CN111854709A - 基于bim+全息投影的工程测量放线试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置，它包括数控底座和全息投影装置，数控底座上设置有独立数控可升降台组成的升降阵列模拟出放线场地凹凸不平环境，各独立数控可升降台的上表面有全息纱布，全息投影装置由步进电机结构控制升降。该种工程测量放线投影装置，通过结合BIM+全息投影技术等多方面改进，结构简单、使用方便。可以瞬时高效准确的完成工程测量中放线工作。多个独立升降台可模拟放线场地不同程度的凹凸表面，其表面的全息幕布用于全息投影的投射。该种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置，能实现更智能和高效准确施工放线，减少了人力同时提高了作业精度，取得更好的社会效益和经济效益。

Description

基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置和方法

技术领域

本发明涉及工程测量用具领域和建设施工技术领域，具体为一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置和方法。

背景技术

BIM技术，即建筑信息模型技术(building information model)，利用BIM能高效精确且更直观的建立建筑模型，极有利的帮助完成项目的可行性、可视化、碰撞检查、成本预估、施工管控分析。全息投影技术，是利用干涉和衍射原理记录物体的光波记录，将激光辐照下形成漫射式的物光束投射；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉。

工程建设中施工时的测量放线是一项重要工作，是整个房屋建设项目的重要的基础工作之一，直接决定建筑的质量及工程的正常进行，具有非常重要的意义。普遍的测量放线方法运用水准仪、全站仪等设备，需要进行桩点定位，然后人工在装点间拉绳线，撒石灰定线。由于绳线具有弹性易产生误差且人工操作也容易产生误差，因此误差会愈发增大。同时此方法劳动强度大，效率低，影响施工质量。在时间上，传动的人工放线遇到4至5小时，新型的放线机器人需要1至两个小时。

所以，如何结合BIM技术和全息投影技术，设计一种瞬时高效、节约人工、精确度高同时能够及时调整的工程测量放线设备和方法，成为当前需要解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先公开了一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置，它包括数控底座和全息投影装置，数控底座上设置有独立数控可升降台组成的升降阵列模拟出放线场地凹凸不平环境，各独立数控可升降台的上表面有全息纱布，全息投影装置由步进电机结构控制升降。

优选的，所述步进电机结构包括电动伸缩滑轨、横杆滑轨、传送履带和步进电机，电动伸缩滑轨为4根，在数控底座的四个顶点按顺时针方向分别设置2根、1根、0根和1根；横杆滑轨为2根，每根横杆滑轨分别横向固定在相邻两根电动伸缩滑轨的顶端；电动伸缩滑轨和横杆滑轨上覆有传送履带，传送履带受步进电机提供动力运转；全息投影装置设置在传送履带上，实现纵向和横向的位移。

优选的，步进电机上设置有控制开关。

优选的，所述全息投影装置为装置盒，正面设置有半球形突出镜头，半球形突出镜头内设置有全息投影仪和摄像头；所述摄像头集成图像识别模块，装置盒内集成wifi通信模块，信号采集模块，音频采集模块；

信号采集模块采集场地图像数据，场地图像数据通过图像识别模块比对，确定场地是否有硬物遮挡；若有硬物遮挡，场地图像数据通过wifi通信模块传输到PC端的BIM模型之中；在PC端人工设定新的放线方案，直至绕过障碍物。

通过装置盒内的音频采集模块和重力传感器，可以记录每次使用时的周围环境音频和设备位置坐标。

优选的，所述全息投影装置在其底部开有网孔，网孔内设置有扬声器。

优选的，所述全息投影装置的后侧设置有屏幕。

本发明还公开了一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验方法，基于本发明所述的装置，它包括以下步骤：

步骤1.导入场地CAD图纸，创建放线场地基座的等比例缩尺BIM模型；

步骤2.基于BIM模型放样基准点位置，在Revit软件中画出场地的轴线，建筑轮廓线，在模型中是实现虚拟放线；

步骤3.开启方形数控底座，将BIM模型及确定的放线方案传输到装置盒中，升降阵列的各独立数控可升降台依据BIM地模模型自主升降，模拟出放线场地凹凸不平环境；

开启全息投影仪，投射出包含轴线、轮廓线的网格线；同时开启摄像头；

步骤4.启动步进电机控制装置，升起4根电动伸缩滑轨，步进电机通过传动履带控制横杆滑轨在z轴上的移动到设定高度，步进电机通过传动履带进一步控制两个全息投影装置在x轴、y轴水平方向达到设定位置；开启全息投影仪，分别从x轴，y轴方向投射场网格线到底座全息纱布上；

步骤5.摄像头将光像转化为电信号，通过哈希算法计算像素点上的灰度值，判断升降阵列上是否有硬物遮挡，如有遮挡，通过wifi模块将硬物遮挡的场地图像传回电脑，在Revit中改变放线方案，将新的放线方案传递给装置盒，控制步进电机调整全息投影装置位置，完成新的放线；

步骤6.重复步骤4-5，调整放线方案，步进电机控制全息投影仪移动到最佳投影位置，放线完成，实现瞬时放线工作。

优选的，步骤3中，各独立数控可升降台模拟放线现场地凹凸不平环境，并自主升降。

优选的，步骤5中，如果场地上有硬物遮挡，全息投影仪旁边的摄像头通过图像识别的方式检测到遮挡物，将拍摄的x轴，y轴两个方向上的图片通过wifi通信模块传输到BIM模型中，在模型中绘制出遮挡物位置。

优选的，步骤5中，摄像头全程拍摄记录操作过程，并保存在SD卡中。

本发明的有益效果

该种工程测量放线投影装置，通过结合BIM+全息投影技术等多方面改进，结构简单、使用方便。可以瞬时高效准确的完成工程测量中放线工作。400个独立升降台可模拟放线场地不同程度的凹凸表面，其表面的全息幕布用于全息投影的投射。

该装置通过三根可伸缩滑轨和两个横杆滑轨，可实现在x轴，y轴，z轴三个方向上自由移动全息投影仪，灵活高效，定位精准。两个全息投影仪分别置于x轴与y轴方向，从两个方向投射出正交的全息影像到底座的模拟地模上。正交的轴线准确快速的在地模上完成放线工作。

当场地表面有障碍物遮挡时，处于半球形镜头里的图像采集模块会自主拍摄地模底座照片，CMUCAM3摄像头将光像转化为电信号，通过设定的哈希(Hash)算法，该算法可简述为：缩小对比图尺寸，去除图像细节，保留明暗结构。将图像转为64级灰度，计算每个像素点上的灰度值，比较每个像素点的灰度值。判断升降阵列上是否有硬物遮挡，如有遮挡，通过wifi模块将硬物遮挡的场地图像传回电脑，在Revit中改变放线方案，将新的放线方案传递给装置盒，控制步进电机调整全息投影装置位置，完成新的放线。

如图像采集模块通过采集比对确定场地中有障碍物遮挡时，图像采集模块将x轴与y轴两个方向上采集到的图像通过wifi通信模块传输到PC端的BIM模型之中，人工通过修改设定新的放线方案绕过障碍物。修改之后的放线方案通过通信模块传回装置盒，同时步进电机移动到新的放线位置完成放线，所投射的全息投影为施工轴线。

该发明优势还在于：装置盒后侧有屏幕，可以在屏幕上显示出工作状态和参数，便于监控和管理。装置盒底部有扬声器，可实现扩音功能，为在工地的通知和交流提供便利。同时装置盒可拆卸，便于保护和携带，也便于数据的导入和导出。通过装置盒内的音频采集模块和重力传感器，可以记录每次使用时的周围环境音频和设备位置坐标。该种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置，能实现更智能和高效准确施工放线，减少了人力同时提高了作业精度，取得更好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的结构后视图；

图3为本发明装置的装置盒结构放大图；

图中：1-数控底座；2-升降阵列；2-1-数控可升降台；3-全息纱布；4-电动伸缩滑轨；5-步进电机；6-横杆滑轨；7-装置盒；8-网孔；9-屏幕；10-镜头；11-全息投影仪；12-摄像头

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步说明，其中，数控底座与步进电机控制系统构成的整体试验装置为缩尺模型，为了模拟放线施工现场的情况。同时利用缩尺模型，描述基于BIM+全息投影的工程测量放线方法，便于理解和验证。附图中某些部件结构有省略、放大，并不代表实际的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明的省略时是可以理解的。基于本发明中的实施例及方法，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的所有其他实施例及方法，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明提供一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置，包括方形数控底座1和步进电机5装置及全息投影装置构成的投影设备；所述方形数控底座1上有20乘20个独立数控可升降台2-1，所述数控升降台2-1可独立升降以模拟场地的各种凹凸情况。所述方形数控底座1三个角上有电动伸缩滑轨4(电动伸缩滑轨4为4根，在数控底座1的四个顶点按顺时针方向分别设置2根、1根、0根和1根)，在使用时，电动伸缩滑轨4在z轴方向上升起，使用结束后收缩，以节省空间。所述电动伸缩滑轨4上有步进电机5，所述步进电机5之间连接有横杆滑轨6，步进电机5通过传动履带与滑轨连接，通过点击转动带动履带转动从而使得投影设备自由移动。通过步进电机5在x轴y轴上的移动，可以使全息投影仪投影范围覆盖全部的地模底座，同时该设备应对更大场地可以实现多台联动放线工作。所述步进电机5上有开关，为了保证位置的准确性和设备安全性，不使用时关闭电机电源开关。所述横杆滑轨6上有装置盒7(优选的，为方形装置盒)，所述装置盒7后侧有屏幕9，可以显示装置的运行状态和各种模块检测的参数。所述装置盒7底侧有网孔8，所述网孔8内设置有扬声器，可以实现扩音作用，便于在施工现场发布通知。所述装置盒7正面设置有镜头10，所述镜头10内有全息投影仪11和摄像头12(优选的实施例中，采用CMUCAM3图像采集摄像头)。所述全息投影仪11可以向底座1上投射出包括轴线、轮廓线(墙线、柱线等)的网格线。

如在实际使用时，遇到场地中有障碍物遮挡，处于半球形镜头10里的图像采集传感器会自主拍摄地模底座照片，CMUCAM3摄像头将光像转化为电信号，通过图像识别模块，与BIM模型中的场地进行对比。其中图像识别运用的是哈希(Hash)算法，该算法可简述为：缩小对比图尺寸，去除图像细节，保留明暗结构。将图像转为64级灰度，计算每个像素点上的灰度值，比较每个像素点的灰度值。所述图像采集模块将x轴与y轴两个方向上采集到的图像通过wifi通信模块传输到PC端的BIM模型之中，判断升降阵列上是否有硬物遮挡，人工通过修改设定新的放线方案绕过障碍物。修改之后的放线方案通过通信模块传回装置盒7，同时步进电机移动到新的放线位置完成放线，所投射的全息投影为施工轴线。即通过BIM模型及时改变放线方案，完成新的放线。

更具体而言，所述全息投影仪11所投射的影像，包含放线网格线，轴线，墙体轮廓线及场地设备线等图像。当使用前，通过在BIM模型中建立的模型，确定投影高度和x轴，y轴位置坐标，在Revit软件中画出施工轴线并模拟出放线位置。接着把调整好的放线方案通过wifi模块输入到全息投影设备之中。使用时，用数控台模拟地模外观，开启步进电机5，升起电动伸缩滑轨4，根据给定三维坐标自动达到设定位置。通过微调位置，使得两个方向的投影线正交，从而完成位置的固定。在方形底座上投射出的轴线、轮廓线即为施工放线。实现瞬间高效完成放线工作。当需要改变参照点或更换放线方案时，可通过装置盒7中的wifi装置实时与电脑端重新调整后的BIM模型完成数据传输。能够快速完成新的放线施工。当使用后，关闭全息投影仪11，收起电动伸缩滑轨4即可收起设备，便于携带。

具体使用步骤可分为：

步骤1.导入场地CAD图纸，创建放线场地基座的等比例缩尺BIM模型；

步骤2.基于BIM模型放样基准点位置，在Revit软件中画出场地的轴线，建筑轮廓线，在模型中是实现虚拟放线；

步骤3.开启方形数控底座，将BIM模型及确定的放线方案传输到方形装置盒中，升降阵列2的各独立数控可升降台2-1依据BIM地模模型自主升降，模拟出放线场地凹凸不平环境；开启全息投影仪，投射出包含轴线、轮廓线的网格线；同时开启CMUCAM3图像识别模块。

步骤4.启动步进电机控制装置，升起4根电动伸缩滑轨4，步进电机5通过传动履带控制横杆滑轨6在z轴上的移动到设定高度，步进电机5通过传动履带进一步控制两个全息投影装置7在x轴、y轴水平方向达到设定位置；开启全息投影仪，分别从x轴，y轴方向投射场网格线到底座全息纱布上；

步骤5.CMUCAM3摄像头将光像转化为电信号，通过设定好的哈希(Hash)算法计算像素点上的灰度值，判断升降阵列上是否有硬物遮挡，如有遮挡，通过wifi模块将硬物遮挡的场地图像传回电脑，在Revit中改变放线方案，将新的放线方案传递给方形装置盒，控制步进电机调整全息投影装置位置，完成新的放线；

步骤6.重复步骤4-5，调整放线方案，步进电机5控制全息投影仪移动到最佳投影位置，放线完成，实现瞬时放线工作。

本发明包含的投影设备和方法旨在设计一种结合BIM+全息投影技术的高效准确的放线系统。本专利对本发明进行了描述，该描述没有限制性，实际的方法并不局限于此。本发明还可以有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验装置，其特征在于它包括数控底座(1)和全息投影装置(7)，数控底座(1)上设置有独立数控可升降台(2-1)组成的升降阵列(2)模拟出放线场地凹凸不平环境，各独立数控可升降台(2-1)的上表面有全息纱布(3)，全息投影装置(7)由步进电机结构控制升降。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述步进电机结构包括电动伸缩滑轨(4)、横杆滑轨(6)、传送履带和步进电机(5)，电动伸缩滑轨(4)为4根，在数控底座(1)的四个顶点按顺时针方向分别设置2根、1根、0根和1根；横杆滑轨(6)为2根，每根横杆滑轨(6)分别横向固定在相邻两根电动伸缩滑轨(4)的顶端；电动伸缩滑轨(4)和横杆滑轨(6)上覆有传送履带，传送履带受步进电机(5)提供动力运转；全息投影装置(7)设置在传送履带上，实现纵向和横向的位移。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述全息投影装置(7)为装置盒，正面设置有半球形突出镜头(10)，半球形突出镜头(10)内设置有全息投影仪(11)和摄像头(12)；所述摄像头(12)集成图像识别模块，装置盒内集成wifi通信模块，信号采集模块，音频采集模块；

信号采集模块采集场地图像数据，场地图像数据通过图像识别模块比对，确定场地是否有硬物遮挡；若有硬物遮挡，场地图像数据通过wifi通信模块传输到PC端的BIM模型之中；在PC端人工设定新的放线方案，直至绕过障碍物。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述全息投影装置(7)在其底部开有网孔(8)，网孔(8)内设置有扬声器。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述全息投影装置(7)的后侧设置有屏幕(9)。

6.一种基于BIM+全息投影的工程测量放线试验方法，基于权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于它包括以下步骤：

步骤1.导入场地CAD图纸，创建放线场地基座的等比例缩尺BIM模型；

步骤2.基于BIM模型放样基准点位置，在Revit软件中画出场地的轴线，建筑轮廓线，在模型中是实现虚拟放线；

步骤3.开启方形数控底座，将BIM模型及确定的放线方案传输到装置盒中，升降阵列(2)的各独立数控可升降台(2-1)依据BIM地模模型自主升降，模拟出放线场地凹凸不平环境；

开启全息投影仪(11)，投射出包含轴线、轮廓线的网格线；同时开启摄像头(12)；

步骤4.启动步进电机控制装置，升起4根电动伸缩滑轨(4)，步进电机(5)通过传动履带控制横杆滑轨(6)在z轴上的移动到设定高度，步进电机(5)通过传动履带进一步控制两个全息投影装置(7)在x轴、y轴水平方向达到设定位置；开启全息投影仪(11)，分别从x轴，y轴方向投射场网格线到底座全息纱布上；

步骤5.摄像头将光像转化为电信号，通过哈希算法计算像素点上的灰度值，判断升降阵列上是否有硬物遮挡，如有遮挡，通过wifi模块将硬物遮挡的场地图像传回电脑，在Revit中改变放线方案，将新的放线方案传递给装置盒，控制步进电机调整全息投影装置位置，完成新的放线；

步骤6.重复步骤4-5，调整放线方案，步进电机(5)控制全息投影仪(11)移动到最佳投影位置，放线完成，实现瞬时放线工作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤3中，各独立数控可升降台(2-1)模拟放线现场地凹凸不平环境，并自主升降。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤5中，如果场地上有硬物遮挡，全息投影仪(11)旁边的摄像头通过图像识别的方式检测到遮挡物，将拍摄的x轴，y轴两个方向上的图片通过wifi通信模块传输到BIM模型中，在模型中绘制出遮挡物位置。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤5中，摄像头全程拍摄记录操作过程，并保存在SD卡中。

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