專利名稱：施工數(shù)據(jù)驅(qū)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動建模技術(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法。
背景技術(shù)：
施工過程的規(guī)劃與監(jiān)管對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)度報表。它們?nèi)狈θS信息，這致使工程師依賴經(jīng)驗和直覺做出抉擇。3D計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)很好的緩解了該問題。工程師可以通過3D模型來了解建筑的結(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刻的狀態(tài)，無法顯示建筑工程任意特定時期的情況。1996年，美國斯坦福大學(xué)的CIFE(Center for Integrated Facility Engineering)實驗室提出了 4D理論。它在3D模型基礎(chǔ)上，增加時間維形成的一種動態(tài)空間模型。經(jīng)過十幾年的研究，4D技術(shù)從簡單的3D模型與時間軸疊加逐漸發(fā)展為更具潛力的復(fù)雜4D模型，也越來越多的應(yīng)用到實際的建筑工程中。帶狀建筑物的設(shè)計數(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線元的設(shè)計參數(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)計形式。因為帶狀建筑物的平、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整體，在繪制時需要同時表達(dá)平、 縱、橫各個要素。其中，橫斷面數(shù)據(jù)對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建模并體現(xiàn)建設(shè)過程的不足，提供一種施工數(shù)據(jù)驅(qū)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，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)過程。為了實現(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，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)庫中選取相應(yīng)的建造進(jìn)度報表，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)過程自動化建模。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)計表規(guī)定的橫斷面組成方式，利用樹形結(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)造物橫斷面采樣點坐標(biāo)生橫斷面模型的方法為根據(jù)采樣點坐標(biāo)和構(gòu)造物參數(shù)表，利用公式(a)、(b)計算橫斷面中線段和?。籰j_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為線段端點坐標(biāo)，size 為線段長度，ν (angle)為線段方向向量；Pi為弧上頂點，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；橫斷面連接是一個遞歸過程，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)庫中選取指定日期的建造進(jìn)度報表，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；增高增長方式下的進(jìn)度數(shù)據(jù)為施工高程，提取施工高程對應(yīng)的等高線以上或以下的竣工模型作為施工橫斷面模型；加寬增長方式下得進(jìn)度數(shù)據(jù)位橫斷面寬度，提取采樣點兩側(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動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弧的實例化示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(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。對于每種帶狀構(gòu)造物定義橫斷面模板對其進(jìn)行描述。橫斷面模板規(guī)定了橫斷面的結(jié)構(gòu)、增長方式、實例化方式以及繪制類別。構(gòu)造物設(shè)計表規(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；橫斷面在建造過程中以增高、加寬和累積三種方式增長；橫斷面模板從采樣點開始沿橫斷面輪廓依次定義線段和弧，因此實例化橫斷面模型時也要依據(jù)這一次序；橫斷面模板指定了構(gòu)造物在建造過程中外形紋理的變化過程，在繪制施工模型時用相應(yīng)階段的紋理做展示構(gòu)造物。構(gòu)造物參數(shù)表存儲每一個橫斷面的參數(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)計表中按橫斷面模板列舉的參數(shù)條目逐一提取出每個橫斷面的參數(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)度報表存儲每個橫斷面的進(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動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方式，使橫斷面設(shè)計與世界坐標(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)，便于存儲管理。線段的三維數(shù)據(jù)會在實例化時確定?；《x為四元組〈radius, radian, orientation, point〉。其中，radius 表示弧的半徑；radian表示弧度；orientation為扇形上逆時針第一條半徑的方向向量；point表示圓心或弧的兩個端點。(2)根據(jù)步驟(1)的橫斷面模板和施工單位提供的構(gòu)造物橫斷面采樣點坐標(biāo)生成橫斷面模型；橫斷面實例化的方法如下。計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)采樣點坐標(biāo)計算出弧和線段頂點在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。計算轉(zhuǎn)換矩陣的方法如下。采樣點Ph到采樣點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。對于橫斷面坐標(biāo)系中的點A(x'，y'，ζ')，若橫斷面坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)軸和原點在世界坐標(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，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)庫中選取相應(yīng)的建造進(jìn)度報表，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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，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)計表規(guī)定的橫斷面組成方式，利用樹形結(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，其特征在于所述步驟O)中根據(jù)橫斷面模板和構(gòu)造物橫斷面采樣點坐標(biāo)生橫斷面模型的方法為根據(jù)采樣點坐標(biāo)和構(gòu)造物參數(shù)表，利用公式(a)、(b)計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為線段端點坐標(biāo)，size 為線段長度，ν (angle)為線段方向向量；Pi為弧上頂點，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為弧上頂點數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工數(shù)據(jù)驅(qū)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，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；橫斷面連接是一個遞歸過程，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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，其特征在于所述步驟( 在數(shù)據(jù)庫中選取指定日期的建造進(jìn)度報表，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；增高增長方式下的進(jìn)度數(shù)據(jù)為施工高程，提取施工高程對應(yīng)的等高線以上或以下的竣工模型作為施工橫斷面模型；加寬增長方式下得進(jìn)度數(shù)據(jù)位橫斷面寬度，提取采樣點兩側(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)動的帶狀構(gòu)造物建設(shè)過程自動化建模方法，其步驟如下(1)根據(jù)構(gòu)造物設(shè)計表定義構(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)庫中選取相應(yīng)的建造進(jìn)度報表，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坐標(biāo)、構(gòu)造物位置表和建造進(jìn)度報表的前提下，能夠自動的建立帶狀構(gòu)造物的竣工和施工建模。
文檔編號G06T19/00GK102495915SQ201110341020
公開日2012年6月13日 申請日期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, 陳國軍, 陳競翔 申請人:北京航空航天大學(xué)