CN112509137A - 基于三维模型的桥梁施工进度监控方法、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法、系统和存储介质，所述方法包括：获取竣工点云和虚拟点云；对齐竣工点云和虚拟点云；将竣工点云分割成若干个竣工点云片段；将虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段；根据竣工点云片段和虚拟点云片段，计算桥梁的施工百分比。本发明实施例首先获取桥梁的竣工点云和虚拟点云，并对齐竣工点云和虚拟点云，接着分割竣工点云和虚拟点云，得到竣工点云片段和虚拟点云片段，最后根据竣工点云片段和虚拟点云片段计算得到桥梁的施工百分比。相较于现有的桥梁施工可视化，桥梁的施工百分比可以更精确反映桥梁施工进度。本发明可广泛应用于桥梁施工监控技术领域中。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工监控技术领域，尤其涉及一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法、系统和存储介质。
背景技术
随着经济的发展，为了满足社会发展的需要，需要进行大量基础设施建设，桥梁建设是基础设施建设中的一部分。
桥梁建设中桥梁施工进度监控是重要的一环，目前的桥梁施工进度监控一般基于建筑信息模型，通过建筑信息模型的动态展示实现桥梁施工的可视化，但桥梁施工的可视化只能直观反映桥梁的施工进度，不能精确反映桥梁的施工进度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法、系统和存储介质，以计算桥梁的施工进度。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，包括：
获取竣工点云和虚拟点云，所述竣工点云为在所述桥梁的施工现场扫描得到的点云，所述虚拟点云为所述桥梁的三维设计模型对应的点云；
对齐所述竣工点云和所述虚拟点云；
将所述竣工点云分割成若干个竣工点云片段，所述竣工点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
将所述虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段，所述虚拟点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比。
进一步，所述对齐所述竣工点云和所述虚拟点云这一步骤，包括：
获取所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对；
根据所述匹配点对对齐所述竣工点云和所述虚拟点云。
进一步，所述获取所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对这一步骤，包括：
根据最近邻算法计算所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对。
进一步，所述获取所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对这一步骤，包括：
获取所述竣工点云和所述虚拟点云中距离小于距离阈值的匹配点对。
进一步，所述根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比这一步骤，包括：
获取竣工点云片段面和虚拟点云片段面，所述竣工点云片段面为所述竣工点云片段与所述虚拟点云片段重叠点数最大的面，所述虚拟点云片段面为所述虚拟点云片段与所述竣工点云片段重叠点数最大的面；
根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的模型元素完成百分比；
根据所述模型元素完成百分比计算所述桥梁的施工百分比。
进一步，所述根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的模型元素完成百分比这一步骤，包括：
将所述竣工点云片段面的面积除以所述虚拟点云片段面的面积，得到所述桥梁的模型元素完成百分比。
进一步，所述根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的模型元素完成百分比这一步骤，包括：
根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的当前模型元素完成百分比；
获取所述桥梁的在先模型元素完成百分比，所述在先模型元素完成百分比为所述桥梁在先计算的模型元素完成百分比；
将所述当前模型元素完成百分比和所述在先模型元素完成百分比中的最大值作为模型元素完成百分比。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种基于三维模型的桥梁施工进度监控系统，包括：
获取模块，用于获取竣工点云和虚拟点云，所述竣工点云为在所述桥梁的施工现场扫描得到的点云，所述虚拟点云为所述桥梁的三维设计模型对应的点云；
对齐模块，用于对齐所述竣工点云和所述虚拟点云；
分割模块，用于将所述竣工点云分割成若干个竣工点云片段，所述竣工点云片段对应所述三维设计模型的模型元素，将所述虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段，所述虚拟点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
计算模块，用于根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比。
本发明所采用的第三技术方案是：
一种基于三维模型的桥梁施工进度监控系统，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法。
本发明所采用的第四技术方案是：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法。
本发明实施例首先获取桥梁的竣工点云和虚拟点云，并对齐竣工点云和虚拟点云，接着分割竣工点云和虚拟点云，得到竣工点云片段和虚拟点云片段，最后根据竣工点云片段和虚拟点云片段计算得到桥梁的施工百分比。相较于现有的桥梁施工可视化，桥梁的施工百分比可以更精确反映桥梁施工进度。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。此外，对于以下实施例中所述的若干个，其表示为至少一个。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成，上部结构又称桥跨结构，是跨越障碍的主要结构；下部结构包括桥台、桥墩和基础；支座为桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。
目前桥梁施工进度监控一般采用人工的方式进行，通过扫描方式获取施工现场的三维模型，通过人工的方式判断桥梁的施工进度，但通过人工的方式判断桥梁的施工进度存在较大的主观因素，且无法形成一个统一的判断标准。
如图1所示，本申请实施例提供了一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，包括：
S100、获取竣工点云和虚拟点云，所述竣工点云为在所述桥梁的施工现场扫描得到的点云，所述虚拟点云为所述桥梁的三维设计模型对应的点云；
S200、对齐所述竣工点云和所述虚拟点云；
S300、将所述竣工点云分割成若干个竣工点云片段，所述竣工点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
S400、将所述虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段，所述虚拟点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
S500、根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比。
本申请实施例中，提供了一种桥梁施工进度监控方法，可以计算桥梁的施工百分比。桥梁施工进度监控方法可以周期性地执行以帮助用户获取桥梁的施工状态。在该方法中，通过移动激光雷达系统获取施工桥梁现场的数字快照，通过距离桥梁施工项目站点最近的永久全球导航和卫星系统站点获取全球导航和卫星系统数据，通过移动激光雷达系统获取移动激光雷达的惯性测量单元数据，结合数字快照、全球导航和卫星系统数据和惯性测量单元数据获取得到竣工点云，竣工点云可以反映桥梁的当前建设进度，竣工点云可以以LAS和E57两种格式存储。同时获取桥梁的三维设计模型，桥梁的三维设计模型是桥梁的目标三维模型，即建成以后的桥梁的目标三维模型，将桥梁的三维设计模型转换为STL文件格式，从桥梁的三维设计模型的STL文件中可以提取得到虚拟点云。为了明确竣工点云和虚拟点云之间的对应关系，可以利用人工对齐的方式对齐竣工点云和虚拟点云，竣工点云和虚拟点云的对齐精度决定了桥梁的施工百分比的计算精度。在一些实施例中，可以先利用人工对齐的方式对齐竣工点云和虚拟点云，同时使用迭代最近点算法对竣工点云和虚拟点云进行进一步对齐。迭代最近点算法需要先计算竣工点云和虚拟点云的匹配点对；计算匹配点对平均距离最小的刚体变换，求得平移参数和旋转参数；对竣工点云和虚拟点云中的任意一者进行平移和旋转，得到对齐后的竣工点云或虚拟点云；通过上述几个步骤的迭代计算直至竣工点云和虚拟点云的匹配点对的平均距离小于阈值要求，从而实现对于竣工点云和虚拟点云的对齐。在竣工点云和虚拟点云的匹配点对的计算过程中，可以采用最近邻算法进行计算，最近邻算法通过计算对象间距离作为各个对象之间的非相似性指标，解决了对象之间的匹配问题，在这里距离可以使用欧式距离或者曼哈顿距离。在竣工点云和虚拟点云的匹配点对的计算过程中，为了提高匹配点对的精度，还可以去除匹配点对中实际距离超过预定义距离阈值的点，通过去除匹配点对中距离超过预定义距离阈值的点，可以去除无效匹配点，从而提高竣工点云和虚拟点云对齐的效率和精度。例如，在进行手动对齐之后，通过最近邻算法计算竣工点云和虚拟点云的匹配点对，删除匹配点对中距离超过7cm的点对，仅仅保留竣工点云和虚拟点云中相对应的点。由于竣工点云和虚拟点云本身结构较为复杂，难以通过竣工点云和虚拟点云直接求取桥梁的施工百分比，因此需要对竣工点云和虚拟点云进行一致性分割。可以将三维设计模型中的元素作为对照对竣工点云和虚拟点云进行分割，即分割后的竣工点云片段和虚拟点云片段对应三维设计模型中的元素。得到竣工点云片段和虚拟点云片段后，可以分别计算竣工点云片段和虚拟点云片段对应的模型元素完成百分比，并对模型元素完成百分比进行平均或者加权平均从而计算得到桥梁的施工百分比。
作为可选的实施例，在计算模型元素完成百分比的过程中，可以直接计算竣工点云片段和虚拟点云片段所包围的体积比例，也可以先获取竣工点云片段和虚拟点云片段对应的三维设计模型元素，并从三维设计模型元素中获取其各个几何面，然后计算几何面上竣工点云片段和虚拟点云片段的重叠点数，将重叠点数最多的几何面作为基准面，在基准面上生成竣工点云片段凸包和虚拟点云片段凸包，计算竣工点云片段凸包和虚拟点云片段凸包的面积比例作为桥梁的施工百分比。
由于在获取竣工点云的过程中，可能出现桥梁各个模块互相遮挡的情况，导致获取竣工点云的过程中无法获取完整的点云，这种情况在桥梁建设的后期更为明显，后来建造的桥梁的部分会逐渐遮挡先前建造的桥梁的部分，导致模型元素完成百分比计算出现误差。
作为可选的实施例，在进行模型元素完成百分比的计算过程中，可以结合先前计算得到的模型元素完成百分比进行判断，取至今计算得到的最大模型元素完成百分比作为该模型元素的模型元素完成百分比。例如，本次的模型元素完成百分比计算结果为30％，但在先计算得到的模型元素完成百分比存在50％和20％，则将50％作为模型元素完成百分比。
本申请实施例还提供了一种基于三维模型的桥梁施工进度监控系统，包括：
获取模块，用于获取竣工点云和虚拟点云，所述竣工点云为在所述桥梁的施工现场扫描得到的点云，所述虚拟点云为所述桥梁的三维设计模型对应的点云；
对齐模块，用于对齐所述竣工点云和所述虚拟点云；
分割模块，用于将所述竣工点云分割成若干个竣工点云片段，所述竣工点云片段对应所述三维设计模型的模型元素，将所述虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段，所述虚拟点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
计算模块，用于根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比。
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
本申请实施例还提供了一种基于三维模型的桥梁施工进度监控系统，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行上述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法。
本申请实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行上述方法实施例中任一个技术方案所述的方法步骤。对于所述存储介质，其可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。可见，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
上述方法实施例中的内容均适用于本笔记本实施例中，本笔记本实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
应当认识到，本申请的实施例系统中所包含的层、模块、单元和/或平台等可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，本发明实施例系统中所包含的层、模块、单元和/或平台所对应执行的数据处理流程，其可按任何合适的顺序来执行，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本发明实施例系统中所包含的层、模块、单元和/或平台所对应执行的数据处理流程可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述系统可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明系统中所包含的层、模块、单元和/或平台所对应执行的数据处理流程可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (10)
1.一种基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，包括：
获取竣工点云和虚拟点云，所述竣工点云为在所述桥梁的施工现场扫描得到的点云，所述虚拟点云为所述桥梁的三维设计模型对应的点云；
对齐所述竣工点云和所述虚拟点云；
将所述竣工点云分割成若干个竣工点云片段，所述竣工点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
将所述虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段，所述虚拟点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比。
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，所述对齐所述竣工点云和所述虚拟点云这一步骤，包括：
获取所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对；
根据所述匹配点对对齐所述竣工点云和所述虚拟点云。
3.根据权利要求2所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，所述获取所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对这一步骤，包括：
根据最近邻算法计算所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对。
4.根据权利要求2所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，所述获取所述竣工点云和所述虚拟点云中的匹配点对这一步骤，包括：
获取所述竣工点云和所述虚拟点云中距离小于距离阈值的匹配点对。
5.根据权利要求1所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，所述根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比这一步骤，包括：
获取竣工点云片段面和虚拟点云片段面，所述竣工点云片段面为所述竣工点云片段与所述虚拟点云片段重叠点数最大的面，所述虚拟点云片段面为所述虚拟点云片段与所述竣工点云片段重叠点数最大的面；
根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的模型元素完成百分比；
根据所述模型元素完成百分比计算所述桥梁的施工百分比。
6.根据权利要求5所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，所述根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的模型元素完成百分比这一步骤，包括：
将所述竣工点云片段面的面积除以所述虚拟点云片段面的面积，得到所述桥梁的模型元素完成百分比。
7.根据权利要求5所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法，其特征在于，所述根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的模型元素完成百分比这一步骤，包括：
根据所述竣工点云片段面的面积和所述虚拟点云片段面的面积，计算所述桥梁的当前模型元素完成百分比；
获取所述桥梁的在先模型元素完成百分比，所述在先模型元素完成百分比为所述桥梁在先计算的模型元素完成百分比；
将所述当前模型元素完成百分比和所述在先模型元素完成百分比中的最大值作为模型元素完成百分比。
8.一种基于三维模型的桥梁施工进度监控系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取竣工点云和虚拟点云，所述竣工点云为在所述桥梁的施工现场扫描得到的点云，所述虚拟点云为所述桥梁的三维设计模型对应的点云；
对齐模块，用于对齐所述竣工点云和所述虚拟点云；
分割模块，用于将所述竣工点云分割成若干个竣工点云片段，所述竣工点云片段对应所述三维设计模型的模型元素，将所述虚拟点云分割成若干个虚拟点云片段，所述虚拟点云片段对应所述三维设计模型的模型元素；
计算模块，用于根据所述竣工点云片段和所述虚拟点云片段，计算所述桥梁的施工百分比。
9.一种基于三维模型的桥梁施工进度监控系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1-7任一项所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于三维模型的桥梁施工进度监控方法。
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| CN202011398079.XA CN112509137A (zh) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 基于三维模型的桥梁施工进度监控方法、系统和存储介质 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115063702A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-16 | 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所 | 一种基于点云取样的高铁连续梁施工进度检测方法 |
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2020
- 2020-12-04 CN CN202011398079.XA patent/CN112509137A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN115063702B (zh) * | 2022-06-21 | 2022-11-29 | 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所 | 一种基于点云取样的高铁连续梁施工进度检测方法 |
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