CN113748312A - 使用移动设备建造模架和脚手架 - Google Patents

Abstract

用于相对于施工现场(2)的绝对坐标系(21)校准移动设备(1)的内部坐标系(11)的方法(100)，该方法(100)具有如下步骤：记录(110)显示现场(2)的至少一部分的图像和/或扫描(3a‑3c)，和/或借助地面定位系统或卫星辅助定位系统确定固定坐标系(4)中的移动设备(1)的位置(4a‑4c)；附加地，由传感器记录(111，121)移动设备(1)的内部坐标系(11)中的移动设备(1)的位置(12a‑12c)和/或取向(13a‑13c)；通过识别(131)几何特征(22)和/或通过比较(132)位置确定，建立具有未知数(5a‑5c)的方程(51‑56)，该未知数(5a‑5c)表征移动设备(1)的内部坐标系(11)和施工现场(2)的绝对坐标系(21)之间的所寻求的变换；确定(140)未知数(5a‑5c)作为由所建立的方程(51‑56)形成的方程组(5)的解。用于模架和/或脚手架质量控制的方法(200)。

Description

使用移动设备建造模架和脚手架

相关申请的交叉引用

本申请主张于2019年2月27日提交的申请号为102019105015.4的德国专利申请的优先权，其全文通过引用并入本文。

本发明涉及在施工现场的现场模架和脚手架的架设和控制中的计算机实施的辅助。

背景技术

当通过混凝土浇筑来制造建筑时，模架通常用作为新浇混凝土的浇铸模具。为了可以快速制造模架并可以多次重复使用材料，使用包括预制的标准元件的模架系统。根据文献WO2005/040525A1已知示例性的这种模架系统。同样地，脚手架由预制的标准元件建造。

随着模架和脚手架市场的专业化程度的提高，模架和脚手架的复杂性也持续地增高。在许多情况下，会使用经过调整已提高效率并在CAD程序中预先规划的技术方案。为了使得这种技术方案实现在材料消耗、稳定性或其他在规划中被纳入考虑的其他标准方面的期望的技术效果，需要的是：在施工现场上的物理架设时精确地遵循规划。这对于现场上的人员来说通常是意识不到的，由此在实践中存在相对于规划的偏差，从而沦为荒谬。通过具备必要知识的施工供应商代表在装配过程中提供支持可以避免此类错误，但这是相对昂贵的。

目的和方案

因此，本发明的目的是：在施工现场上架设模架和/或脚手架时使移动设备可用于计算机辅助。

根据本发明，通过根据主独立权利要求的用于校准的方法和根据次要独立权利要求的用于计算机辅助质量控制的方法来实现该目的。其他有利的实施例从引用它们的从属权利要求中得出。

发明内容

在本发明的范围中，开发了一种用于相对于现场的绝对坐标系校准移动设备的内部坐标系的方法。尤其地，该绝对坐标系可以是世界坐标系，该世界坐标系将地球表面上的纬度和经度与每个位置相关联。但是，该绝对坐标系也可以始于任何其他固定点展开并使用其他坐标。例如，地球曲率与大多数建设项目不相关，使得可以使用笛卡尔坐标。

在该方法中，在施工现场上的多个位置处和/或以移动设备的多个取向，在不同情况下借助移动设备记录显示施工现场的至少一部分的至少一个图像和/或扫描，和/或使用地面定位系统或卫星辅助定位系统确定移动设备在与施工现场的绝对坐标系处于已知固定关系的坐标系中的位置。

例如，可以借助移动设备的一个或多个相机记录图像。例如，单一的相机可以记录二维图像。可以借助相机和深度传感器的组合或者例如借助于两个或更多个相机的立体排列来记录三维图像。例如，发射激光束的扫描仪可用于执行扫描，该扫描指示例如从移动设备的位置针对每个空间方向到激光束反射的点的距离。

例如，卫星辅助定位系统可以提供移动设备在包括纬度和经度的分数的世界坐标中的位置。例如，现场的绝对坐标系可以是笛卡尔坐标系，其中该坐标系的至少一个固定点的世界坐标是已知的。

附加地，在每次记录和/或位置确定时，通过传感器检测移动设备在移动设备的内部坐标系中的位置和/或取向。例如，为此可以使用加速度传感器、惯性传感器、倾角传感器、转速传感器和/或陀螺仪。例如，线性加速度和/或角加速度可以被积分两次，以便从最后的已知位置开始更新移动设备的位置。

建立具有如下未知数的方程，该未知数表征移动设备的内部坐标系和施工现场的绝对坐标系之间的所寻求的变换。该未知数被确定为为由所建立的方程形成的方程组的解，由此获得所寻求的变换。

方程可以通过两种不同的方式获得。

一方面，在施工现场的图像和/或扫描中和/或在从多个图像和/或扫描中确定的施工现场的三维实际模型中识别具有在施工现场的绝对坐标系中的已知位置的至少一个几何特征。结合通过传感器检测的在移动设备的内部坐标系中的移动设备的位置和取向，这形成了方程，该方程的解表征移动设备的内部坐标系和施工现场的绝对坐标系之间的那些变换，其中

通过传感器检测的在移动设备的内部坐标系中的移动设备的位置和取向，图像和/或扫描中的几何特征的形状、取向和位置，和

在施工现场的绝对坐标系中的几何特征的已知位置

彼此尽可能一致没有矛盾。例如，图像和/或扫描中的几何特征的形状、取向和位置可以从几何特征在绝对坐标系中的已知位置结合该位置到移动设备的内部坐标系中的变换以及移动设备在该内部坐标系中的位置来预测。如果该变换是正确的，那么几何特征应如预测的那样出现在该图像和/或扫描中。

另一方面，借助定位系统确定的位置可以与在移动设备的内部坐标系中通过传感器确定的位置相关联。在此，获得如下方程，该方程的解代表如下变换，借助该变换在施工现场的绝对坐标中的借助定位系统确定的位置的坐标可以尽可能无矛盾地映射到在移动设备的内部坐标系中的由传感器确定的位置。。

这些方程中的每一个通常具有多个解，使得需要多个方程来唯一地确定所寻求的变换。相反地，由多个方程构成的方程组的解通常无法精确满足所有的方程，而是仅相对于特定误差才满足每个方程，在这样的情况下，例如所有方程的均方误差可以被最小化。对此的原因是：方程中的物理测量受到不可避免的不确定性的影响。

尤其地，在方程组中，基于图像和/或扫描中的几何特征的识别的方程和基于以不同方式确定的坐标的直接比较的方程可以以任何方式相互组合。

认识到的是：通过对所描述的方程组求解，可以确定移动设备的内部坐标系和施工现场的绝对坐标系之间的变换，该变换以几毫米或更好的精度接近现实。对此的关键是，以方程的形式汇集在一起的信息的类型和数量的极大的灵活性。

典型地，就信息的可用性而言，在不同的施工现场上存在不同的条件。例如，在户外的使用现场，可以存在导航系统的卫星的一览无余的视野，这允许以低至几厘米的精度定位世界坐标中的各个点。相反地，在被覆盖的大厅中的使用现场，卫星辅助的导航可能受到限制或甚至不可用，同时不受天气影响，这允许更好地识别图像和/或扫描中的几何特征。借助方程组，物理上可用的信息的量总是可以被视为给定的，并针对所寻求的变换方面进行最佳地评估。

以这样的方式获得的坐标系之间的精确变换又是在模架和/或脚手架的物理实现中用于计算机辅助的开门器。如前该，复杂的模架和脚手架借助CAD程序预先规划。这意味着：模架或脚手架的三维模型在施工现场的绝对坐标系中是可用的。相反地，由移动设备获取的、用于简化或检查模架或脚手架的物理实现的图像或扫描在移动设备的内部坐标系中是可用的。因此，需要在施工现场的绝对坐标系中的图像和/或扫描，和/或在移动设备的内部坐标系中的三维模型。这正是借助所描述的方法确定的变换所完成的。

例如，模架或脚手架的三维模型然后可以作为“增强现实”叠加在来自移动设备的视角的施工现场的当前视图上，由此该视图由待架设的模架或脚手架补充。

例如，在作为移动设备的智能手机或平板电脑上，三维模型的透视校正的二维投影可以被叠加在当前由移动设备相机记录的二维图像上，并且显示在显示器上。有利地，该投影的透明度(Deckkraft)以如下方式选择，即用户可以在视觉上识别模架或脚手架的物理结构与目标模型一致程度。相同地，借助虚拟现实或混合现实眼镜作为移动设备也是可行的，这提供了进一步的优势，即用户可以使用双手将每个单独的部件精确地定位在它的根据目标模型所设的位置处。

例如，这种眼镜可以经由一个或多个指向施工现场的相机捕捉现场的图像，并且该图像可以被传输到眼镜内部中的显示器。在显示器上显示时，图像可以与三维模型的二维投影叠加。在此时，施工现场的图像也可以例如借助广角效果来处理，使得显示器上的显示覆盖的视野比通常人眼能够捕捉的视野更大。

例如，也可以使用增强现实眼镜，该增强现实眼镜允许直接视觉观察物理场景，而不是用相机记录该场景并将图像显示在显示器上。例如，三维模型的投影于是可以部分透明地叠加到直接光学观察上。

通过施工现场上的物理场景的直接视觉对比，模架或脚手架组装中的相对于规划的偏差和错误可以被直接识别并且可以及时校正。当建筑物或建筑物的一部分不是“一次性浇筑”地构建，而是在多个工作循环中构建时，这是尤其有利的：于是有利地改进各个工作循环用彼此无缝连接的精确度。

尤其地，可识别的错误还可以包括危害模架或脚手架稳定性的错误，即例如忘记地、混淆地或错误地(例如倒置地)安装的紧固件。在标准元件的设计中，并非所有这些错误都可以通过例如仅将彼此匹配的部件以正确取向的方式彼此卡接来避免。

通过“增强现实”辅助的脚手架或模架的架设，除了仅仅避免相对于规划的偏差和错误之外，一般还可以改进建筑物或建筑物的一部分的在最终建造中的精度。可以通过大量的方程辅助坐标系之间的变换，从而在获取图像和/或扫描中、在传感器辅助的位置确定中和/或在借助定位系统的位置确定中的个别测量误差丢失在大量的信息中。相反地，如果以传统方式规划模架或脚手架，则构建规划通常仅根据物理世界中的少量测量值绘制。因此，这些测量或手动标记中的微小的不精确性无阻碍地影响最终结果。

可选地，或与目标模型表示为“增强现实”组合地，还可以执行模架的目标模型和由移动设备的相机记录的至少一个图像和/或扫描之间的自动比较。该比较可用于检查模架的至少一个建筑元件和/或配件在施工现场是否正确地安装。

在移动设备的内部坐标系中还是在施工现场的绝对坐标系中进行比较是可选的。如果在移动设备的内部坐标系中执行比较，例如，三维模型的立体校正的二维投影可以被创建并与由移动设备的相机捕捉的图像和/或扫描进行比较。但是，还可以的是，例如，仅检查图像或扫描是否与建筑元件和/或配件已经被正确安装的假设一致。

尤其地，用于生成一个或多个方程的几何特征可以是，例如，安设置在施工现场上的二维或三维的标记代码。这种标记代码的位置可以在施工现场的绝对坐标系中精确地测量或确定。

在另一有利的实施例中，至少一个建筑元件和/或配件被选择为几何特征。例如，可以从工业设施的建筑模型中提取可明确识别的管或其他设施部件的位置。

在另一尤其有利的实施例中，几何特征的识别包括：在记录的时间点，从图像和/或扫描中的几何特征的失真中确定移动设备相对于几何特征的空间方向。可选地或与其组合地，在记录的时间点，从图像和/或扫描中的几何特征的尺寸确定移动设备相对于几何特征的距离。

以该方式，可以最佳地利用关于哪些几何特征位于哪些已知位置处的信息。尤其地，例如，通过从多个距离和视角中记录图像和/或扫描同一几何特征可以多次用于校准，其中该几何特征的位置和取向在施工现场的绝对坐标系中已经被测量过一次。

此外，也可以从相同图像和/或扫描中提取关于该相同图像和/或扫描中可识别的多个几何特征的信息。于是，将该信息被关联至在移动设备的内部坐标系中的移动设备的相同的通过传感器确定的位置。

在另一尤其有利的实施例中，方程组中的方程根据它们包含的信息的可靠性被分配不同的权重。以这种方式，可以考虑：并非所有这些大量的可能的信息来源都可以提供相同的精度。具有较低可靠性的信息不一定必须丢弃，而是也可以有助于校准，而同时确保尤其精确的信息不会被稀释。

在另一尤其有利的实施例中，从初始值开始对方程组进行迭代求解，该初始值从关于现场的先验信息中获得。以该方式，解收敛得更快，并且“卡在”非最优值(Nebenoptimum)的概率降低。

在另一特别有利的实施例中，识别几何特征包括：识别图像和/或扫描中的至少一个表面和/或至少一个点，将图像和/或扫描中的至少一个表面和/或至少一个点与几何特征的至少一个表面或至少一个点相关联。

对于识别表面本身已经存在成熟的解决方案，因此仅须将精力投入到与几何特征表面的关联中。例如，关联可以由移动设备的操作员请求。

例如，几何特征的显著点可以用作为点，即例如角点或多个几何特征的交点。

在另一尤其有利的实施例中，选择至少一个几何特征，该几何特征在施工现场的绝对坐标系中的位置从现场和/或待假设或改变的建筑物的预设的三维目标模型中导出。于是，校准可以在更高程度上自动化，因为不需要手动测量几何特征的位置和取向。尤其地，可以分析显著更多的几何特征并相应地可以建立更多的方程，以提高最终获得的校准的精度。

例如，可以由操作者请求在图像和/或扫描中映射的几何特征到包含在施工现场的三维目标模型中的几何特征的至少一个关联。如果自动映关联不是毫无疑问可行的，则操作员的这种贡献是有用的补充。人们趋向于具有进行这种关联的良好能力，并且与手动测量几何特征的位置和取向不同，在此不担心精度劣化。

如上该，几何特征不仅可以在图像和/或扫描中识别，可选地或与其组合地，也可以在根据多个图像和/或扫描确定的施工现场的三维实际模型中识别。通过这种三维实际模型来自多个图像和/或扫描的信息被聚集，在记录各个图像和/或扫描时因所用相机的像素分辨率受限而形成的不精确性的影响可以被压制。

在另一个特别有利的实施例中，从多个图像和/或扫描中产生施工现场的三维实际模型包括：在图像和/或扫描中识别三维图案和形状和/或三维图案和形状的二维投影。例如，从图案或形状的失真确定距该形状或图案所处的位置的距离和在图像和/或扫描中可以观察到该形状或图案的视角。借助该信息，图案或形状可以被正确地安置在三维实际模型中。

可选地或与此组合地，图像和/或扫描的像素可以被聚集，以形成三维空间中的点云，例如借助摄影测量法。然后可以在该点云中识别三维图案或形状。

例如，移动设备的相机图像的实时数据流可以流至外部服务器，在外部服务器实时相机图像被划分为各个像素。然后可以从各个像素的组合物中，例如借助机器学习，识别图案和形状或图案和形状的二维投影。组合物的分析例如可以涉及像素彼此的间距、各个像素的颜色信息和/或涉及类似颜色信息的像素的累积或分组以及该分组的形式。对借助实时传输来传输的数据进行持续分析可以得到移动设备环境的三维实际模型，该三维实际模型由三维空间中的点组成，这些点形成点云。然后，该实际模型，例如在提取的颜色信息和图案方面，与三维建筑模型进行比较。

在此，颜色信息和提取的图案形成两个信息层，根据两个信息层可以执行比较，其中信息的主要部分在提取的图案中，即在形状信息中。根据颜色信息可以预先过滤：建筑模型的哪些元素包含在形状信息的比较中。如果在缩放、转动、移动或其他操作之后，点云中的点的至少一个预设百分比匹能够配于三维建筑模型的部分，那么这意味着：三维建筑模型中的几何特征在三维实际模型中识别出。根据在图像记录时由传感器记录的移动设备的位置和取向，结合使得实际模型与三维建筑模型达到预设程度的一致所必需的操作，得到用于移动设备的内部坐标系和施工现场的绝对坐标系之间的所寻求的变换的一个或多个方程。

三维实际模型与三维建筑模型之间的一致性的程度越高，从比较中得到的方程的解空间就越受限。从二维图像流中提取的三维点云与三维建筑模型的非常良好的一致性可以单义地或几乎单义地确定内部坐标系和绝对坐标系之间的所寻求的变换。相反得，如果一致性不那么好，则可以用另外的方程补充从点云与建筑模型比较中得出的方程。例如，可以使用如下方程，该方程从借助定位系统确定的施工现场的绝对坐标系中的位置与由传感器确定的移动设备的内部坐标系中的位置的比较获得。二维图像中的几何特征的直接识别也可用于获取另外的方程。

在另一尤其有利的实施例中，将颜色信息相似的图像像素评价为属于相同的三维图案或属于相同的三维形状，和/或属于三维空间中的相同点。这是基于以下认识：尤其地，施工现场上的许多物体(例如建筑元件或配件)具有相对较少的颜色特征。

相应地，在另一有利的实施例中，在三维实际模型中识别的几何特征可以基于图像的像素的颜色信息预选择。

根据上述内容，本发明还涉及一种用于对施工现场上的预设的模架和/或预设的脚手架进行计算机辅助质量控制的方法。在此，首先借助之前描述的方法将移动设备的内部坐标系校准于施工现场的绝对坐标系。

基于该校准，在施工现场的绝对坐标系中创建的模架或脚手架的三维目标模型，和/或在施工现场的绝对坐标系中记录的模架或脚手架的至少一个空间分辨状态变量被变换到移动设备的内部坐标系中。模架或脚手架的目标模型和/或状态变量被叠加至来自移动设备的视角的施工现场的当前视图。如前所述，该叠加可以根据由移动设备记录的相机图像中制作，并且该叠加显示在移动设备的显示器上。但是，该叠加也可以例如相对于物理场景的直接光学视图是部分透明的。这使得可以视觉地检查模架或脚手架的实际物理结构是否对应于三维目标模型。

可选地或与其组合地，通过模架或脚手架的目标模型与由移动设备记录的至少一个图像和/或扫描，和/或从多个这种图像和/或扫描中确定的施工现场的至少一个实际模型的比较检查模架或脚手架的至少一个建筑元件和/或配件是否正确安装在施工现场。该检查可以完全自动地进行，并且甚至不需要向移动设备的用户输出图像。

尤其地，状态变量可以是在模架或脚手架的质量和/或安全性方面尽管重要，但对于人类而言在没有技术辅助手段的情况下在物理世界中无法检测的变量。对此的示例是模架、脚手架或它们的一部分所承受的机械负载。

例如，由于混凝土的重力压力，填充有混凝土的模架负载来自内部的压力。。例如，脚手架部件可以负载压缩力、张力和/或扭曲。

例如，状态变量可以包括来自至少一个传感器的输出数据，该至少一个传感器配置为在模架或脚手架上的一个或多个位置处直接或间接测量状态变量。例如，应变计或其他负载传感器可以附接至模架或脚手架。但是，例如，状态变量也可以在外部服务器上计算。例如，在模架的内部几何形状和浇铸的混凝土量给定的情况下，作用在模架的每个点上的重力压力是已知的。

通过可视化机械负载，可以例如识别导致模架或脚手架不均匀负载和/或在部分区域中过载的建造错误。例如，在一个点处缺失的部件会导致另一点的部件必须补偿该缺失的部件并相应地负载更重。这会导致具有相应事故风险的部件的突然失效。

甚至不必完全缺失部件，以引起这种后果。部件的错误安装就足够了。如果例如脚手架所在的四个支柱的长度不均匀或者相对于地面的不平整度被错误地调节，这会导致脚手架的重量仅由三个支柱承载，而不是由四个支柱承载。视觉上无法识别四个支柱仅松动地倚靠在地面上，并且没有将任何力传递到地面上。

该方法可以至少部分地由一台或多台计算机或移动设备执行，进而尤其地以软件实施。因此，本发明还涉及一种具有机器可读指令的计算机程序，当该机器可读指令在至少一台计算机和/或至少一个移动设备上执行时，该机器可读指令使得计算机或移动设备执行上述方法中的一个。同样地，本发明还涉及具有计算机程序的机器可读的数据载体和/或下载产品。

附图说明

下面根据附图解释本发明的主题，而本发明的主题不限于此。附图示出：

图1示出方法100的一个实施例的流程图；

图2示出通过识别131几何特征22获得方程51-53的示例；

图3示出通过将由定位系统确定的位置4a-4c与有传感器确定的位置12a-12c和/或取向13a-13c比较来获得方程54-56的示例；

图4示出借助施工现场2的三维实际模型23的获得方程51-56的示例；

图5示出方法200的一个实施例的流程图。

具体实施方式

图1是方法100的一个实施例的示例性的流程图。在步骤110中，在施工现场2上的多个位置处和/或以移动设备1的多个取向分别记录至少一个图像和/或扫描3a-3c，该至少一个图像和/或扫描3a-3c示出施工现场2的至少一部分。因此，移动设备1的使用者例如可以带着移动设备在现场2上走动，或者也可以站在固定位置处并绕着其自己的轴线转动。附加地，在根据方框111的每个记录110中，由传感器记录在移动设备1的内部坐标系11中的移动设备1的位置12a-12c和/或取向13a-13c。以这种方式的数据记录在图2中详述。

可选地或与其组合地，在步骤120中，在多个位置处或以移动设备1的多个取向分别借助定位系统确定在坐标系4中的移动设备1的位置4a-4c，该坐标系4与施工现场2的绝对坐标系21处于已知的固定关系41。由此，类似于方框111，根据方框121也由传感器记录在移动设备1的内部坐标系11中的移动设备1的位置12a-12c和/或取向13a-13c。以该方式的数据检测更详细地在图3中详述。

在步骤130中，建立具有如下未知数5a-5c的方程51-56，该未知数5a-5c表征移动设备1的内部坐标系11和施工现场2的绝对坐标系21之间的所寻求的变换。这可以单独地或组合地以两种方式进行。

根据方框131，在图像和/或扫描3a-3c中和/或在从多个图像和/或扫描中确定的施工现场2的三维实际模型23中识别具有在施工现场2的绝对坐标系21中的已知位置22a的至少一个几何特征22。

根据方框132，借助定位系统确定的位置4a-4c与由传感器在移动设备1的内部坐标系11中确定的位置12a-12c和/或取向13a-13c置于关联。

对于几何特征22的识别131，又存在多个示例性的选项，这些示例性的选项在方框131内更详细地示出并且可以单独使用或组合地使用。

根据方框131a，在图像记录的时间点可以从图像和/或扫描3a-3c中的几何特征22的失真中确定相对于几何特征22的移动设备1的空间方向。即，失真提供记录几何特征22的视角的指示，并且该视角又指示空间方向。

根据方框131b，在记录的时间点，从图像和/或扫描3a-3c中的几何特征22的尺寸中可以确定移动设备1相对于几何特征22的距离。

根据方框131c，可以识别至少一个表面和/或至少一个点，以便随后在方框131d中将该表面或该点与几何特征22的相对应的表面或相对应的点相关联。

根据方框131e，操作员可以请求在图像或扫描3a-3c中映射的几何特征22到包含在施工现场2的三维目标模型24中的几何特征22'的至少一个关联。以该方式，存储在目标模型24中的几何特征22'的已知的位置22a可以与映射的几何特征22a相关联。

可选地，根据方框133的方程51-56可以根据分别包含在其中的信息的可靠性分配不同的权重。

无论以何种方式获得的方程51-56形成具有未知数5a-5c中的方程组5。在步骤140中，该方程组5根据未知数5a-5c求解，其中根据方框141，可选地从初始值开始采取迭代方式，该初始值从关于现场2的先验信息中获得。作为解而获得的未知数5a-5c的值表征移动设备1的内部坐标系11和施工现场2的绝对坐标系21之间的所寻求的变换。

图2示出根据二维图像3a-3c获得方程51-53的示例，该二维图像示出同一施工现场2的不同部分。在该示例中，图3中也一样，仅以如下为前提：移动设备1可以记录二维图像3a-3c。这种能力对于绝大多数“开箱即用”的移动设备来说是常见的，而三维图像或扫描的记录需要扩展的硬件或附加程序(App应用程序)。

图像3a-3c分别位于移动设备1的内部坐标系11中，并且在图像记录期间，由传感器记录移动设备1的相应位置12a-12c和/或相应取向13a-13c。在图像3a-3c中，根据方框131，分别识别具有在施工现场2的绝对坐标系21中的已知位置22a的几何特征22。仅对于移动设备1的内部坐标系11和施工现场2的绝对坐标系21之间的某些变换，该已知位置22a与以下实施相一致，即结合移动设备1的相应位置12a-12c和/或取向13a-13c在图像3a-3c中识别到几何特征22。例如识别处于直立位置的起重机与其中该起重机原本必须倒置的变换不一致。在另一方面，为了唯一地识别图像3a-3c中的特征22，通常存在与该识别一致的多个变换。通过将多个方程51-53组合在方程组5中，可以解决这种歧义，并且抑制在物理识别中错误的影响。

图3清楚地示出根据由定位系统确定的移动设备1的位置4a-4c和由传感器确定的位置12a-12c和/或取向13a-13c的比较132获得方程54-56。在该示例中，位置4a-4c位于世界坐标系4中，该世界坐标系4与施工现场2的绝对坐标系21处于已知的固定的关系41。在图3所示的示例中，施工现场2的绝对坐标系21是笛卡尔坐标系，该笛卡尔坐标系“悬挂”在世界坐标中的固定的、通过经度和纬度表征的点处。不同坐标系4和11中的位置的每次比较提供至少一个方程54-56，其中世界坐标4可以通过已知关系41在施工现场2的绝对坐标系21的坐标中表达。

图4示出根据方框135从多个图像和/或扫描3a-3c中获得施工现场2的三维实际模型23的不同的可能性。

根据方框136，可以在图像和/或扫描3a-3c中识别三维图案和形状，和/或三维图案和形状的二维投影。然后，可以将图案或形状直接插入到施工现场2的三维实际模型23中。该实际模型涉及在现场2上可见的内容，但存在于移动设备1的内部坐标系11中，所基于的图像和/或扫描3a-3c存在于该内部坐标系11中。

根据方框137，图像和/或扫描3a-3c的像素可以聚集成三维空间中(更确切地，移动设备1的内部坐标系11中)的点云23a。施工现场2的三维实际模型23然后可以根据方框138通过识别该点云23a中的三维图案或形状来产生。即，点云提供了关于在三维空间中的何处使用哪些图案或形状的提示，然后图案或形状一起形成施工现场2的三维实际模型23，更确切的，在内部坐标系11中。

当在三维实际模型23中识别出具有在施工现场2的绝对坐标系21中的已知位置22a的几何特征22时，才在方框131中进行与施工现场2的绝对坐标系21的比较。从中获得方程51-56。

可选地，对于根据方框139的比较，在实际模型23中可以识别的那些几何特征22可以根据图像3a-3c中像素的颜色信息预选择。

可选地，根据方框136a、137a或138a，可以将颜色信息相似的像素评价为所属于三维空间中的相同图案、相同形状或相同点。

图5示出用于计算机辅助质量控制的方法200的一个实施例。在步骤210中，借助上述方法100将移动设备1的内部坐标系11相对于于施工现场2的绝对坐标系21校准。方程组5的获得的解5a-5c表征从内部坐标系11到绝对坐标系21的变换以及从绝对坐标系21到内部坐标系11中的逆变换。

在步骤220中，可以将在施工现场2的绝对坐标系21中创建的三维目标模型24变换为移动设备1的内部坐标系11。在该内部坐标系11中，目标模型24然后可以在步骤230中根据移动设备1的视角叠加至现场2的当前视图。

在步骤240中，图像和/或扫描3a-3c和/或从图像和/或扫描3a-3c中创建的施工现场2的三维实际模型23可以从内部坐标系11变换为绝对坐标系21，并在那里与模架或脚手架的目标模型24进行比较。根据该比较，在步骤250中可以检查：模架或脚手架的至少一个建筑元件和/或配件是否正确安装在施工现场2上。

附图标记列表

1 移动设备

11 移动设备1的内部坐标系

12a-12c 移动设备1的位置

13a-13c 移动设备1的取向

2 施工现场

21 施工现场2的绝对坐标系

22、22' 几何特征

22a 几何特征22的位置

23 施工现场2的三维实际模型

24 脚手架和/或模架的三维目标模型

3a-3c 图像或扫描

4 定位系统的坐标系

41 坐标系4和21之间的关系

4a-4c 在坐标系4中确定的位置

5 方程组

5a-5c 方程组的未知数5

51-56 形成方程组5的方程

100 用于校准坐标系11和21的方法

110 记录图像和/或扫描3a-3c

111 由传感器记录位置12a-12c、取向13a-13c

120 借助定位系统确定位置4a-4c

121 由传感器记录位置12a-12c、取向13a-13c

130 建立方程51-56

131 识别具有已知位置22a的几何特征22

131a 从图像/扫描3a-3c中的失真中识别视角

131b 从图像/扫描3a-3c中的尺寸中识别距离

131c 识别表面和/或点

131d 将表面和/或点关联

131e 由操作员请求关联

132 将位置4a-4c与传感器测量结果12a-12c、13a-13c进行比较

133 方程51-57的权重

135 创建三维实际模型23

136 识别形状和图案的投影

136a 考虑颜色信息

137 图像/扫描3a-3c聚集成点云23a

137a 考虑颜色信息

138 在点云23a中识别形状和图案

138a 考虑颜色信息

139 根据颜色信息预选择几何特征22

140 根据未知数5a-5c求解方程组5

141 在求解140时迭代处理

200 用于质量控制的方法

210 借助方法100校准坐标系11、21

220 将目标模型24转换为坐标系11

230 将目标模型24与施工现场2的当前视图叠加

240 将目标模型与图像/扫描图3a-3c、实际模型23进行比较

250 检查建筑元件/配件是否正确安装

Claims (15)

1.一种用于相对于施工现场(2)的绝对坐标系(21)校准移动设备(1)的内部坐标系(11)的方法(100)，所述方法(100)具有如下步骤：

在所述施工现场(2)上的多个位置处和/或以所述移动设备(1)的多个取向分别借助所述移动设备(1)记录(110)显示所述施工现场(2)的至少一部分的至少一个图像和/或扫描(3a-3c)，和/或借助地面定位系统或卫星辅助定位系统确定(120)在与所述施工现场(2)的所述绝对坐标系(21)处于已知固定关系(41)的坐标系(4)中的所述移动设备(1)的位置(4a-4c)；

在每个记录(110)和/或位置确定(120)中，还由传感器记录(111，121)在所述移动设备(1)的所述内部坐标系(11)中的所述移动设备(1)的位置(12a-12c)和/或取向(13a-13c)；

建立具有如下未知数(5a-5c)的方程(51-56)，所述未知数(5a-5c)表征所述移动设备(1)的所述内部坐标系(11)和所述施工现场(2)的所述绝对坐标系(21)之间的所寻求的变换，其中，通过如下方式建立所述方程(51-56)；

在图像和/或扫描(3a-3c)中和/或在从多个图像和/或扫描(3a-3c)中确定的所述施工现场(2)的三维实际模型(23)中识别(131)具有在所述施工现场(2)的所述绝对坐标系(21)中已知位置(22a)的至少一个几何特征(22)，和/或

将借助定位系统确定的位置(4a-4c)与在所述移动设备(1)的所述内部坐标系(11)中由传感器确定的位置(12a-12c)和/或取向(13a-13c)置于关联(132)；

确定(140)所述未知数(5a-5c)作为由所建立的所述方程(51-56)形成的方程组(5)的解。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中至少一个二维或三维的、设置在所述施工现场(2)上的标记代码。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法(100)，其中至少一个建筑元件和/或配件被选择为几何特征(22)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其中所述几何特征(22)的所述识别(131)包括，

在记录的时间点，从所述图像和/或扫描(3a-3c)中的所述几何特征(22)的失真确定(131a)相对于所述几何特征(22)的所述移动设备(1)的空间方向，和/或

在记录的时间点，从所述图像和/或扫描(3a-3c)中的所述几何特征(22)的尺寸确定(131b)所述移动设备(1)相对于所述几何特征(22)的距离。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，其中根据包含在所述方程组(5)中的信息的可靠性对所述方程组(5)中的所述方程(51-56)分配不同的权重(133)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，其中以初始值为起点对所述方程组(5)进行迭代求解(141)，所述初始值从关于所述施工现场(2)的先验信息中获得。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其中所述几何特征(22)的识别(131)包括：识别所述图像和/或扫描(3a-3c)中的至少一个表面和/或至少一个点，将所述图像和/或扫描(3a-3c)中的至少一个表面和/或至少一个点与所述几何特征(22)的至少一个表面或至少一个点相关联(131d)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法(100)，其中选择至少一个几何特征(22)，所述至少一个几何特征(22)的在所述施工现场(2)的所述绝对坐标系(21)中的位置(22a)从所述施工现场(2)和/或待架设或修改的建筑物的预设的三维目标模型(24)中得出。

9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中由操作员请求(131e)在所述图像或扫描(3a-3c)中映射的几何特征(22)与包含在所述施工现场(2)的所述三维目标模型(24)中的几何特征(22')的至少一个关联。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)，其中从多个图像和/或扫描(3a-3c)中产生(135)所述施工现场(2)的三维实际模型(23)包括在所述图像和/或扫描(3a-3c)中识别(136)三维图案和形状和/或所述三维图案和形状的二维投影，和/或将所述图像和/或扫描(3a-3c)的像素聚集(137)成所述三维空间中的点云(23a)，并且识别(138)所述点云(23a)中的所述三维图案或形状。

11.根据权利要求10所述的方法(100)，其中将颜色信息相似的图像像素评价(136a、137a、138a)为属于相同的三维图案或属于相同的三维形状和/或属于所述三维空间中的相同点。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法(100)，其中在所述三维实际模型(23)中识别(131)的所述几何特征(22)根据所述图像(3a-3c)的像素的颜色信息预选择(139)。

13.一种用于对施工现场(2)上的预设的模架和/或预设的脚手架进行计算机辅助的质量控制的方法(200)，所述方法(200)具有以下步骤：

借助根据权利要求1至12中任一项所述的方法(100)相对于(210)所述施工现场(2)的绝对坐标系(21)校准移动设备(1)的内部坐标系(11)；

在所述施工现场(2)的所述绝对坐标系(21)中创建的所述模架或所述脚手架的三维目标模型(24)，和/或在所述施工现场(2)的所述绝对坐标系(21)中记录的所述模架或所述脚手架的空间分辨状态变量变换(220)到所述移动设备(1)的所述内部坐标系(11)中，并且将所述模架或所述脚手架的所述目标模型(24)和/或所述状态变量叠加(230)根据所述移动设备(1)的视角叠加至所述现场(2)的当前视图，和/或

根据所述模架或所述脚手架的所述目标模型(24)与由所述移动设备(1)记录的至少一个图像和/或扫描(3a-3c)和/或从多个这种图像和/或扫描(3a-3c)中确定的所述施工现场(2)的至少一个实际模型(23)的比较(240)检查(250)所述模架或所述脚手架的至少一个建筑元件和/或配件是否正确地安装在所述施工现场(2)上。

14.一种计算机程序，包括机器可读指令，当所述机器可读指令在至少一台计算机和/或至少一个移动设备上执行时，所述机器可读指令使得所述计算机或所述移动设备执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法(100，200)。

15.一种机器可读的数据载体和/或下载产品，具有根据权利要求14所述的计算机程序。

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