本發(fā)明涉及建筑巡檢，具體是涉及基于bim技術(shù)的建筑物巡檢方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、城市高層建筑以土地利用率高、占地面積小和更加美觀而迅速成為現(xiàn)代化城市建筑建設(shè)的主要形式。高層建筑雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但由于使用年限的延長、材料的老化以及施工的缺陷而導(dǎo)致的墻皮脫落、鼓包和裂縫等情況很容易引起安全事故，從而給社會(huì)和人民群眾造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，城市高層建筑墻壁的檢查和維護(hù)對(duì)于保護(hù)公共安全與減少經(jīng)濟(jì)損失方面變得尤為重要。

2、覆蓋路徑規(guī)劃的目的是確定能夠讓機(jī)器人詳細(xì)地探索工作空間的路徑，從而保證結(jié)構(gòu)檢查的完整覆蓋，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)檢查中，盡管一些研究工作在不同的結(jié)構(gòu)檢查中使用了覆蓋路徑規(guī)劃方法，但很少有學(xué)者關(guān)注如何將傳感器的尺寸和精度以及覆蓋率評(píng)估納入覆蓋路徑規(guī)劃。因此，在覆蓋路徑規(guī)劃過程中結(jié)合傳感器的尺寸和精度以及廣泛評(píng)估覆蓋率仍然被認(rèn)為是開放研究領(lǐng)域，還需要進(jìn)一步探索。此外，沒有考慮將無人機(jī)電池續(xù)航納入路徑規(guī)劃中以及在現(xiàn)實(shí)中執(zhí)行航線無人機(jī)定位精度問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，提供基于bim技術(shù)的建筑物巡檢方法、裝置及系統(tǒng)，本技術(shù)方案解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、基于bim技術(shù)的建筑物巡檢方法，包括：

4、對(duì)建筑物中的待巡檢區(qū)域進(jìn)行提取，獲取建筑物的原始bim模型；

5、通過對(duì)建筑物的原始bim模型進(jìn)行預(yù)處理，利用bim模型的語義信息篩選出建筑物的內(nèi)外墻，并將整個(gè)內(nèi)部空間定義為房間；

6、根據(jù)無人機(jī)拍照的清晰度以及環(huán)境因素確定無人機(jī)的飛行安全距離，通過相機(jī)的參數(shù)以及安全距離獲取無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的大??；

7、基于無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)，將待巡檢區(qū)域模型進(jìn)行網(wǎng)格化處理，得到建筑物的網(wǎng)格化bim模型；

8、基于建筑物的網(wǎng)格化bim模型，確定無人機(jī)采集完整目標(biāo)檢查區(qū)域圖像數(shù)據(jù)的具體位置，即無人機(jī)的航點(diǎn)；

9、利用遺傳算法在所有無人機(jī)的航點(diǎn)中求解出最短路徑；

10、測(cè)試單塊電池?zé)o人機(jī)能飛行的最大距離，利用最大距離將整體航線分成多段航線，在每段航線終點(diǎn)處設(shè)置無人機(jī)的電池補(bǔ)給點(diǎn)，得到最優(yōu)路徑；

11、對(duì)bim坐標(biāo)系下的無人機(jī)航線任務(wù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與轉(zhuǎn)換，無人機(jī)在真實(shí)環(huán)境中執(zhí)行所優(yōu)化的航線。

12、優(yōu)選的，所述根據(jù)無人機(jī)拍照的清晰度以及環(huán)境因素確定無人機(jī)的飛行安全距離，通過相機(jī)的參數(shù)以及安全距離獲取無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的大小具體包括：

13、根據(jù)無人機(jī)拍照的清晰度以及環(huán)境因素預(yù)設(shè)無人機(jī)的飛行安全距離；

14、獲取無人機(jī)的相機(jī)參數(shù)；

15、被攝對(duì)象透過鏡頭在焦點(diǎn)平面上結(jié)成可見影像所包括的面積，即相機(jī)鏡頭所能覆蓋的物體的范圍構(gòu)成無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)；

16、基于無人機(jī)的相機(jī)參數(shù)利用相機(jī)視場(chǎng)公式，計(jì)算無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的大小；

17、所述相機(jī)視場(chǎng)公式為：，

18、式中，，分別為無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的寬度和高度，，分別為無人機(jī)相機(jī)傳感器的寬度和高度，為無人機(jī)相機(jī)正對(duì)墻面的安全距離，為無人機(jī)相機(jī)的焦距。

19、優(yōu)選的，所述基于無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)，將待巡檢區(qū)域模型進(jìn)行網(wǎng)格化處理，得到建筑物的網(wǎng)格化bim模型具體包括：

20、基于bim模型將被定義為房間的空間的墻壁區(qū)域分為前、后、左、右、上和下六種類型；

21、獲取屬于前方向的所有矩形待檢查區(qū)域，定義為面，每一個(gè)面都由四條線組成，每一條線都由起始點(diǎn)與終點(diǎn)組成，每一個(gè)點(diǎn)都由xyz坐標(biāo)表示；

22、篩選出每一個(gè)面左上角的頂點(diǎn)，以此頂點(diǎn)為基礎(chǔ)形成一個(gè)與無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)一樣大小的固定矩形；

23、獲取每一個(gè)面長和寬的幾何信息，相應(yīng)的除以無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的高度和寬度，得到每一個(gè)面能被覆蓋的最大無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)數(shù)量；

24、對(duì)每一個(gè)面左上角形成的固定矩形按照計(jì)算的無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的數(shù)量進(jìn)行平移，直至完全覆蓋整個(gè)表面；

25、后、左、右、上和下方向上的覆蓋原理與前方向上一致，同時(shí)對(duì)所有的待檢查目標(biāo)區(qū)域表面完全覆蓋，得到建筑物的網(wǎng)格化bim模型。

26、優(yōu)選的，所述基于建筑物的網(wǎng)格化bim模型，確定無人機(jī)采集完整目標(biāo)檢查區(qū)域圖像數(shù)據(jù)的具體位置，即無人機(jī)的航點(diǎn)具體包括：

27、在各房間內(nèi)，無人機(jī)的航點(diǎn)所在的平面與各目標(biāo)檢查表面平行；

28、將無人機(jī)的航點(diǎn)所在的平面定義為一個(gè)虛擬的無人機(jī)工作平面，并且在各房間內(nèi)所有的航點(diǎn)都分布在這個(gè)工作平面上；

29、將每個(gè)區(qū)域的無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的矩形中心點(diǎn)投影到對(duì)應(yīng)的無人機(jī)工作平面，該工作平面上的投影點(diǎn)輸出為無人機(jī)的航點(diǎn)。

30、優(yōu)選的，所述利用遺傳算法在所有無人機(jī)的航點(diǎn)中求解出最短路徑具體包括：

31、s101：生成多條可行的路徑，輸出為種群，并利用路徑總長度的倒數(shù)計(jì)算每條路徑的適應(yīng)度值；

32、s102：從種群中挑選兩個(gè)適應(yīng)度值最大的父代路徑；

33、s103：將選出的優(yōu)秀父代路徑進(jìn)行航點(diǎn)的交叉處理，產(chǎn)生子代路徑；

34、s104：基于第一預(yù)設(shè)概率對(duì)子代路徑進(jìn)行第一類變異處理，選擇兩個(gè)基因即航點(diǎn)進(jìn)行位置互換；

35、s105：基于第二預(yù)設(shè)概率對(duì)子代路徑進(jìn)行第二類變異處理，選擇兩個(gè)基因?qū)⑵渲幸粋€(gè)基因移動(dòng)至另一個(gè)基因的后邊，兩個(gè)基因中間的基因段向前平移補(bǔ)齊；

36、s106：基于第三預(yù)設(shè)概率對(duì)子代路徑進(jìn)行第三類變異處理，選擇一個(gè)區(qū)間將整個(gè)區(qū)間內(nèi)的基因進(jìn)行翻轉(zhuǎn)；

37、s107：根據(jù)適應(yīng)度值評(píng)估子代路徑；

38、s108：判斷新的子代路徑的適應(yīng)度值是否大于父代路徑的適應(yīng)度值，若是，則將新的子代路徑加入到種群中形成更優(yōu)的種群，若否，則不作輸出；

39、s109：判斷迭代次數(shù)是否等于預(yù)設(shè)閾值，若是，則結(jié)束算法，并輸出當(dāng)前種群中適應(yīng)度值最大的路徑為最短路徑，若否，則返回步驟s102。

40、優(yōu)選的，所述對(duì)bim坐標(biāo)系下的無人機(jī)航線任務(wù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與轉(zhuǎn)換，無人機(jī)在真實(shí)環(huán)境中執(zhí)行所優(yōu)化的航線具體包括：

41、無人機(jī)的飛行方向表示無人機(jī)移動(dòng)的方向，且與wgs84坐標(biāo)系的北、東和下方向?qū)R；

42、無人機(jī)的飛行方向范圍為0°到360°，wgs84坐標(biāo)系的正北方向?qū)?yīng)無人機(jī)飛行方向的0°，其他方向以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)疊加；

43、通過經(jīng)緯度測(cè)繪儀測(cè)得無人機(jī)起始點(diǎn)的經(jīng)緯度；

44、基于無人機(jī)的飛行方向，利用經(jīng)緯度公式計(jì)算無人機(jī)航點(diǎn)的經(jīng)緯度；

45、所述經(jīng)緯度公式為：，

46、式中，分別為無人機(jī)航線中前一點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，分別為無人機(jī)航線中后一點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，d為前一點(diǎn)與后一點(diǎn)的距離，r為地球的半徑，為無人機(jī)的飛行方向。

47、進(jìn)一步的，提出基于bim技術(shù)的建筑物巡檢電子裝置，包括：至少一個(gè)處理器；以及，與所述至少一個(gè)處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，

48、所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器能夠執(zhí)行上述基于bim技術(shù)的建筑物巡檢方法。

49、進(jìn)一步的，提出一種基于bim技術(shù)的建筑物巡檢系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)如上述的基于bim技術(shù)的建筑物巡檢方法，包括：

50、模型構(gòu)建模塊，所述模型構(gòu)建模塊用于對(duì)建筑物中的待巡檢區(qū)域進(jìn)行提取，獲取建筑物的原始bim模型、通過對(duì)建筑物的原始bim模型進(jìn)行預(yù)處理，利用bim模型的語義信息篩選出建筑物的內(nèi)外墻，并將整個(gè)內(nèi)部空間定義為房間、根據(jù)無人機(jī)拍照的清晰度以及環(huán)境因素確定無人機(jī)的飛行安全距離，通過相機(jī)的參數(shù)以及安全距離獲取無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的大小、基于無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)，將待巡檢區(qū)域模型進(jìn)行網(wǎng)格化處理，得到建筑物的網(wǎng)格化bim模型；

51、路徑計(jì)算模塊，所述路徑計(jì)算模塊用于基于建筑物的網(wǎng)格化bim模型，確定無人機(jī)采集完整目標(biāo)檢查區(qū)域圖像數(shù)據(jù)的具體位置，即無人機(jī)的航點(diǎn)；利用遺傳算法在所有無人機(jī)的航點(diǎn)中求解出最短路徑；測(cè)試單塊電池?zé)o人機(jī)能飛行的最大距離，利用最大距離將整體航線分成多段航線，在每段航線終點(diǎn)處設(shè)置無人機(jī)的電池補(bǔ)給點(diǎn)，得到最優(yōu)路徑；對(duì)bim坐標(biāo)系下的無人機(jī)航線任務(wù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與轉(zhuǎn)換，無人機(jī)在真實(shí)環(huán)境中執(zhí)行所優(yōu)化的航線。

52、可選的，所述模型構(gòu)建模塊具體包括：

53、原始模型構(gòu)建單元，所述原始模型構(gòu)建單元用于對(duì)建筑物中的待巡檢區(qū)域進(jìn)行提取，獲取建筑物的原始bim模型；

54、模型預(yù)處理單元，所述模型預(yù)處理單元用于通過對(duì)建筑物的原始bim模型進(jìn)行預(yù)處理，利用bim模型的語義信息篩選出建筑物的內(nèi)外墻，并將整個(gè)內(nèi)部空間定義為房間；

55、相機(jī)視場(chǎng)計(jì)算單元，所述相機(jī)視場(chǎng)計(jì)算單元用于根據(jù)無人機(jī)拍照的清晰度以及環(huán)境因素確定無人機(jī)的飛行安全距離，通過相機(jī)的參數(shù)以及安全距離獲取無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)的大??；

56、網(wǎng)格模型構(gòu)建單元，所述網(wǎng)格模型構(gòu)建單元用于基于無人機(jī)相機(jī)視場(chǎng)，將待巡檢區(qū)域模型進(jìn)行網(wǎng)格化處理，得到建筑物的網(wǎng)格化bim模型。

57、可選的，所述路徑計(jì)算模塊具體包括：

58、航點(diǎn)計(jì)算單元，所述航點(diǎn)計(jì)算單元用于基于建筑物的網(wǎng)格化bim模型，確定無人機(jī)采集完整目標(biāo)檢查區(qū)域圖像數(shù)據(jù)的具體位置，即無人機(jī)的航點(diǎn)；

59、最短路徑求解單元，所述最短路徑求解單元用于利用遺傳算法在所有無人機(jī)的航點(diǎn)中求解出最短路徑；

60、最優(yōu)路徑求解單元，所述最優(yōu)路徑求解單元用于測(cè)試單塊電池?zé)o人機(jī)能飛行的最大距離，利用最大距離將整體航線分成多段航線，在每段航線終點(diǎn)處設(shè)置無人機(jī)的電池補(bǔ)給點(diǎn)，得到最優(yōu)路徑；

61、航線參數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所述航線參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)bim坐標(biāo)系下的無人機(jī)航線任務(wù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與轉(zhuǎn)換，無人機(jī)在真實(shí)環(huán)境中執(zhí)行所優(yōu)化的航線。

62、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

63、通過設(shè)置模型構(gòu)建模塊和路徑計(jì)算模塊有效地節(jié)約巡檢時(shí)間，而且提高了圖像質(zhì)量以及整體覆蓋率，在獲得無人機(jī)最優(yōu)路徑的基礎(chǔ)上，基于飛行方向和相鄰航點(diǎn)間的距離求解經(jīng)緯度，得到一種快速、全自動(dòng)的求解方法，考慮到無人機(jī)電池續(xù)航，得到一種探索補(bǔ)給點(diǎn)設(shè)置方法。