一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法技术

本发明专利技术提供了一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法，包括：进行三维激光扫描获得到球链接钢结构网架数据；提取每一个圆柱型构件和球型构件的点云数据；对每一个圆柱型构件和球型构件的点云数据分别进行圆柱面拟合和球面拟合；根据允许误差值，确定圆柱型构件和球型构件之间的连接关系；构建各个管状构件之间的空间拓扑关系；修正与该圆柱型构件连接的圆柱型构件的中心线空间方程及中心线的前后两个端点的三维坐标；根据空间拓扑关系以及各个圆柱型构件和球型构件的参数信息进行逆向三维重建。应用本发明专利技术可解决现有技术中在大型球链接钢结构网架逆向建模中的测量精度较差、因外部因素无法进行逆向建模、对于人员的安全性隐患及测量可重复性等问题。

Reverse modeling method for ball link steel structure grid

The present invention provides a method, a reverse modeling of ball link steel grid structure includes the 3D laser scanning to obtain the ball link steel grid data extraction; point cloud data of each cylindrical member and ball type component; point cloud data of each cylindrical member and member of the ball cylindrical and spherical fitting fitting respectively; according to the allowable error value, determine the connection between the cylindrical member and ball type components; construction of spatial topological relations between each of the tubular member; the 3D coordinates of two points before and after the center line of the space equation of the center line and the modified cylindrical member member connected with the cylindrical. According to the spatial topological relations; and parameter information of each cylindrical component and the spherical component of reverse 3D reconstruction. The application of the invention can solve the existing technology, poor accuracy in large ball steel grid link in the reverse modeling due to external factors can not be reverse modeling, for safety hazards and measurement repeatability etc..

【技术实现步骤摘要】
一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法
本申请涉及钢结构网架逆向建模
，尤其涉及一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法。
技术介绍
随着科技水平和工程建设技术的不断进步，人们对于建筑结构优雅美观的需求日益增进。为了满足大众对于建筑物结构的越来越多样化的需求，对钢结构网架建筑物的设计施工、安全性、安装检测等均提出了挑战。在建筑物钢结构施工建设过程中，由于安装条件、施工难度以及气候条件等因素，钢结构网架安装后的结构与初始设计的结构会因上述因素进行优化从而得到调整。因此，安装施工设计图纸在实际工程建设中发生了改变或在钢结构网架建筑物建设完成后，因重新建设、被破坏等其它情况，当现有钢结构网架建筑物与原有设计图纸不一致时，需要对现有建筑物的网架结构中的各个构件进行测量，从而重新确定钢结构网架中每个构件的确定位置以及构件间的连接结构。本专利技术中所涉及的球链接钢结构网架是采用金属球型构件作为钢结构网架中圆柱型构件(钢梁、钢柱和钢桁架等)的连接部分构成的钢结构网架，是由多根圆柱型构件按照一定的网格形式通过节点(球型构件)连结而成的空间结构。现有技术中的一种测量方法是：通过传统的全站仪通过无棱镜的模型对球型构件的球心进行粗略地测量，同时对圆柱型构件的位置进行测量，通过测量的球型构件球心的坐标以及圆柱型构件的位置坐标，根据构件设计的尺寸和位置从而实现逆向三维建模。因为球型构件根据所处网架中的节点位置不同，其所起的受力作用不一样，受力的不同使得在设计时其直径大小也不一样，所以需要较高精度地测量。但是，全站仪等传统测量仪器只能通过间接的手段来测量球心坐标，其精度不可靠。而不可靠的球心坐标直接决定了所建立三维模型的精度不可靠，甚至在某些地方无法闭合。另外，在一些弱反射的球型结构或圆柱型构件处，需要工作人员在其表面贴反射片从而才能进行测量，这种反射片不牢固且无法反复使用，而且人为操作的复杂度较高，且对工作人员安全存在一定隐患；同时，人的重量和动作往往会在一定程度上对钢结构有一定的破坏。现有技术中的另一种测量方法是：通过摄影测量的方法进行三维重建。该方法首先在钢结构网架下按照一定的距离间隔和拍摄角度获取钢结构网架的多角度多位置的影像，并且在钢结构网架附近设置一定数量的控制点，且所拍摄的影像要拍摄到控制点。其次，通过影像间的特征匹配确定影像间的位置和姿态关系，再通过引入控制点以确定每张影像相对于钢结构网架物方发位置和姿态关系；随后，根据每张影像的姿态和位置进行多张影像的密集匹配生成影像点云；最后，通过人为分类将钢结构各个构件进行逆向三维建模，从而进行钢结构网架的建模。然而，该方法由于影像匹配、三维重建的算法过于复杂因此导致处理效率较差；而且，由于光照、自身和其它地物的遮挡等原因，该方法对于客观因素要求过高，有时无法满足拍照的条件，因此在一些环境的工程下无法使用该方法；另外，该方法对于光照的情况要求过高，且由于条件的限制，恢复每张影像拍照时的姿态和位置的精度也相对有限；此外，该方法还需要在钢结构网架附近贴上一定数量的控制点标靶，同时也无法进行重复的测量。由此可知，在现有技术中，如何快速获取球链接钢结构网架中各个球型构件和圆柱型构件的三维信息，并且准确的确定各个构件之间的连接结构是目前球球链接钢结构网架逆向建模技术中的难点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法，从而可以解决现有技术中在大型球链接钢结构网架逆向建模中的测量精度较差、因外部因素无法进行逆向建模以及对于人员的安全性隐患以及测量可重复性等问题。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法，该方法包括如下的步骤：步骤A、在球链接钢结构网架下，根据网架的结构特点以及点云分辨率进行三维激光扫描，获取点云数据，删除与球链接钢结构网架的点云数据无关的数据，并将处理后的点云数据拼接成一个完整的球链接钢结构网架数据；步骤B、从球链接钢结构网架数据中提取每一个圆柱型构件和球型构件的点云数据并编号；步骤C、对所提取的每一个圆柱型构件的点云数据进行圆柱面拟合，确定圆柱的直径、中心线以及中心线的前后两个端点的三维空间坐标并存储；步骤D、对所提取的每一个球型构件的点云数据进行球面拟合，确定球的中心点的三维空间坐标和直径并存储；步骤E、设定一个允许误差值，并根据圆柱型构件对应的中心线的前后两个端点以及允许误差值，确定每一个球型构件所连接的所有圆柱型构件，以确定圆柱型构件和球型构件之间的连接关系；步骤F、根据确定的各个圆柱型构件和球型构件之间的连接关系，构建各个管状构件之间的空间拓扑关系；根据每个圆柱型构件所连接的球型构件的中心点的坐标修正与该圆柱型构件连接的圆柱型构件的中心线空间方程及中心线的前后两个端点的三维坐标；步骤G、根据各个圆柱型构件和球型构件之间的空间拓扑关系以及各个圆柱型构件和球型构件的参数信息进行逆向三维重建。较佳的，所述步骤A包括：根据扫描装置与球链接钢结构网架的距离确定三维激光扫描的扫描分辨率；使用多站扫描的方式对球链接钢结构网架进行三维激光扫描得到点云数据，并使得球链接钢结构网架中的所有圆柱型构件和球型构件的点云数据的表面积占对应的圆柱型构件和球型构件的表面积1/3以上；删除与球链接钢结构网架的点云数据无关的数据；将处理后的点云数据通过地面标靶球配准到预设的坐标系中，使得球链接钢结构网架中的所有圆柱型构件和球型构件的点云数据同处于一个独立坐标系下，然后将处理后的点云数据拼接成一个完整的球链接钢结构网架数据。较佳的，所述允许误差值为：该球型构件对应的球的直径的3/2。较佳的，根据采集的次序进行编号。较佳的，所述编号由英文字母和数字两部分组成。由上述技术方案可见，在本专利技术的技术方案中，由于首先采用三维激光扫描技术对球链接钢结构网架进行三维激光扫描，得到高分辨率、高精度的球链接钢结构网架三维激光点云数据；然后从球链接钢结构网架数据中提取每一个圆柱型构件和球型构件的点云数据，并对所提取的每一个圆柱型构件的点云数据进行圆柱面拟合，确定各个圆柱型构件的具体位置和尺寸；对所提取的每一个球型构件的点云数据进行球面拟合，确定球的中心点的三维空间坐标和直径并存储；随后设定允许误差值，并根据该允许误差值自动确定各个圆柱型构件和球型构件之间的连接关系；然后根据连接关系构建各个圆柱型构件和球型构件之间的空间拓扑关系，再根据每个圆柱型构件所连接的球型构件的中心点的坐标修正与该圆柱型构件连接的圆柱型构件的中心线空间方程及中心线的前后两个端点的三维坐标，从而可以精确地测量各个圆柱型构件和球型构件的位置和参数以及各个构件之间的拓扑关系，以达到最佳的逆向三维重建，因而解决了现有技术中在大型球链接钢结构网架逆向建模中的测量精度较差、因外部因素无法进行逆向建模以及对于人员的安全性隐患以及测量可重复性等问题。附图说明图1为本专利技术实施例中的球链接钢结构网架的逆向建模的方法的流程图。图2为本专利技术实施例中的球链接钢结构网架的实际结构示意图。图3为本专利技术实施例中的球链接钢结构网架及局部点云示意图。图4为本专利技术实施例中提取出的单个球型构件或圆柱型构件的点云数据示意图。图5为本专利技术实施例中单个球型构件或圆柱型构件的点云数据拟合图。图6为本专利技术实施例中的球链接钢结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法，其特征在于，该方法包括如下的步骤：步骤A、在球链接钢结构网架下，根据网架的结构特点以及点云分辨率进行三维激光扫描，获取点云数据，删除与球链接钢结构网架的点云数据无关的数据，并将处理后的点云数据拼接成一个完整的球链接钢结构网架数据；步骤B、从球链接钢结构网架数据中提取每一个圆柱型构件和球型构件的点云数据并编号；步骤C、对所提取的每一个圆柱型构件的点云数据进行圆柱面拟合，确定圆柱的直径、中心线以及中心线的前后两个端点的三维空间坐标并存储；步骤D、对所提取的每一个球型构件的点云数据进行球面拟合，确定球的中心点的三维空间坐标和直径并存储；步骤E、设定一个允许误差值，并根据圆柱型构件对应的中心线的前后两个端点以及允许误差值，确定每一个球型构件所连接的所有圆柱型构件，以确定圆柱型构件和球型构件之间的连接关系；步骤F、根据确定的各个圆柱型构件和球型构件之间的连接关系，构建各个管状构件之间的空间拓扑关系；根据每个圆柱型构件所连接的球型构件的中心点的坐标修正与该圆柱型构件连接的圆柱型构件的中心线空间方程及中心线的前后两个端点的三维坐标；步骤G、根据各个圆柱型构件和球型构件之间的空间拓扑关系以及各个圆柱型构件和球型构件的参数信息进行逆向三维重建。...

【技术特征摘要】
1.一种球链接钢结构网架的逆向建模的方法，其特征在于，该方法包括如下的步骤：步骤A、在球链接钢结构网架下，根据网架的结构特点以及点云分辨率进行三维激光扫描，获取点云数据，删除与球链接钢结构网架的点云数据无关的数据，并将处理后的点云数据拼接成一个完整的球链接钢结构网架数据；步骤B、从球链接钢结构网架数据中提取每一个圆柱型构件和球型构件的点云数据并编号；步骤C、对所提取的每一个圆柱型构件的点云数据进行圆柱面拟合，确定圆柱的直径、中心线以及中心线的前后两个端点的三维空间坐标并存储；步骤D、对所提取的每一个球型构件的点云数据进行球面拟合，确定球的中心点的三维空间坐标和直径并存储；步骤E、设定一个允许误差值，并根据圆柱型构件对应的中心线的前后两个端点以及允许误差值，确定每一个球型构件所连接的所有圆柱型构件，以确定圆柱型构件和球型构件之间的连接关系；步骤F、根据确定的各个圆柱型构件和球型构件之间的连接关系，构建各个管状构件之间的空间拓扑关系；根据每个圆柱型构件所连接的球型构件的中心点的坐标修正与该圆柱型构件连接的圆柱型构件的中心线空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学飞，张兴斌，林松涛，马晓鑫，
申请(专利权)人：中冶建筑研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11