将该基准点的坐标系统定义为绝对坐标系统；建立一个由摄影装置取自该施工现场影像所建立的实景三维模型，令该实景三维模型以该基准点的绝对坐标系统进行校正，并以校正过的实景三维模型进行编辑，且将加入于实景三维模型的三维图元或自该实景三维模型中移除的对象，同步地编入或移出于一统计表的记录中。由于经过校正后的实景三维模型的坐标是与施工现场相同、且是精确的，因此设计者便可以由校正后的实景三维模型的坐标，正确的测量两点间距离及高程，以便精准地进行土木设计所需的各种计算，以大大降低土木设计在测量及估算上的时间及成本。

Description

一种具备实景景观的土木工程设计方法

技术领域

本发明涉及土木工程设计方法，特别是一种具备实景景观的土木工程设计方法。

背景技术

传统在进行建筑设计时，必须以人员进行实地丈量建筑基地后，再通过如Autocad、3DMAX进行绘制，以建构出三维的设计模型，该设计模型为了产生临场感，往往会通过绘图的方式在所设计本体的周围加入如行道树、山坡、水池或桥梁等实地的景物，以增进临场感；但这样的设计模型全数是由设计人员所绘制、虚构而成，在真实的环境中是不存在，因此，往往在完工后会产生与真实景像相去甚远，导致设计人员与客户间的纠纷。

目前为了解决施工现场景观的真实性，有通过人造卫星空拍影像结合成三维模型的技术，如Googl e SketchUP在获取Googl e Earth上的地形和影像数据后，结合为三维的模型，以提供用户在所建立的三维模型上进行设计。

然而，人造卫星或无人机所拍摄的影像时所获取的是一个相对坐标，与真实相对应位置的绝对坐标存有误差，尤其是高程误差，此误差在设计的过程中将造成估算及测量上的不准确，图1所示，假设在实际的操作中，(f’)曲面是经由人造卫星或无人机所取得的影像结合后的三维模型曲面，其相对坐标系统的原点假设为(x’、y’、z’)，而(f)曲面表示施工现场的绝对坐标系统，原点坐标为(x、y、z)，其中(f’)、(f)两曲面并非等距离的偏移，而是具有不同高程的误差△z[△z＝z’-z；当然也会有△x＝x’-x、△y＝y’-y的平面误差，为了简化说明，本文仅就高程误差说明其重要性]，当要设计一个在绝对高程2M上方6×6的水池时，若以未经校正的(f’)曲面为设计基准曲面，便必须挖除6×6×(z-2+△z)的土方(如图1中的a’b’c’d’所构成体积)，但在真实的施工现场确只须移除6×6×(z-2)的土方(如图1中的abcd所构成的体积)，因此在设计估算中将造成极大的误差，而无法进行精准的设计。

目前虽有数字高程模型(DEM，Digita l E l evat ion Mode l)及数字正射影像图(D i gita l Orthophoto Map)可测量建筑物的高程值，其中数字高程模型(DEM)是通过投影到一特定平面以取得高程值矩阵的技术，而该数字正射影像图(Digita l OrthophotoMap)是利用经扫描处理的航空像片或卫星遥感图像数据，对逐一影像进行校正，并按一定图幅裁剪生成的数字正射影像集，该数字正射影像图所取得的也是图像所获取的相对坐标，并非施工工地的绝对坐标，该DEM必须对所有对象其地表进行扫描。在取得上述DEM、DOM后，可以通过如VRMap将影像整合为三维模型，但此方式，必须先至现场进行全面高程扫描，或扫描图像数据，使得施工过程极为繁琐不便，另外当施工现场幅员辽阔时，也将使测量极为不易。

另外，目前应用于设计的系统，并无法在设计的同时，便将设计中所使用的材料逐一收列于统计窗体上，因此当设计完成后，设计者必须以人工方式列表计算，对设计者而言不但极为耗时，也极易出错，明显有改进的必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖、有效率的具备实景景观的土木工程设计方法。

本发明提供了一种具有实景景观的土木工程设计方法，包括：在一欲施工现场标定至少一基准点，该施工现场的坐标系统定义为绝对坐标系统；建立一个由摄影装置取自该施工现场影像所建立的实景三维模型，该实景三维模型是以该基准点的三维坐标进行校正，使所建构的实景三维模型的相对坐标系统移到欲施工现场的绝对坐标系统上；对已校正过的实景三维模型进行编辑，该编辑是指对该实景三维模型进行移除对象、加入三维图元或对所加入的三维图元进行修改；在一显示设备上同步显示该实景三维模型至少由一视角观察的影像；以及将加入于实景三维模型的三维图元或自该实景三维模型中移除的对象，同步地编入或移出于一统计表中，该统计表可由一输出装置向外输出。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该摄影装置是指飞行器，用以建立该实景三维模型，于该基准点为一装置于施工现场的讯号发射器，令飞行器在摄影时与该基准点保持讯号连接状态，并以该基准点的绝对坐标为参考值，以对施工现场进行三维坐标的获取，同步进行实景三维模型的三维坐标校正。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，将该实景三维模型对应于该基准点位置的相对坐标与该基准点的绝对坐标之差，定义为校正值，依其校正值对该实景三维模型全部区域的三维坐标进行同等校正值的校正。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，在欲施工现场标定多个基准点，将该实景三维模型相对应于各该基准点的位置的相对坐标，经校正后移至各该对应基准点的绝对坐标上，且令相对应于两基准点间的实景三维模型是以平滑曲面修正。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，进一步包括一施工现场的测量图，用以与该实景三维模型进行比对，以作为校正该实景三维模型的依据。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该统计表是包含所加入三维图元或移除对象的项目/说明、单位、数量、单价、金额或合计，其中金额是指数量与单价的乘积。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该显示设备是同时显示有该实景三维模型三维影像及至少一二维施工图，且令该三维影像与该二维施工图是同步连动。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该二维施工图可以是含有尺寸标示的平面配置图、局部剖面图或局部放大图等，本发明并不予自限。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中加入于该实景三维模型的各该三维图元，是可通过输出装置向外输出其包含尺寸标示的组件工程图，该组件工程图可以是该三维图元的正面图、俯视图或侧视图，本发明并不予自限。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，由于经由摄影装置所取得的实景三维模型是经过施工现场的基准点校正后，设计者再开始进行后续的土木设计工作，由于经过校正后的实景三维模型坐标是准确的，因此设计者便可以自校正后的实景三维模型坐标取得正确的两点距离及高程，以便进行土木设计所需的各种计算以及在设计上所需要建材成本的估算，以大大降低土木设计在测量及估算上的时间及成本。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中显示设备是指单一显示器或多台显示器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.所完成的实景三维模型的坐标，经校正后是与施工现场的绝对坐标系统相符。

2.设计者可以直接由已校正后的实景三维模型取得任意两点间的距离或高程，量取的结果是等于在施工现场实际测量的结果，因此可以作为土木设计中的精准计算及估算。

3.结合统计表、二维施工图，将设计中所需要的物料、建材(即三维图元)逐一纳入统计表，当设计完成，设计者便可知道在此一设计方案中所需要的物料、建材数量及金额，不需要以人工计算。

4.在编辑实景三维模型时，可以同步显示所设计后的实景三维模型的一个视图或多个角度的视图，方便设计者检视设计后的结果。

附图说明

图1为现有设计系统依其空拍图像所获取的相对坐标与施工现场的绝对坐标差异示意图。

图2为本发明的流程图。

图3为本发明采用在施工现场标定多数基准点进行校正的示意图。

图4为本发明于施工现场标定一基准点与飞行器同步进行校正的示意图。

附图标记说明：10、飞行器；20、讯号发射器。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图2-3所示，本发明是有关于一种具备实景景观的土木工程设计方法，包括：在一欲施工现场标定至少一基准点，该基准点的坐标系统定义为绝对坐标系统[如图3中的(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)，其中x、y表示平面坐标(经纬度坐标)、z表示高程坐标]；建立一个由摄影装置取自该施工现场影像所建立的实景三维模型，并令该实景三维模型与该基准点的绝对坐标系统进行校正，使所建构的实景三维模型坐标系统移到欲施工现场的绝对坐标系统上[如图3所示，该实景三维模型可以相对应该基准点位置的坐标[(x1’、y1’、z1’)、(x2’、y2’、z2’)、(x3’、y3’、z3’)]与该基准点的绝对坐标系统进行校正，使(x1’、y1’、z1’)移至(x1、y1、z1)、(x2’、y2’、z2’)移至(x2、y2、z2)、(x3’、y3’、z3’)移至(x3、y3、z3)的位置]；对已校正过的实景三维模型进行编辑，该编辑是指对该实景三维模型进行移除对象、加入三维图元或对所加入的三维图元进行修改；在一显示设备上同步显示该实景三维模型至少由一视角观察的影像；以及，一统计表，将加入于实景三维模型的三维图元或自该实景三维模型中移除的对象，同步地记入或移出该统计表的记录中，该统计表可由一输出装置向外输出。

本发明于施工现场所标定的基准点，是可由施工者于施工现场实地标定，并经测量以取得该基准点的坐标，或可取国家地政单位所标定的基准点及其坐标。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，由于该摄影装置所取得的实景三维模型是经过施工现场的基准点校正后，再开始进行后续的土木设计工作，由于经过校正后的实景三维模型的坐标是与施工现场相同、且是精确的，因此设计者便可以由校正后的实景三维模型的坐标，正确的测量两点间距离及高程，以便精准地进行土木设计所需的各种计算以及在设计上所需要建材成本的估算，以大大降低土木设计在测量及估算上的时间及成本，本发明显然已提供土木设计产业一种便利、省时且可精准设计、估算的方法。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，所加入的三维图元，是以实物1:1的比例绘制或建构，可以是树木、挡土墙、地砖、休闲椅、围栏、路灯、凉亭等，本发明并不予自限。

如图3所示，本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，由于本发明通过摄影装置取自该施工现场影像所建立的实景三维模型所产生的相对坐标系统[如图3所示之(x1’、y1’、z1’)、(x2’、y2’、z2’)、(x3’、y3’、z3’)]，经由校正后，将移至吻合于施工现场的绝对坐标系统，也就是将原本可能位于不同高程的实景三维模型经由校正，使实景三维模型建立与施工现场同一高程的绝对坐标系统上，当然对于x、y的平面坐标也一并进行校正，此一结果对于建筑设计是非常重要，因为，本发明将所建立的实景三维模型建立在与施工现场同一高程的绝对坐标系统上后，便可以与在施工现场量测的结果相同，如此可以避免在设计时因高程的不同，导致在现场施工时，会与设计的结果产生高程误差，例如未经校正的实景三维模型的相对高程坐标为5M，施工现场的绝对高程坐标为4M，便有1M的高程误差，当要刨除6×6×(高程2M)以上的土方时，设计者在未经校正的实景3模型中必须刨除6×6×(高程3M)的土方，但在实际施工现场中却只要刨除6×6×(高程2M)的土方，因此建筑设计师便无法进行精准估算及估价，相同地，本发明在经过校正后，除基地尺寸(经纬坐标上的尺寸)被校正外，高程坐标也同时被校正，实景3模型的相对坐标系统中的其它二维坐标(以俯视而言为经、纬二维坐标)也会被一并校正，显见本发明所揭示的方法中，将实景三维模型通过施工现场基准点进行校正后所产生优点，并解决现在设计方法中无法与实施施工现场地貌结合的缺点。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，可以在欲施工现场标定多个基准点，如图3中的(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)，将该实景三维模型相对应于各该基准点的位置的相对坐标(x1’、y1’、z1’)、(x2’、y2’、z2’)、(x3’、y3’、z3’)，经校正后移至各该对应基准点的绝对坐标上位置[即(x1’、y1’、z1’)移至(x1、y1、z1)、(x2’、y2’、z2’)移至(x2、y2、z2)、(x3’、y3’、z3’)移至(x3、y3、z3)]，且令相对应于两基准点间的实景三维模型是以平滑曲面修正。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，也可将该实景三维模型对应于该基准点位置的坐标与该基准点的坐标之差，定义为校正值，依其校正值对该实景三维模型全部区域的相对坐标进行同等校正值的校正。

如图4所示本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该摄影装置是指无人飞行器10，用以建立该实景三维模型，于该基准点为一装置于施工现场的讯号发射器20，令该飞行器10在摄影时与该基准点保持讯号连接状态，并以该基准点的绝对坐标(x、y、z)为参考值，以对施工现场进行三维坐标的获取，同步进行实景三维模型的三维坐标校正。由于是采同步进行，因此在建构完成实景三维模型时便可完成校正，以节省建构实景三维模型及校正所需时间。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，进一步含有一施工现场的测量图，例如是经实地测量绘制或是取自地政机关的地籍图，用以与该实景三维模型之相同的视角进行比对，以作为校正该实景三维模型的依据，使校正完成后的实景三维模型可以吻合该测量图中的土地鉴界。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该统计表是包含所加入三维图元或移除对象的项目/说明、单位、数量、单价、金额或合计，其中金额为数量与单价的乘积；例如：

品项/说明	单位	数量	单价	金额
					休闲倚	张	2	3,000	6,000
栏竿	M	200	150	30,000
					移去土方	M<sup>3</sup>	1500	200	300,000
合计				336,000

上述所示的统计表，仅是本发明为说明所展示的实施例，本发明并不自限该统计表中所对应的域名或者字段数目。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该统计表，令于该实景三维模型加入三维图元或移除对象时同步连动改变该统计表上的计录。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中该显示设备是可同时显示该实景三维模型的三维影像及至少一二维施工图，且令该三维影像与该二维施工图以及该统计表是同步连动。例如在显示设备上同时显示该实景三维模型的透视图及俯视图，而此三维影像与二维施工图是随着编辑该实景三维模型而同步连动，而该统计表也会随着该二维施工图或者实景三维模型的编辑而同步变更该统计表上的信息。上述显示设备是可指单一显示器或多台显示器，本发明并不予自限。

上述二维施工图，是指可含有尺寸标示或说明的平面配置图、剖面图、放大图或三维图的工程图等，输出后可供施工者作为施工依据。

本发明所揭示具备实景景观的土木工程设计方法，其中加入于该实景三维模型的各该三维图元，是可通过输出装置向外输出该三维图元包含有尺寸标示或说明的组件工程图，该组件工程图可以是各该三维图元所对应的正面图、俯视图或侧视图。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于，包括：

在一欲施工现场标定至少一基准点，所述施工现场的坐标系统定义为绝对坐标系统；

建立一个由摄影装置取自所述施工现场影像所建立的实景三维模型，所述实景三维模型是以所述基准点的三维坐标进行校正，使所建构的实景三维模型的相对坐标系统移到欲施工现场的绝对坐标系统上；

对已校正过的实景三维模型进行编辑，所述编辑是指对所述实景三维模型进行移除对象、加入三维图元或对所加入的三维图元进行修改；

在一显示设备上同步显示所述实景三维模型至少由一视角观察的影像；以及

一统计表，将加入于实景三维模型的三维图元或自所述实景三维模型中移除的对象，同步地记入或移出所述统计表的记录中，所述统计表可由一输出装置向外输出。

2.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：其中所述摄影装置是指飞行器，用以建立所述实景三维模型；所述基准点为一装置于施工现场的讯号发射器，令所述飞行器在摄影时与所述基准点保持讯号连接状态，并以所述基准点的绝对坐标为参考值，以对施工现场进行三维坐标的获取，同步进行实景三维模型的三维坐标校正。

3.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：将所述实景三维模型对应于所述基准点位置的相对坐标与所述基准点的绝对坐标之差定义为校正值，依其校正值对所述实景三维模型全部区域的三维坐标进行同等校正值的校正。

4.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：在欲施工现场标定多个基准点，将所述实景三维模型相对应于各所述基准点的位置的相对坐标，经校正后移至各所述基准点的绝对坐标上，且令相对应于两基准点间的实景三维模型是以平滑曲面修正。

5.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：进一步包括一施工现场的测量图，用以与所述实景三维模型进行比对，以作为校正所述实景三维模型的依据。

6.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：其中所述统计表是包含所加入三维图元或移除对象的项目/说明、单位、数量、单价、金额或合计，其中金额是指数量与单价的乘积。

7.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：其中所述显示设备是同时显示有所述实景三维模型之三维影像及至少一二维施工图，且令所述三维影像与所述二维施工图是同步连动。

8.根据权利要求7所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：其中所述二维施工图是指可含有尺寸标示或说明的平面配置图、剖面图、放大图或三维图元的工程图。

9.根据权利要求7所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：其中所述三维影像、所述二维施工图以及所述统计表是同步连动变更。

10.根据权利要求1所述具备实景景观的土木工程设计方法，其特征在于：其中加入于所述实景三维模型的各所述三维图元，是可通过所述输出装置向外输出所述三维图元包含有尺寸标示或说明的组件工程图。

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