一种施工硐室段实景模型的配准方法、设备及存储介质与流程

本发明涉及数据处理，尤其涉及一种施工硐室段实景模型的配准方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、目前地下施工硐室开挖及爆破作业采用循环进尺的方式，具有施工速度快、工序衔接性强、即挖即支护等特点。基于倾斜摄影技术可以实现对当前爆破硐室段的实景三维模型重建，但重建后的模型仅具有相对坐标系，传统方法需要采用全站仪测量模型上至少3个控制点的真实坐标，计算得到配准所需要的七个空间参数，才能将实景三维模型配准到正确的空间坐标系中。

2、然而，如果对每一次硐室段实景三维模型均采用全站仪测量控制点完成配准过程，相当于在爆破作业过程新增了全站仪测量控制点这一道工序，费时费力，不仅导致现场人力资源的浪费，也阻碍了实景三维技术的推广。故需要研究新的实景三维模型配准技术，对随工程开挖爆破后的硐室段实景三维模型进行快速配准，并且实景三维模型的配准精度可满足相关专业（如地质编录作业）要求。

3、鉴于此，有必要提出一种施工硐室段实景模型的配准方法、设备及存储介质以解决或至少缓解上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种施工硐室段实景模型的配准方法、设备及存储介质，以解决现有技术中每一次构建硐室段实景三维模型后，都需要用全站仪测量控制点的真实坐标才能完成模型配准工作，存在费时费力的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种施工硐室段实景模型的配准方法，包括以下步骤：

3、s1，获取硐室段的二维设计图纸，并根据所述二维设计图纸建立所述硐室段的bim建模参数；其中，所述二维设计图纸包括所述硐室段的平面设计图、开挖支护断面图以及纵剖面设计图，所述bim建模参数包括中心轴线节点参数和断面轮廓线节点参数；

4、s2，获取当前爆破的硐室段的实景影像数据，并根据所述实景影像数据完成所述硐室段的实景三维模型重建；

5、s3，根据所述bim建模参数和所述硐室段的桩号构建硐室段的bim点云模型；

6、s4，根据所述实景三维模型和所述bim点云模型确定模型配准所需的参数信息，并根据所述参数信息对所述实景三维模型进行配准，得到配准后的实景三维模型；其中，所述参数信息包括平移量参数、缩放比例参数以及旋转参数。

7、优选地，所述步骤s1中根据所述二维设计图纸建立所述硐室段的bim建模参数具体包括以下步骤：

8、s11，根据所述平面设计图获取所述硐室段的中心轴线，获取所述中心轴线的每个节点pi在真实地理坐标系下的坐标值(pxi,pyi)，并记录每个节点pi对应的桩号；

9、s12，获取硐室段的中心轴线对应的纵剖面设计图，并根据所述纵剖面设计图获取所述硐室段的开挖路面的每个节点k的高程值hk，以及获取每个节点k对应的桩号；

10、s13，将节点pi对应的桩号和节点k对应的桩号进行去重整合，再根据插值算法计算得到所有桩号对应的三维空间坐标(pxi,pyi,hki)，并将所有桩号对应的三维空间坐标(pxi,pyi,hki)作为所述硐室段的中心轴线节点参数；

11、s14，根据所述开挖支护断面图构建相对的xoz坐标系，其中，所述xoz坐标系以硐室段的横断面为x轴，硐室断面的高度方向为z轴，所述xoz坐标系的坐标原点为所述开挖支护断面图与中心轴线的交点，所述开挖支护断面图和所述中心轴线垂直；

12、s15，获取硐室断面轮廓线上每个节点dj在所述xoz坐标系的坐标值(dxj,dzj)，得到断面轮廓线节点参数。

13、优选地，所述步骤s2具体包括以下步骤：

14、s21，根据工地现场开挖进度，获取当前爆破的硐室段的实景影像数据，并记录所述硐室段的起始桩号；

15、s22，基于所述实景影像数据和sfm算法实现所述硐室段的实景三维模型重建，得到具有纹理信息的obj模型。

16、优选地，所述步骤s3具体包括以下步骤：

17、s31，根据所有桩号对应的三维空间坐标(pxi,pyi,hki)，生成依次连接所有的三维空间坐标(pxi,pyi,hki)的虚拟轴线；

18、s32，根据所述硐室段的bim建模参数，以及所述硐室段的起始桩号，获取虚拟轴线的起始点三维坐标，并以0.5米为间距计算所述虚拟轴线上的插值点坐标；

19、s33，根据硐室断面的节点dj绘制硐室断面轮廓线，以每隔0.1米点云的点线将节点dj连接起来，得到硐室断面轮廓线点云；

20、s34，对虚拟轴线的所有插值点坐标，以每个插值点为原点绘制一次硐室断面轮廓线点云，并且保证硐室断面轮廓线点云所在平面与中心轴线相垂直，从而得到所述硐室段的bim点云模型。

21、优选地，所述步骤s4中根据所述参数信息对所述实景三维模型进行配准，得到配准后的实景三维模型具体包括以下步骤：

22、s41，将所述实景三维模型按照所述平移量参数进行平移，以完成所述实景三维模型的空间位置平移过程；

23、s42，将所述实景三维模型按照所述缩放比例参数进行缩放，以完成所述实景三维模型的空间缩放过程；

24、s43，再将所述实景三维模型按照所述旋转参数进行旋转，以完成所述实景三维模型的空间旋转过程。

25、优选地，所述步骤s4中的平移量参数具体通过以下步骤得到：

26、获取所述实景三维模型的所有三角网顶点的第一空间坐标，并根据所有三角网顶点的第一空间坐标计算所述实景三维模型的第一质心；

27、获取所述bim点云模型的所有点的第二空间坐标，并根据所有点的第二空间坐标计算所述bim点云模型的第二质心；

28、计算所述第一质心和所述第二质心的差值，并将所述差值作为所述实景三维模型配准过程的平移量参数。

29、优选地，所述步骤s4中的缩放比例参数具体通过以下步骤得到：

30、计算所述实景三维模型的所有三角网顶点到所述第一质心的第一距离均方差；

31、计算所述bim点云模型的所有点到所述第二质心的第二距离均方差；

32、将所述第一距离均方差和所述第二距离均方差的比值作为所述实景三维模型配准过程的缩放比例参数。

33、优选地，所述步骤s4中的旋转参数具体通过以下步骤得到：

34、在完成所述步骤s42后，将所述实景三维模型和所述bim点云模型加载至同一个三维点云处理平台中，获取所述实景三维模型的初始位置，并将所述实景三维模型旋转至和所述bim点云模型完全重合的位置；

35、获取所述实景三维模型和所述bim点云模型完全重合时对应的旋转角度，并将所述旋转角度作为所述实景三维模型配准过程的旋转参数。

36、本发明还提供一种施工硐室段实景模型的配准设备，包括：

37、bim建模参数确定单元，用于获取硐室段的二维设计图纸，并根据所述二维设计图纸建立所述硐室段的bim建模参数；其中，所述二维设计图纸包括所述硐室段的平面设计图、开挖支护断面图以及纵剖面设计图，所述bim建模参数包括中心轴线节点参数和断面轮廓线节点参数；

38、实景模型重建单元，用于获取当前爆破的硐室段的实景影像数据，并根据所述实景影像数据完成所述硐室段的实景三维模型重建；

39、bim点云模型确定单元，用于根据所述bim建模参数和所述硐室段的桩号构建硐室段的bim点云模型；

40、模型配准处理单元，用于根据所述实景三维模型和所述bim点云模型确定模型配准所需的参数信息，并根据所述参数信息对所述实景三维模型进行配准，得到配准后的实景三维模型；其中，所述参数信息包括平移量参数、缩放比例参数以及旋转参数。

41、本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的一种施工硐室段实景模型的配准方法的步骤。

42、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

43、本发明提供一种施工硐室段实景模型的配准方法、设备及存储介质，通过获取硐室段的二维设计图纸，并根据二维设计图纸建立硐室段的bim建模参数，其中，二维设计图纸包括硐室段的平面设计图、开挖支护断面图以及纵剖面设计图，bim建模参数包括中心轴线节点参数和断面轮廓线节点参数，获取当前爆破的硐室段的实景影像数据，并根据实景影像数据完成硐室段的实景三维模型重建，根据bim建模参数和硐室段的桩号构建硐室段的bim点云模型，根据实景三维模型和bim点云模型确定模型配准所需的参数信息，并根据参数信息对实景三维模型进行配准，得到配准后的实景三维模型。本技术提供了一种新的实景三维模型配准技术，不影响现场施工作业工序，现场只需要拍摄硐室段影像数据，模型重建与模型配准均可在室内完成；操作方便简单，一个硐室只需要进行一次bim翻模过程，即可满足整个硐室随爆破作业生成的多段实景三维模型配准所需，配准效率高且精度有保障。