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      施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法

      文檔序號(hào):6437279閱讀:232來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及自動(dòng)建模技術(shù)和4D建模技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法。
      背景技術(shù)
      施工過(guò)程的規(guī)劃與監(jiān)管對(duì)于建筑工程極為重要。早期,施工規(guī)劃與監(jiān)管的主要手段是查閱二維圖紙和進(jìn)度報(bào)表。它們?nèi)狈θS信息,這致使工程師依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)做出抉擇。3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)很好的緩解了該問(wèn)題。工程師可以通過(guò)3D模型來(lái)了解建筑的結(jié)構(gòu),工程的進(jìn)度等信息。但,3D模型只能反映建筑某一時(shí)刻的狀態(tài),無(wú)法顯示建筑工程任意特定時(shí)期的情況。1996年,美國(guó)斯坦福大學(xué)的CIFE(Center for Integrated Facility Engineering)實(shí)驗(yàn)室提出了 4D理論。它在3D模型基礎(chǔ)上,增加時(shí)間維形成的一種動(dòng)態(tài)空間模型。經(jīng)過(guò)十幾年的研究,4D技術(shù)從簡(jiǎn)單的3D模型與時(shí)間軸疊加逐漸發(fā)展為更具潛力的復(fù)雜4D模型,也越來(lái)越多的應(yīng)用到實(shí)際的建筑工程中。帶狀建筑物的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通常包括平、縱、橫數(shù)據(jù),它是建立帶狀構(gòu)造物模型的基礎(chǔ)。平面數(shù)據(jù)主要記錄線形中各個(gè)線元的設(shè)計(jì)參數(shù),它表述的是帶狀建筑物中線的平面位置。而縱斷面數(shù)據(jù)則表達(dá)了線路中線在立面上的位置。橫斷面數(shù)據(jù)則是在帶狀構(gòu)造物中線上相應(yīng)位置處法線方向的建筑輪廓和設(shè)計(jì)形式。因?yàn)閹罱ㄖ锏钠?、縱、橫數(shù)據(jù)分別記錄,其相互之間的關(guān)聯(lián)性較差。而帶狀建筑模型作為一個(gè)整體,在繪制時(shí)需要同時(shí)表達(dá)平、 縱、橫各個(gè)要素。其中,橫斷面數(shù)據(jù)對(duì)于描述帶狀建筑物外形最為重要。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有方法沒(méi)有充分利用帶狀構(gòu)造物的橫斷面數(shù)據(jù)難以高效地完成自動(dòng)建模并體現(xiàn)建設(shè)過(guò)程的不足,提供一種施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,該方法充分利用了橫斷面數(shù)據(jù),可以基于少量的施工數(shù)據(jù)自動(dòng)生成帶狀構(gòu)造物竣工和施工模型,提高建模效率和擴(kuò)展性并能夠體現(xiàn)建設(shè)過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,該方法將帶狀構(gòu)造物抽象為橫斷面模板,把連續(xù)的帶狀構(gòu)造物離散化為橫斷面序列,根據(jù)少量的構(gòu)造物參數(shù)生成橫斷面模型,并將其連接生成竣工模型,再基于少量的進(jìn)度數(shù)據(jù)從竣工模型中提取施工模型,從而達(dá)到基于施工數(shù)據(jù)自動(dòng)生成帶狀構(gòu)造物的竣工和施工模型的目的,具體包含的步驟如下(1)根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計(jì)表定義構(gòu)造物橫斷面的組成部分,并生成橫斷面模板;(2)根據(jù)步驟(1)的橫斷面模板和施工單位提供的構(gòu)造物橫斷面采樣點(diǎn)坐標(biāo)生橫斷面模型;(3)根據(jù)構(gòu)造物位置表提供的構(gòu)造物空間位置信息,選取步驟(2)得到的橫斷面模型,并將其連接生成構(gòu)造物模型;(4)選定施工日期;
      (5)根據(jù)步驟(4)設(shè)定的施工日期,在數(shù)據(jù)庫(kù)中選取相應(yīng)的建造進(jìn)度報(bào)表,并結(jié)合構(gòu)造物模型生成施工模型;(6)繪制步驟( 得到的施工模型,從而完成帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模。進(jìn)一步的,所述步驟(1)中定義構(gòu)造物橫斷面的組成部分的方法為根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計(jì)表規(guī)定的橫斷面組成方式,利用樹(shù)形結(jié)構(gòu)描述橫斷面,將其劃分為結(jié)構(gòu)體structure、 結(jié)構(gòu)組件element、線段line和弧arc,橫斷面模板將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橫斷面結(jié)構(gòu)體structure 按層級(jí)分為若干結(jié)構(gòu)組件element,結(jié)構(gòu)組件包含構(gòu)成橫斷面的線段line和弧arc。進(jìn)一步的,所述步驟O)中根據(jù)橫斷面模板和構(gòu)造物橫斷面采樣點(diǎn)坐標(biāo)生橫斷面模型的方法為根據(jù)采樣點(diǎn)坐標(biāo)和構(gòu)造物參數(shù)表,利用公式(a)、(b)計(jì)算橫斷面中線段和弧;lj_b = IiJsize · ν (angle) · R(a)Pi = i · (radian/m) · radius · orientation · R+0(point)(b)其中,R為橫斷面坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;IgUh為線段端點(diǎn)坐標(biāo),size 為線段長(zhǎng)度,ν (angle)為線段方向向量;Pi為弧上頂點(diǎn),radian為弧度,radius為半徑, orientation為半徑方向向量,0 (point)為圓心坐標(biāo),m為弧上頂點(diǎn)數(shù)。進(jìn)一步的,所述步驟(3)中根據(jù)構(gòu)造物位置表選取橫斷面模型,并將其連接生成構(gòu)造物模型經(jīng)實(shí)例化得到的橫斷面模型序列首尾相接即可構(gòu)成立體帶狀模型;橫斷面連接是一個(gè)遞歸過(guò)程,結(jié)構(gòu)體structure把連接任務(wù)分派給它下層的結(jié)構(gòu)組件element, element把任務(wù)分派給line和arc,最終將線段和弧連接為曲面;橫斷面間的連線分為直線、折線和Beizer曲線三種方式。進(jìn)一步的,所述步驟( 在數(shù)據(jù)庫(kù)中選取指定日期的建造進(jìn)度報(bào)表,從構(gòu)造物竣工模型中提取出施工模型橫斷面模板規(guī)定了帶狀構(gòu)造物的增長(zhǎng)方式,主要分為橫斷面的增高、加寬以及建筑組件累積三種方式;增高增長(zhǎng)方式下的進(jìn)度數(shù)據(jù)為施工高程,提取施工高程對(duì)應(yīng)的等高線以上或以下的竣工模型作為施工橫斷面模型;加寬增長(zhǎng)方式下得進(jìn)度數(shù)據(jù)位橫斷面寬度,提取采樣點(diǎn)兩側(cè)寬度范圍內(nèi)的竣工模型作為施工橫斷面模型;累積增長(zhǎng)方式,提取竣工橫斷面模型中某些結(jié)構(gòu)組件構(gòu)成施工橫斷面模型。本發(fā)明的原理是橫斷面數(shù)據(jù)包含了描述帶狀構(gòu)造物外形的主要信息,充分利用橫斷面數(shù)據(jù),將帶狀構(gòu)造物抽象為橫斷面模板,根據(jù)少量的構(gòu)造物數(shù)生成橫斷面模型,并將其連接生成竣工模型,再基于少量的進(jìn)度數(shù)據(jù)從竣工模型中提取施工模型,從而達(dá)到基于施工數(shù)據(jù)自動(dòng)生成帶狀構(gòu)造物的竣工和施工模型的目的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明充分利用了橫斷面數(shù)據(jù),將構(gòu)造物抽象為橫斷面模板,基于少量的施工數(shù)據(jù)自動(dòng)生成帶狀構(gòu)造物竣工和施工模型,提高建模效率和擴(kuò)展性并能夠體現(xiàn)建設(shè)過(guò)程。


      圖1為本發(fā)明中橫斷面模板結(jié)構(gòu)的示意圖;圖2為本發(fā)明施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法的流程圖;圖3為本發(fā)明中橫斷面法向量示意圖;圖4為本發(fā)明中橫斷面坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換示意圖5弧的實(shí)例化示意圖。
      具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述本發(fā)明將連續(xù)帶狀構(gòu)造物離散為橫斷面序列。對(duì)于每種帶狀構(gòu)造物定義橫斷面模板對(duì)其進(jìn)行描述。橫斷面模板規(guī)定了橫斷面的結(jié)構(gòu)、增長(zhǎng)方式、實(shí)例化方式以及繪制類(lèi)別。構(gòu)造物設(shè)計(jì)表規(guī)定了橫斷面外形結(jié)構(gòu),橫斷面模板按功能和結(jié)構(gòu)將其分為若干結(jié)構(gòu)組件,結(jié)構(gòu)組件由線段和弧構(gòu)成;橫斷面在建造過(guò)程中以增高、加寬和累積三種方式增長(zhǎng);橫斷面模板從采樣點(diǎn)開(kāi)始沿橫斷面輪廓依次定義線段和弧,因此實(shí)例化橫斷面模型時(shí)也要依據(jù)這一次序;橫斷面模板指定了構(gòu)造物在建造過(guò)程中外形紋理的變化過(guò)程,在繪制施工模型時(shí)用相應(yīng)階段的紋理做展示構(gòu)造物。構(gòu)造物參數(shù)表存儲(chǔ)每一個(gè)橫斷面的參數(shù)數(shù)據(jù),參數(shù)條目由橫斷面模板表規(guī)定,包含線段和弧的尺寸與方向信息。在構(gòu)造物設(shè)計(jì)表中按橫斷面模板列舉的參數(shù)條目逐一提取出每個(gè)橫斷面的參數(shù)數(shù)據(jù)并存入構(gòu)造物參數(shù)表。根據(jù)橫斷面模板、構(gòu)造物參數(shù)表和采樣點(diǎn)坐標(biāo)即可生成橫斷面模型,并將其連接為構(gòu)造物竣工模型。建造進(jìn)度報(bào)表存儲(chǔ)每個(gè)橫斷面的進(jìn)度數(shù)據(jù)和橫斷面外形紋理的變化階段。根據(jù)建造進(jìn)度報(bào)表從構(gòu)造物竣工模型中提取施工模型,并按相應(yīng)階段的紋理繪制。本發(fā)明基于施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法的流程如圖2 所示,其步驟如下(1)根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計(jì)表定義構(gòu)造物橫斷面的組成部分,并生成橫斷面模板;橫斷面模板將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橫斷面結(jié)構(gòu)體structure按層級(jí)分為若干結(jié)構(gòu)組件 elemen,結(jié)構(gòu)組件包含構(gòu)成橫斷面的線段line和弧arc,如圖1所示。下面展示了橫斷面模板的BNF范式。<structure> = <structure><element>|<element><element> = <element><line>|<element><arc>|<line>|<arc>橫斷面模板抽象了橫斷面的幾何輪廓,定義了組成橫斷面的線段和弧的二維空間屬性,并指定了橫斷面的增長(zhǎng)方式,使橫斷面設(shè)計(jì)與世界坐標(biāo)系解耦。線段定義為二元組〈size,angle), size代表線段尺寸,angle表示線段在橫斷面坐標(biāo)系與正X軸的夾角。這樣定義可以把橫斷面模板和描述具體橫斷面的三維數(shù)據(jù)解耦, 用戶僅需指定線段的尺寸和方向,而不用關(guān)心線段端點(diǎn)的坐標(biāo)。而且,尺寸和方向信息的數(shù)據(jù)量小于三維坐標(biāo),便于存儲(chǔ)管理。線段的三維數(shù)據(jù)會(huì)在實(shí)例化時(shí)確定?;《x為四元組〈radius, radian, orientation, point〉。其中,radius 表示弧的半徑;radian表示弧度;orientation為扇形上逆時(shí)針第一條半徑的方向向量;point表示圓心或弧的兩個(gè)端點(diǎn)。(2)根據(jù)步驟(1)的橫斷面模板和施工單位提供的構(gòu)造物橫斷面采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成橫斷面模型;橫斷面實(shí)例化的方法如下。計(jì)算出弧和線段的方向向量以及橫斷面坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣,再根據(jù)采樣點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出弧和線段頂點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣的方法如下。采樣點(diǎn)Ph到采樣點(diǎn)Pi的向量;^作為橫斷面i的法向量IiiUi, Yi, Zi),構(gòu)造物參數(shù)表指定了橫斷面縱坐標(biāo)軸在世界坐標(biāo)系中的方向ny(Xy,yy,zy),如圖3所示,于是得到橫斷面坐標(biāo)系三坐標(biāo)軸在世界坐標(biāo)系中的方向向量,如圖4所示。對(duì)于橫斷面坐標(biāo)系中的點(diǎn)A(x',y',ζ'),若橫斷面坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸和原點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中被描述為向量11、¥、《和0,那么0+1' -u+y' · v+z' · w即為A在世界坐標(biāo)系中的描述。由于R僅為旋轉(zhuǎn)矩陣,因此可忽略平移量ο,即假設(shè)橫斷面坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系原點(diǎn)重疊,于是A在世界坐標(biāo)系中的描述為χ' -u+y' - v+z' · 。所以,根據(jù)方向向量 、 、叫可計(jì)算出橫斷面坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣R,如公式(1)所示。
      權(quán)利要求
      1.一種施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,該方法將帶狀構(gòu)造物抽象為橫斷面模板,把連續(xù)的帶狀構(gòu)造物離散化為橫斷面序列,根據(jù)少量的構(gòu)造物參數(shù)生成橫斷面模型,并將其連接生成竣工模型,再基于少量的進(jìn)度數(shù)據(jù)從竣工模型中提取施工模型,從而達(dá)到基于施工數(shù)據(jù)自動(dòng)生成帶狀構(gòu)造物的竣工和施工模型的目的,其特征在于該方法包含步驟如下步驟(1)根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計(jì)表定義構(gòu)造物橫斷面的組成部分,并生成橫斷面模板;步驟( 根據(jù)步驟(1)的橫斷面模板和施工單位提供的構(gòu)造物橫斷面采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成橫斷面模型;步驟(3)根據(jù)構(gòu)造物位置表選取步驟(2)得到的橫斷面模型,并將其連接生成構(gòu)造物模型;步驟⑷選定施工日期;步驟( 根據(jù)步驟(4)設(shè)定的施工日期,在數(shù)據(jù)庫(kù)中選取相應(yīng)的建造進(jìn)度報(bào)表,并結(jié)合構(gòu)造物模型生成施工模型;步驟(6)繪制步驟( 得到的施工模型。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,其特征在于所述步驟(1)中定義構(gòu)造物橫斷面的組成部分的方法為根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計(jì)表規(guī)定的橫斷面組成方式,利用樹(shù)形結(jié)構(gòu)描述橫斷面,將其劃分為結(jié)構(gòu)體structure、結(jié)構(gòu)組件 element、線段line和弧arc,橫斷面模板將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橫斷面結(jié)構(gòu)體structure按層級(jí)分為若干結(jié)構(gòu)組件element,結(jié)構(gòu)組件包含構(gòu)成橫斷面的線段line和弧arc。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,其特征在于所述步驟O)中根據(jù)橫斷面模板和構(gòu)造物橫斷面采樣點(diǎn)坐標(biāo)生橫斷面模型的方法為根據(jù)采樣點(diǎn)坐標(biāo)和構(gòu)造物參數(shù)表,利用公式(a)、(b)計(jì)算橫斷面中線段和弧;1卜b = 1卜a+size · ν (angle) · R(a)Pi = i · (radian/m) · radius · orientation · R+0(point)(b)其中,R為橫斷面坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;li_b、li_a為線段端點(diǎn)坐標(biāo),size 為線段長(zhǎng)度,ν (angle)為線段方向向量;Pi為弧上頂點(diǎn),radian為弧度,radius為半徑, orientation為半徑方向向量,0 (point)為圓心坐標(biāo),m為弧上頂點(diǎn)數(shù)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,其特征在于所述步驟(3)中根據(jù)構(gòu)造物位置表選取橫斷面模型,并將其連接生成構(gòu)造物模型 經(jīng)實(shí)例化得到的橫斷面模型序列首尾相接即可構(gòu)成立體帶狀模型;橫斷面連接是一個(gè)遞歸過(guò)程,結(jié)構(gòu)體structure把連接任務(wù)分派給它下層的結(jié)構(gòu)組件element,element把任務(wù)分派給line和arc,最終將線段和弧連接為曲面;橫斷面間的連線分為直線、折線和Beizer 曲線三種方式。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,其特征在于所述步驟( 在數(shù)據(jù)庫(kù)中選取指定日期的建造進(jìn)度報(bào)表,從構(gòu)造物竣工模型中提取出施工模型橫斷面模板規(guī)定了帶狀構(gòu)造物的增長(zhǎng)方式,主要分為橫斷面的增高、加寬以及建筑組件累積三種方式;增高增長(zhǎng)方式下的進(jìn)度數(shù)據(jù)為施工高程,提取施工高程對(duì)應(yīng)的等高線以上或以下的竣工模型作為施工橫斷面模型;加寬增長(zhǎng)方式下得進(jìn)度數(shù)據(jù)位橫斷面寬度,提取采樣點(diǎn)兩側(cè)寬度范圍內(nèi)的竣工模型作為施工橫斷面模型;累積增長(zhǎng)方式,提取竣工橫斷面模型中某些結(jié)構(gòu)組件構(gòu)成施工橫斷面模型。
      全文摘要
      本發(fā)明提供一種施工數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過(guò)程自動(dòng)化建模方法,其步驟如下(1)根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計(jì)表定義構(gòu)造物橫斷面的組成部分,并生成橫斷面模板;(2)根據(jù)步驟(1)的橫斷面模板和施工單位提供的橫斷面采樣點(diǎn)坐標(biāo)和構(gòu)造物參數(shù)表生成橫斷面模型;(3)根據(jù)構(gòu)造物位置表提供的構(gòu)造物空間位置信息,選取步驟(2)得到的橫斷面模型,并將其連接生成構(gòu)造物模型;(4)選定施工日期;(5)根據(jù)步驟(4)設(shè)定的施工日期,在數(shù)據(jù)庫(kù)中選取相應(yīng)的建造進(jìn)度報(bào)表,并結(jié)合構(gòu)造物模型生成施工模型;(6)繪制步驟(5)得到的施工模型。本發(fā)明在施工單位提供采樣點(diǎn)坐標(biāo)、構(gòu)造物位置表和建造進(jìn)度報(bào)表的前提下,能夠自動(dòng)的建立帶狀構(gòu)造物的竣工和施工建模。
      文檔編號(hào)G06T19/00GK102495915SQ201110341020
      公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
      發(fā)明者吳威, 周忠, 陳國(guó)軍, 陳競(jìng)翔 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)
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