一种基于BIM-机械狗的室内实测实量智能化采集方法及系统

本发明属于建筑信息化领域，具体涉及一种基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法及系统。

背景技术：

1、随着人工智能技术和扫描技术的不断发展，三维激光扫描技术应运而生，旨在解决传统实测实量方法中存在的种种问题并改进数据采集方式。该技术利用非接触式的测量方式获取物体表面的几何信息，利用激光束进行扫描，生成点云数据，并进行处理和分析，从而构建出高精度的三维模型。受益于该技术的非接触式、高精度、高效率等显著优点，三维激光扫描技术已被广泛应用于多个领域，如隧道、桥梁、建筑工程和道路检测等领域，为相关行业的发展提供了更强的支持。三维激光扫描采集主要有手持采集、背包采集和固定站点扫描三种方式。

2、然而，传统的三维扫描采集方式存在以下不足：三维激光扫描采集主要有手持采集、背包采集和固定站点扫描三种方式可供选择。手持和背包采集方式比传统的三维扫描仪小巧轻便，非常适合现场扫描，但采集到的点云数据精度较低，不适用于实测实量。而适用于实测实量的点云数据通常由精度更高的三维激光扫描仪采集，但大多数三维激光扫描仪较重，只能用固定站点方式进行数据采集，使得施工人员需要更多的努力和配合，从而增加了人力成本。传统的三维激光扫描操作流程繁琐，需要大量的人力参与，易忽略拐角位、死角等区域的扫描，同时操作质量也存在很多不确定性，难以对扫描工作进行量化评价。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、一种基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，包括：

3、s1、基于bim模型生成导航地图；

4、s2、生成最优扫描站点，并根据全局地图对所述最优扫描站点进行规划得到最短路径站点组合；

5、s3、根据所述最短路径站点组合得到规划路径，并将所述规划路径输入至机械狗，以使所述机械狗执行相应指令。

6、在一个具体实施方式中，所述步骤s1包括：

7、s11、根据bim模型生成初始点云模型；

8、s12、采用直通滤波截取预设高度的初始点云模型后进行半径滤波，以去除噪点得到滤波点云模型；

9、s13、计算滤波点云模型中每个栅格处的占据概率，将占据概率大于预设阈值的栅格标记为障碍物区域，占据概率小于预设阈值的栅格标记为可通行区域以得到栅格地图；

10、s14、将机械狗的初始位置作为参照点将所述栅格地图与实际场景进行配准得到导航地图。

11、在一个具体实施方式中，所述预设高度为地表高度至机器狗高度之间的范围。

12、在一个具体实施方式中，所述步骤s2包括：

13、s21、初始化站点组合，并根据扫描覆盖率和站点距离门的总距离确定目标函数；

14、s22、根据遗传算法和模拟退火算法对初始化站点组合进行迭代优化得到最优扫描站点；

15、s23、根据可通行区域、障碍物区域和膨胀半径确定机械狗行走安全距离，以通过a-star算法确定站点之间的最短路径；

16、s24、根据遗传算法和模拟退火算法确定最优扫描站点的最佳排列顺序，以根据最佳排列顺序和站点之间的最短路径得到最短路径站点组合。

17、在一个具体实施方式中，根据扫描覆盖率和站点距离门的总距离确定目标函数，包括：

18、对站点距离门的总距离进行归一化处理得到第一权重指标；

19、根据扫描覆盖率得到第二权重指标；

20、调整所述第一权重指标和所述第二权重指标以确定目标函数。

21、在一个具体实施方式中，所述步骤s22包括：

22、s221、根据初始化站点组合确定当前组合下的扫描覆盖率和站点距离门的总距离，将扫描覆盖率和站点距离门的总距离代入目标函数得到站点组合评分；

23、s222、采用遗传算法更新站点组合并计算更新后的站点组合评分；

24、s223、将更新后的站点组合评分与前一次得到的站点组合评分进行比较，当两者差值不满足预设增长阈值时，进行迭代更新；当两者差值满足预设增长阈值时，判断该站点组合是否满足预设扫描覆盖率，若是，将该站点组合作为最优扫描站点，若否，则进行迭代更新。

25、在一个具体实施方式中，所述步骤s24包括：

26、s241、将a-star算法确定的站点之间的最短路径进行长度计算，并存储于二维矩阵中；

27、s242、随机生成站点排列顺序，并计算该排列顺序的站点之间总距离；

28、s243、通过遗传算法对该随机生成站点排列顺序进行杂交和变异处理，选择总路径最短的站点组合作为最短路径站点组合。

29、在一个具体实施方式中，当所述机械狗到达门窗洞口位置时，生成中转站点以及设定符合中转站点移动路径的角度，以使机械狗到达中转站点后调小路径中的膨胀半径；相应的，将所述中转站点添加至所述最短路径站点中对应位置。

30、在一个具体实施方式中，响应于接收到机械狗的位置信息，当所述位置信息与第一个站点位置不重合且未开始采集时，控制机械狗移动到第一个站点位置；或者当所述位置信息为目标点位置时，控制机械狗进行信息采集；或者当所述位置信息为最后一个站点位置且完成信息采集时，控制机械狗移动到第一个站点位置。

31、本发明同时提供一种基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集系统，包括：

32、导航地图生成模块，用于基于bim模型生成导航地图；

33、扫描站点规划模块，用于生成最优扫描站点，并根据全局地图对所述最优扫描站点进行规划得到最短路径站点组合；

34、导航控制模块，用于根据所述最短路径站点组合得到规划路径，并将所述规划路径输入至机械狗，以使所述机械狗执行相应指令。

35、本发明的有益效果：

36、1、本发明的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法利用bim模型数据生成导航地图可以在确保数据的正确性和一致性的前提下可以降低导航地图生成的时间成本，并且通过将bim模型数据与机械狗控制平台的数据进行互通大大减少重新收集信息的时间，提高室内空间智能化收集的效率。

37、2、本发明的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法通过结合bim模型信息，机械狗能实时避障和自动规划最优路径和提高在狭窄室内空间导航的能力，从而提高了机械狗在室内环境中行走的安全性，并且减少了大量人为干预和提高了扫描的效率，达到了室内实测实量数据智能采集的目的。

38、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

3.根据权利要求2所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，所述预设高度为地表高度至机器狗高度之间的范围。

4.根据权利要求1所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

5.根据权利要求4所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，根据扫描覆盖率和站点距离门的总距离确定目标函数，包括：

6.根据权利要求4所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，所述步骤s22包括：

7.根据权利要求4所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，所述步骤s24包括：

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，其特征在于，当所述机械狗到达门窗洞口位置时，生成中转站点以及设定符合中转站点移动路径的角度，以使机械狗到达中转站点后调小路径中的膨胀半径；相应的，将所述中转站点添加至所述最短路径站点中对应位置。

9.根据权利要求1-7任一项所述的基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集方法，响应于接收到机械狗的位置信息，当所述位置信息与第一个站点位置不重合且未开始采集时，控制机械狗移动到第一个站点位置；或者当所述位置信息为目标点位置时，控制机械狗进行信息采集；或者当所述位置信息为最后一个站点位置且完成信息采集时，控制机械狗移动到第一个站点位置。

10.一种基于bim-机械狗的室内实测实量智能化采集系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于BIM‑机械狗的室内实测实量智能化采集方法及系统，该方法包括：S1、基于BIM模型生成导航地图；S2、生成最优扫描站点，并根据全局地图对所述最优扫描站点进行规划得到最短路径站点组合；S3、根据所述最短路径站点组合得到规划路径，并将所述规划路径输入至机械狗，以使所述机械狗执行相应指令。本发明的基于BIM‑机械狗的室内实测实量智能化采集方法通过结合BIM模型信息，机械狗能实时避障和自动规划最优路径和提高在狭窄室内空间导航的能力，从而提高了机械狗在室内环境中行走的安全性，并且减少了大量人为干预和提高了扫描的效率，达到了室内实测实量数据智能采集的目的。

技术研发人员：谭毅,陈毓哲,陈丽梅,邹亚坤,吴环宇,丁志坤
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15