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申请/专利权人：南通大学

摘要：本发明公开一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，包括以下步骤：步骤一：BIM轴网提取与轴网中心计算；步骤二：点云切片与线特征提取；步骤三：非轴网对应线段剔除，剔除偏离被选轴线的线段，保留能够与被选轴线对应的线段，得到轴网对应线段集合；步骤四：轴网对应线段规则化，对保留的轴网对应线段集进行规则化，延长规则化之后的直线段，形成封闭的矩形框，计算中心坐标和象限角；步骤五：中心齐次坐标变换，根据轴网中心的位姿与点云提取的轴网对应线段提取的矩形中心，通过刚体变换改变原始点云的位置和方向，实现两种模型的坐标对齐。本发明可解决利用点云进行施工过程监测和变化检测所需要的点云与BIM模型坐标对齐问题。

主权项：1.一种基于轴网的实测三维点云与BIM模型坐标对齐方法，应用于建筑测量领域，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：BIM轴网提取与轴网中心计算，从BIM模型中导出坐标轴网，提取典型的东西南北四条轴线，通常选择标定内墙的四条轴线，根据提取四条轴线的坐标值计算轴网中心和象限角；步骤二：点云切片与线特征提取将垂直定向的激光扫描点云按照Z轴方向进行多层切片，选择其中的若干层切片投影到XOY平面，并进行线特征提取，得到平面线特征集合；步骤三：非轴网对应线段剔除，剔除偏离被选轴线的线段，保留能够与被选轴线对应的线段，得到轴网对应线段集合；步骤四：轴网对应线段规则化，对保留的轴网对应线段集进行规则化，延长规则化之后的直线段，形成封闭的矩形框，计算中心坐标和象限角；步骤五：中心齐次坐标变换，根据轴网中心的位姿与点云提取的轴网对应线段提取的矩形中心，通过刚体变换改变原始点云的位置和方向，实现两种模型的坐标对齐，算法结束；其中，所述步骤四轴线对应线段规则化的具体实现步骤为：3.1、由于从轴网中选择了东西南北四条轴线，形成了矩形的包围框；实测三维点云中的对应线段也应该满足平行和正交的要求，才能最佳的确定点云中心；假设每条直线采用“点+方向向量”的方式表示直线参数，记为i＝0，1，2，…，并将最长的直线段，或包含最大数量点云的直线作为第一条线，即参考直线Lref，则其他正交和平行线Li，i＝1，2，3，…的条件规则定义为： 将其它直线与参考直线的夹角记为θ；Δθ是根据经验设置的角度阈值；如果满足条件1，认为直线平行与参考直线；如果满足条件2，认为该直线垂直于参考直线；在规则化的过程中，为了对每条直线获取最优的直线参数，采用约束最小二乘方法来解决这一问题；本发明采用的线特征规则化的公式如下： 式中，L为直线方程，Ai和Bi为直线方程参数，O表示直线与参考直线之间的关系，垂直Mv，平行Mu；令x＝c0，c1，…，ci，a0，b0T，得到线性方程组Ax＝b；其中A代表线性方程组的系数矩阵，x代表未知参数向量，右边对系数矩阵A进行QR分解，以减少求解问题的复杂度；对分解结果上三角阵R进行奇异值SVD分解，得到最终x的解，相应的为每条直线赋予新的参数值；对线段进行垂直和平行规则化之后，进一步运用共线规则，将平行且相互距离小于给定阈值的直线段进行合并，采用均值法将共线线段合并；3.2、延长规则化之后的直线段，形成封闭的矩形框，计算中心坐标和象限角；所述步骤五中心齐次坐标变换的具体实现步骤为：4.1、记轴网中心点坐标和象限角为p0αx，αy，0，0，点云中点坐标p1和象限角为βx，βy，0，θ2；首先将将点p1移动到坐标原点： 4.2围绕Z轴旋转： 4.3将p1移动到轴网中心p0： 齐次坐标变换矩阵为：M＝Tp0·Rzθ2·T-p1；9；4.4、将变换矩阵应用到原始点云，得到对齐的点云文件。

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