CN114937136A - 一种多场景三维模型和3d点云坐标转化体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，包括地面控制点布设；建筑体上控制点布设；坐标转化体系建立；模型精度评定，能够适用于桥梁、隧道、房建、地铁等工程中的设计模型与实际建设模型之间的坐标转化，并通过设计模型与实际模型进行对比，发现施工主体中存在工程实体问题，辅助项目全过程管理，以解决现有方法效率低下，模型坐标转化误差较大，需要消耗大量的时间来计算的问题。属于土木工程领域。

Description

一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系

技术领域

本发明涉及一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，特别适用于多场景下的BIM模型、无人机实景模型、lidar点云、3D扫描点云等数据之间的三维地理坐标转换,属土木工程领域。

背景技术

随着建筑业信息化逐渐发展，通过BIM三维建模，能提前在设计阶段高精细表达建筑体的三维空间几何关系，最真实展线设计模型或者理论模型，但其坐标是任意定义的，并没有包含地理属性，即是建筑体所在的空间位置关系。而无人机实景模型、无人机lidar点云、三维激光点云能够最真实表达建筑体建设后既有现状，与设计模型之间存在一定的差异。为此为了最有效将设计模型与实际模型进行对比，就需要解决不同类型三维模型与三维点云之间的坐标精准转化技术，从而实现对理论模型和理论模型之间的差异分析。目前，常采用三维模型坐标转化方式主要是求解多个公共点之间旋转、平移、缩放来实现，其工作效率较低，模型坐标转化误差较大，需要消耗大量的时间来计算。

发明内容

本发明提供一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，以解决现有方法效率低下，模型坐标转化误差较大，需要消耗大量的时间来计算的问题。

为实现上述目的，拟采用这样一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，具体如下：

1)地面控制点布设

地面控制点布设在地势比较平坦的区域，采用50cm*50cm黑白相间的PCT板固定在控制点上，控制点四周布设高度为30cm高的简易栏杆，栏杆采用直径为10cm的圆钢焊接而成，对于软质土体区域，控制点布设成观测墩，观测墩开挖面尺寸为50cm*50cm，深度为60cm，并预埋带有十字丝的控制点标志，在观测墩表面，采用50cm*50cm的PCT固定在控制点上，并安装临时防护栏杆；

2)建筑体上控制点布设

对于建筑体上控制点的布设，控制点布设外形呈直径为40cm圆，并将圆沿着对圆心分为四等分，对角区域分别设置为黑色和白色，对于房建工程，控制点平行靠近窗子下部；对于桥梁工程，控制点布设结合桥墩单次浇筑高度，布设在桥墩总高度一半浇筑线的中心位置。

3)多用途坐标转化体系建立

对于不同基准三维模型、三维点云之间的坐标转化，需要三个已知的公共点的三维坐标(x，y，z)，通过布尔莎模型求解出任意坐标之间的7参数值，其已知点即为控制点的坐标值，对于路基工程、道路工程，在地面上布设4个方形航标，其中一个点用于检测坐标精度；对于桥梁工程和建筑工程，在地面上布设2个航标，在建筑体上布设2个圆形标志，其中1个圆形标志用于检测坐标转化精度；对于隧道工程和地下工程，在任意地面布设1个方形航标，最小里程隧道口布设1个方形航标，最大里程隧道口布设1个方形航标，在隧道内部道路上布设1个圆形标志，其圆形标志用于检验配准精度。

4)模型精度评定

由于BIM模型、无人机实景模型、lidar点云、3D扫描点云都是按1：1的比例来表达空间物体的三维尺寸，因此只需要求解出3个平移参数和3个旋转参数，根据3个已知点求解的6参数，将其中一个模型同时沿着X轴、Y轴、Z轴进行平移，然后在分别调整X轴、Y轴、Z轴的之间的坐标旋转角度，得到坐标转换后的新模型，通过坐标测量的方式，测量出第4个控制点的坐标，对转化后的坐标值进行对比，以此来判定三维数据之间的坐标转化精度。

与现有技术相比，本发明能够有效解决不同场景下的BIM模型、无人机实景模型、lidar点云、3D扫描点云之间的在任意坐标下之间的精准转化，能实现对建筑体设计模型与实际模型进行对比，发现施工主体中存在工程实体问题，辅助项目全过程管理，具有数据真实可靠、数据精度高、工作效率高、成本较低等诸多优点，该方法有助于提升项目施工管理水平，其社会效益和经济效益显著，具有重要的指导意义和推广价值。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是多场景航标布设示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参照图1和图2，本实施例提供了一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，具体如下：

(1)地面控制点布设

地面控制点布设需要综合考虑无人机测绘航标、三维激光扫描靶标的共同使用，应布设在地势比较平坦的区域，有条件情况下，可布设在桥梁承台上、建筑体屋顶、隧道口等硬化区域，采用50cm*50cm黑白相间的PCT板固定在控制点上，控制点四周应布设高度为30cm高的简易栏杆，采用直径为10cm的圆钢焊接而成，避免施工人员对控制点的踩踏或破坏。对于软质土体区域，控制点应布设成观测墩，观测墩开挖面尺寸为50cm*50cm，深度为60cm，并预埋带有十字丝的控制点标志，在观测墩表面，采用50cm*50cm的PCT固定在控制点上，并安装临时防护栏杆。

(2)建筑体上控制点布设

对于建筑体(桥梁)上控制点的布设，因其结构整体稳定性较好，在空间上变形量趋近于0，控制点布设外形呈直径为40cm圆，并将圆沿着对圆心分为四等分，对角区域分别设置为黑色和白色，采用防水布制作而成。对于房建工程，控制点应平行靠近窗子下部；对于桥梁工程，控制点布设应结合桥墩单次浇筑高度，布设在桥墩总高度一半浇筑线的中心位置；目的是便于在BIM模型上标记出航标的准确位置，有效保证三维模型之间的坐标转化精度。

(3)多用途坐标转化体系建立

对于不同基准三维模型、三维点云之间的坐标转化，需要三个已知的公共点的三维坐标(x，y，z)，通过布尔莎模型求解出任意坐标之间的7参数值，其已知点即为控制点的坐标值。对于路基工程、道路工程，应在地面上布设4个方形航标，其中一个点用于检测坐标精度；对于桥梁工程和建筑工程，应在地面上布设2个航标，在建筑体上布设2个圆形标志，其中1个圆形标志用于检测坐标转化精度；对于隧道工程和地下工程，应在任意地面布设1个方形航标，最小里程隧道口布设1个方形航标，最大里程隧道口布设1个方形航标，在隧道内部道路上布设1个圆形标志，其圆形标志用于检验配准精度。

(4)模型精度评定

由于BIM模型、无人机实景模型、lidar点云、3D扫描点云都是按1：1的比例来表达空间物体的三维尺寸，为此不同坐标基准下的三维数据不存在比例缩放，因此只需要求解出3个平移参数和3个旋转参数。根据3个已知点求解的6参数，将其中一个模型同时沿着X轴、Y轴、Z轴进行平移，然后在分别调整X轴、Y轴、Z轴的之间的坐标旋转角度，得到坐标转换后的新模型，通过坐标测量的方式，测量出第4个控制点的坐标，对转化后的坐标值进行对比，以此来判定三维数据之间的坐标转化精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，其特征在于，具体如下：

1)地面控制点布设

2)建筑体上控制点布设

3)多用途坐标转化体系建立

对于不同基准三维模型、三维点云之间的坐标转化，需要三个已知的公共点的三维坐标(x，y，z)，通过布尔莎模型求解出任意坐标之间的7参数值，其已知点即为控制点的坐标值，对于路基工程、道路工程，在地面上布设4个方形航标，其中一个点用于检测坐标精度；对于桥梁工程和建筑工程，在地面上布设2个航标，在建筑体上布设2个圆形标志，其中1个圆形标志用于检测坐标转化精度；对于隧道工程和地下工程，在任意地面布设1个方形航标，最小里程隧道口布设1个方形航标，最大里程隧道口布设1个方形航标，在隧道内部道路上布设1个圆形标志，其圆形标志用于检验配准精度；

4)模型精度评定

由于BIM模型、无人机实景模型、lidar点云、3D扫描点云都是按1：1的比例来表达空间物体的三维尺寸，因此只需要求解出3个平移参数和3个旋转参数，根据3个已知点求解的6参数，将其中一个模型同时沿着X轴、Y轴、Z轴进行平移，然后在分别调整X轴、Y轴、Z轴的之间的坐标旋转角度，得到坐标转换后的新模型，通过坐标测量的方式，测量出第4个控制点的坐标，对转化后的坐标值进行对比，以此来判定三维数据之间的坐标转化精度。

2.根据权利要求1所述一种多场景三维模型和3D点云坐标转化体系，其特征在于,控制点的布设具体如下：

1)地面控制点布设

地面控制点布设在地势比较平坦的区域，采用50cm*50cm黑白相间的PCT板固定在控制点上，控制点四周布设高度为30cm高的简易栏杆，栏杆采用直径为10cm的圆钢焊接而成，对于软质土体区域，控制点布设成观测墩，观测墩开挖面尺寸为50cm*50cm，深度为60cm，并预埋带有十字丝的控制点标志，在观测墩表面，采用50cm*50cm的PCT固定在控制点上，并安装临时防护栏杆；

2)建筑体上控制点布设

对于建筑体上控制点的布设，控制点布设外形呈直径为40cm圆，并将圆沿着对圆心分为四等分，对角区域分别设置为黑色和白色，对于房建工程，控制点平行靠近窗子下部；对于桥梁工程，控制点布设结合桥墩单次浇筑高度，布设在桥墩总高度一半浇筑线的中心位置。

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