CN112815951B - 一种基于建筑物3d模型的网格路径规划方法 - Google Patents

一种基于建筑物3d模型的网格路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法，首先是获取室内平面的多边形区域，然后选取合适的网格层级，剖分该区域为一个个的网格，接着根据每个网格的实际情况确认其可通达性(有障碍物就是不可以通行，否则就是可通行)，最后根据网格的可通达性使用诸如A*算法之类的路径搜索算法计算出起点到终点的最优路径。如果建筑物有BIM模型，本发明可以自动计算出网格的可通达性，这将大大降低实际的工作量。本发明自动计算出网格的可通达性，仅需较少的人工干预，相较于实地测量标定每个网格的可通达性，在成本和时间上都有极大的节省。

Description

一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法。
背景技术
在室外因为存在路网，而且能够接收卫星信号进行定位，所以比较容易根据路网信息进行路径规划，根据定位信息进行实时导航。而在建筑物室内，通常没有明确的道路，也收不到卫星信号从而不能定位，因此室内的路径规划及导航比较困难。
室内在诸如消防应急等场景中，通常都预先设置了多条应急逃生的通道，可以基于这些人为预置的通道进行路径规划。
室内不能接收卫星信号，如要进行室内定位，目前较多地使用了诸如iBeacon、WIFI或者RFID等无线定位技术，在室内预先部署了多个信号源，而需要定位的人或物携带信号识别器，读取信号从而计算当前的位置实现室内定位。但是因为需要进行改造安装，还可能要携带专门的感知设备，目前室内定位进而导航仅有很少的试验应用。
因此目前缺少一种能够在人工干预较少的情况下，快速准确进行室内无路网的路径规划的方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法，能够快速准确地完成室内无路网的路径规划，且自动化程度高、人工干预较少。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下方法：
步骤1、从建筑物的BIM模型提取出建筑物每一楼层的3D模型。
步骤2、解析每一楼层的3D模型，获取楼层中所有的顶点以及所有的平面；并筛选出所有的垂直面，即为墙体。
步骤3、获取楼层水平面上的墙体投影，墙体投影为墙体在水平面上投影的点和线的集合。
步骤4、获取楼层的3D模型对应水平面的外包矩形，并叠加墙体投影，得到楼层平面图。
步骤5、选取合适的网格层级剖分楼层平面图，得到剖分网格块集合；若剖分网格块集合中的剖分网格块中存在墙体投影，则剖分网格块不可通行，否则剖分网格块可通行，据此构建楼层平面图对应的可通达矩阵。
步骤6、利用剖分得到的每个楼层的剖分网格块集合，采用路径规划算法进行路径规划，得到规划好的路径。
进一步地，从建筑物的BIM模型提取出建筑物每一楼层的3D模型，之后，将每一楼层的3D模型转化成OBJ格式文件进行存储；步骤2中，解析每一楼层的3D模型即为解析楼层对应的OBJ格式文件。
进一步地，选取合适的网格层级剖分楼层平面图，具体为，所选取的合适的网格层级对应尺寸保证人可通行。
进一步地，若剖分网格块集合中的剖分网格块中存在墙体投影，则剖分网格块不可通行，否则剖分网格块可通行，据此构建楼层平面图对应的可通达矩阵，具体为：可通达矩阵中每个元素均对应楼层平面图中的剖分网格，元素取值为对应剖分网格的可通行性，用0表示可通行，1表示不可通行，由此得到楼层平面图的可通达矩阵。
进一步地，利用剖分得到的每个楼层的剖分网格块集合，采用路径规划算法进行路径规划，得到规划好的路径，具体为：每个楼层获得一个对应的可通达矩阵，使用A*算法实现单个楼层的路径规划。若一条路径的起点和终点分处于不同的楼层，则首先确定每一楼层中楼层间通道所处的剖分网格块，则路径规划包括：起点楼层的路径规划和终点楼层的路径规划。
起点楼层的路径规划为从起点到起点楼层的楼层间通道之间的路径规划。终点楼层的路径规划就是终点楼层的楼层间通道到终点之间的路径规划。
进一步地，步骤6还包括：获取实时异常信息，实时异常信息包括引发通行障碍的物体或事件所处的剖分网格块。采用路径规划算法，结合可通达矩阵以及实时异常信息进行路径规划。
有益效果：
本发明提供的一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法，首先是获取室内平面的多边形区域，然后选取合适的网格层级，剖分该区域为一个个的网格，接着根据每个网格的实际情况确认其可通达性(有障碍物就是不可以通行，否则就是可通行)，最后根据网格的可通达性使用诸如A*算法之类的路径搜索算法计算出起点到终点的最优路径。如果建筑物有BIM模型，本发明可以自动计算出网格的可通达性，这将大大降低实际的工作量。本发明自动计算出网格的可通达性，仅需较少的人工干预，相较于实地测量标定每个网格的可通达性，在成本和时间上都有极大的节省。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法，其流程如图1 所示，包括如下步骤
步骤1、从建筑物的BIM模型提取出建筑物每一楼层的3D模型，本发明实施例中可以按照每个楼层将楼层的3D模型转化成OBJ格式存储起来。
步骤2、解析每个楼层的OBJ文件，获取所有的顶点以及所有的平面。一般的，建筑物的每层楼的OBJ格式的3D模型，墙体是垂直面。可以通过计算，筛选出所有的垂直面。
步骤3、计算出各个墙体(垂直面)在水平面的投影，这将在水平面上得到点和线的集合。
步骤4、获取楼层3D模型水平面的外包矩形，并叠加墙体到水平面的投影。可以看出，所有墙面在水平面的投影构成的图形类似该楼层的CAD平面图。
步骤5、选取合适的网格层级剖分外包矩形为网格块集。如果网格块中有墙体投影，那么该网格块中有障碍因而不可通过，否则该网格块是可以通过的。
在将外包矩形进行剖分时，使用的是北斗网格，北斗网格是根据全球剖分网格GeoSOT所制定的。全球剖分网格(GeoSOT)是国家973项目“全球空天信息剖分组织机理与应用方法研究”的重要研究成果。该技术将地心到地球外围5.7万KM的地球空间剖分成体积形状相似、既无缝隙也不重叠的32级多层次离散网格。最小立体网格可达1.5厘米。剖分后网格都具有唯一编码，该编码具有多尺度、可标识、可定位、可索引、可计算、自动空间关联等优点，构成了大数据管理与应用的空间网格框架。
本发明使用北斗网格对包矩形进行剖分时，所选合适的剖分层级应当与人体尺寸相当，以保证人体可通行即可，例如GeoSOT码27层级，大约0.5m的规格块。
可通达矩阵中每个元素均对应楼层平面图中的剖分网格，元素取值为对应剖分网格的可通行性，用0表示可通行，1表示不可通行，上述计算出的网格可通达性可以表示正一个0-1网格可通达矩阵。这个矩阵中“1”的数字其实勾勒出了上述墙体的投影图。
步骤6、基于上述网格可通达性矩阵，我们就可以使用A*算法实现单个楼层的路径规划。
在实时使用中，往往需要不同楼层的路径规划(起点和终点在不同的楼层)。此时若一条路径的起点和终点分处于不同的楼层，则首先确定每一楼层中楼层间通道所处的剖分网格块，则路径规划包括：起点楼层的路径规划和终点楼层的路径规划。
楼层间通道要么是楼梯，要么是电梯，因此本发明实施例可以首先确定每层的楼梯口和电梯口所在的网格。那么起点楼层的路径规划为从起点到起点楼层的楼层间通道之间的路径规划。终点楼层的路径规划就是终点楼层的楼层间通道到终点之间的路径规划。
在某些异常情况，比如室内某处发生火灾，或者正在进行施工，将火灾点或者施工点附近的网格标注成不可通达形成异常网格数据，然后联合正常状态的网格可通达性矩阵一起进行应急逃生路径规划。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于建筑物3D模型的网格路径规划方法，其特征在于，包括如下方法：
步骤1、从建筑物的BIM模型提取出建筑物每一楼层的3D模型；
步骤2、解析每一楼层的3D模型，获取楼层中所有的顶点以及所有的平面；并筛选出所有的垂直面，即为墙体；
步骤3、获取楼层水平面上的墙体投影，所述墙体投影为墙体在水平面上投影的点和线的集合；
步骤4、获取楼层的3D模型对应水平面的外包矩形，并叠加所述墙体投影，得到楼层平面图；
步骤5、选取合适的网格层级剖分所述楼层平面图，得到剖分网格块集合，所选取的合适的网格层级对应尺寸保证人可通行；若所述剖分网格块集合中的剖分网格块中存在墙体投影，则所述剖分网格块不可通行，否则所述剖分网格块可通行，据此构建所述楼层平面图对应的可通达矩阵，具体为：
所述可通达矩阵中每个元素均对应楼层平面图中的剖分网格，元素取值为对应剖分网格的可通行性，用0表示可通行，1表示不可通行，由此得到所述楼层平面图的可通达矩阵；
步骤6、利用剖分得到的每个楼层的剖分网格块集合，采用路径规划算法进行路径规划，得到规划好的路径，具体为：
每个楼层获得一个对应的可通达矩阵，使用A*算法实现单个楼层的路径规划；
若一条路径的起点和终点分处于不同的楼层，则首先确定每一楼层中楼层间通道所处的剖分网格块，则路径规划包括：起点楼层的路径规划和终点楼层的路径规划；
所述起点楼层的路径规划为从起点到起点楼层的楼层间通道之间的路径规划；
所述终点楼层的路径规划就是终点楼层的楼层间通道到终点之间的路径规划；
获取实时异常信息，所述实时异常信息包括引发通行障碍的物体或事件所处的剖分网格块；
所述采用路径规划算法，结合所述可通达矩阵以及所述实时异常信息进行路径规划。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从建筑物的BIM模型提取出建筑物每一楼层的3D模型，之后，将每一楼层的3D模型转化成OBJ格式文件进行存储；所述步骤2中，解析每一楼层的3D模型即为解析楼层对应的OBJ格式文件。
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