CN111340953A - 一种点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明申请公开了一种点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，该方法包括步骤如下：(1)点云数据获取得到.LAS的扫描数据文件；(2)点云数据文件的处理转换及点云模型的生成；(3)点云模型与建筑单体模型的整合获得参数完整的工程设计建筑单体结构模型。本申请的方案通过扫描获得现有建筑的实际点云数据，对扫描数据进行处理形成点云模型，使其成为设计依据，准确还原出建筑现场的实际条件，并在此基础上与建筑单体设计模型结合，提高实际项目的设计精度，最大程度避免了设计阶段由于条件不完善而导致的设计变更，提高了设计合理性。
Description
技术领域
本申请的技术方案属于工程建筑设计领域，特别是在建筑模型的构建过程中充分借助点云数据的完整信息性，将点云数据转换点云模型并与建筑设计模型相结合从而实现工程设计建筑模型的准确呈现，即一种点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法。
背景技术
点云技术是最近几年在工程、产品实测中使用的一种测量技术，其通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合称之为点云。如果点云的获得采用三维坐标测量机得到较少点的数据参数，即相邻测量点之间的间距比较大，则形成的数据集合为稀疏点云；而使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云，点数量比较大并且比较密集，则称为密集点云或激光点云。随着扫描技术、大数据存储技术的发展，激光点云已经成为点云数据的主要形式。
激光点云数据的产生过程是利用一束激光照射物体表面时，其反射激光会携带照射物体的方位、距离等信息。若将激光束按照某种确定路径进行扫描，便会边扫描边记录到反射的激光点信息，由于激光波长短，其扫描精度极为精细，因此获取大量的扫描点信息。激光点云的数据信息中不仅包括了扫描物的三维坐标(XYZ)信息、激光反射强度(Intensity)参数还包括物体各扫描点的颜色信息(RGB)。
在工程建设的模型构建中，点云技术通常用来对已完成的建筑设计进行逆向模型重构，即针对已经完工的建筑项目进行三维扫描，然后利用点云完成逆向建模。但由于激光扫描数据通常是建筑物的局部坐标系统，为相对坐标，而基于相对坐标系统并不能真实反映建筑物所处的地理位置信息。此外，点云在建筑模型构的在整个项目周期中介入较晚，并没有在设计阶段发挥出其强大的建模功能和作用，且点云扫描数据在设计阶段，特别是在方案设计阶段无完整的配套服务应用。如何将点云数据在设计阶段与方案模型实现更好的结合，扩展点云数据的使用是建筑设计领域技术发展的前沿性方向。本申请的技术方案就是以此技术方向为突破点，结合点云数据的精准性，通过点云数据模型应用过程的数据转换和信息交流，实现建筑模型的精准呈现。
发明内容
本发明的目的是结合点云扫描大数据量，利用现有的数据处理软件进行点云数据处理获得点云模型，并将该点云模型与建筑项目中的设计模型相结合，实现对建筑单体完整参数的准确再现，避免因条件不完善而导致的设计频繁变更，提高项目设计的合理性。
本发明为达到上述发明目的，具体通过以下技术方案实现：一种点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，该方法包括步骤如下：
(1)点云数据获取得到.LAS的扫描数据文件；
(2)点云数据文件的处理转换及点云模型的生成；
(3)点云模型与建筑单体模型的整合获得参数完整的工程设计建筑单体结构模型。
本申请的方案中，通过扫描获得现有建筑的实际点云数据，对扫描数据进行处理形成点云模型，使其成为设计依据，准确还原出建筑现场的实际条件，在此基础上与建筑单体设计模型结合，能够提高实际项目的设计精度，最大可达毫米级，其准确性及精细程度远超传统方式，最大程度避免了设计阶段由于条件不完善而导致的设计变更，提高了设计合理性。
为了完整获取建筑的完整数据，在点云数据采集中的步骤(1)中通过无人机上安装的三维激光扫描仪、图像拍摄装置获得扫描数据文件。该扫描数据文件(.LAS文件)所包括的数据信息有：激光点的三维坐标数据、回波信息、强度信息、扫描角度、分类信息、飞行航带信息、飞行姿态信息、建筑项目信息、GPS信息、扫描点的颜色信息。这些数据为点云模型的构建提供了基础，其数据精度保证了点云模型的精确度。
步骤(2)中的点云模型生成过程为：
(2-1)将扫描数据文件导入三维实景建模软件ContextCapture Center，将数据信息现场还原转换为立体模型图像文件，即.S3C模型，该图像模型可以通过ContextCaptureViewer直接浏览；
(2-2)将扫描数据文件导入Autodesk Recap后根据扫描区域转换格式为.rcs格式的不同区域点云模型；
(2-3)不同区域的点云模型通过Autodesk Recap软件进行定位和排序后获得整个场地完整的点云模型，即生成.RCP点云项目文件。上述点云模型的生成中，充分利用了现有三维建模软件ContextCapture Center、ContextCapture Viewer及Autodesk公司相关软件产品能够清楚完整的点云数据实现模型转换，
上述步骤(3)中的建筑单体模型为经过Sketch Up软件修正后的建筑模型，即.IFC格式的模型文件，该格式模型可以实现不同建筑软件和系统间的数据交换。建筑方案模型与点云模型进行整合时，为避免模型的几何尺寸、空间关系等信息在数据传输过程中出现偏差，需要将SketchUp模型输出为IFC格式，该格式文件是建筑工程领域内标准文件格式，数据间的交互性强。
上述最终实现点云模型与建筑单体模型的整合过程为：利用Revit软件平台统一点云模型和建筑模型的坐标系、平面位置及水平标高，保证建筑单体在场地模型中处于正确的空间位置中，实现模型整合，该整合模型可直接导出设计图作为后续设计应用。
本申请的技术方案有效将点云技术与建筑设计实现了结合，特别是将点云数据通过模型转换后，将其测量到的准确场地数据引用建筑模型设计中，更真实再现了现场条件，保证的设计模型的准确性。
附图说明
图1为不考虑现场实际条件下的建筑设计模型图；
图2为现场实际的图像照片；
图3为点云扫描数据通过Autodesk Recap转换格式为.rcs格式的不同区域点云模型；
图4利用Autodesk Recap软件进行生成的整个场地完整的点云模型，即生成.RCP点云项目文件。
图5本实施中的图1模型转换后的.IFC格式模型。
具体实施方式
为了更清楚的对本申请的技术方案进行说明，以下结合一个具体在河岸石块真实场景环境的建筑工程设计来详细说明。如图2所示，现有的建筑物在一水岸边的山石堆中，建筑物本体建筑在山石，现场地面高度不同。传统的设计模型借助于CAD设计，仅能给出图1所示的设计方案，由于CAD平面图纸的表达能力及精度的限制，图面中仅有等高线、高程点等有限的场地信息，对比本设计中的复杂石块情况，只能是借助图像资料、卫星地图或设计师实地考察来修改设计。本申请借助点云扫描技术，对上述设计实现了改进，其具体步骤为：(1)设计团队和点云数据扫描团队进行充分交底，明确需要扫描的水系边建筑项目的情况，明确实施建筑扫描范围及重点扫描区域，统一确定扫描精度标准后，扫描人员借助在无人机上架设的三维激光扫描仪、图像拍摄装置在现场上空进行激光扫描获得扫描数据文件。该扫描数据文件为.LAS文件，其包括的数据信息有：激光点的三维坐标数据、回波信息、强度信息、扫描角度、分类信息、飞行航带信息、飞行姿态信息、建筑项目信息、GPS信息、扫描点的颜色信息；(2)前步的点云数据开始进行处理转换产生点云模型；其具体过程是(2-1)将扫描数据文件导入三维实景建模软件ContextCapture Center，将数据信息现场还原转换为立体模型图像文件，即.S3C模型，该图像模型可以通过ContextCapture Viewer直接浏览；(2-2)将扫描数据文件导入Autodesk Recap后根据扫描区域转换格式为.rcs格式的不同区域点云模型，如图3所示为本实施过程中对水系附近的场景进行点云扫描转换后的不同区域的点云模型；(2-3)不同区域的点云模型通过Autodesk Recap软件进行定位和排序后获得整个场地完整的点云模型，即生成.RCP点云项目文件，见图4组合后的点云模型图。在将点云模型，即步骤(2-3)的模型与建筑设计模型进行结合完善前，需要对图1的建筑设计模型进行转换，即将建筑方案通过Sketch Up模型输出成.IFC格式，图5是经过图1转换后的.IFC格式模型，该格式模型可以实现不同建筑软件和系统间的数据交换。最后，(3)利用Revit软件平台统一点云模型和建筑模型的坐标系、平面位置及水平标高，保证建筑单体在场地模型中处于正确的空间位置中，实现模型整合，该整合模型可直接导出设计图作为后续设计应用。
本专利技术方案在使用中应用的软件系统主要包括：(1)ContextCaptureCenter，(2)ContextCapture Viewer，(3)Autodesk Recap，(4)Autodesk Revit(5)BIM360，(6)Sketch Up。充分发挥上述图像建模及建筑设计软件的功能将点云数据结合实际项目条件，准确对建筑现场模型实现了完整信息的重构，提高了设计合理性。
本发明中的具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：
(1)点云数据获取得到.LAS的扫描数据文件；
(2)点云数据文件的处理转换及点云模型的生成；
(3)点云模型与建筑单体模型的整合获得参数完整的工程设计建筑单体结构模型。
2.根据权利要求1所述的点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，其特征在于，步骤(1)中通过无人机上安装的三维激光扫描仪、图像拍摄装置获得扫描数据文件。
3.根据权利要求1或2所述的点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，其特征在于，扫描数据文件(.LAS文件)所包括的数据信息有：激光点的三维坐标数据、回波信息、强度信息、扫描角度、分类信息、飞行航带信息、飞行姿态信息、建筑项目信息、GPS信息、扫描点的颜色信息。
4.根据权利要求1所述的点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，其特征在于，步骤(2)的点云模型生成过程为：
(2-1)将扫描数据文件导入三维实景建模软件ContextCapture Center，将数据信息现场还原转换为立体模型图像文件，即.S3C模型，该图像模型可以通过ContextCaptureViewer直接浏览；
(2-2)将扫描数据文件导入Autodesk Recap后根据扫描区域转换格式为.RCS格式的不同区域点云模型；
(2-3)不同区域的点云模型通过Autodesk Recap软件进行定位和排序后获得整个场地完整的点云模型，即生成.RCP点云项目文件。
5.根据权利要求1所述的点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，其特征在于，步骤(3)中的建筑单体模型为经过Sketch Up软件修正后的建筑模型，即.IFC格式的模型文件，该格式模型可以实现不同建筑软件和系统间数据交换。
6.根据权利要求1、4或5所述的点云数据结合建筑模型实现工程设计的方法，其特征在于，点云模型与建筑单体模型的整合过程为：利用Revit软件平台统一点云模型和建筑模型的坐标系、平面位置及水平标高，保证建筑单体在场地模型中处于正确的空间位置中，实现模型整合，该整合模型可直接导出设计图作为后续设计应用。
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