本申請涉及鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架逆向建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的方法。

背景技術(shù)：

隨著科技水平和工程建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)雅美觀的需求日益增進(jìn)。為了滿足大眾對于建筑物結(jié)構(gòu)的越來越多樣化的需求，對鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架建筑物的設(shè)計(jì)施工、安全性、安裝檢測等均提出了挑戰(zhàn)。

在建筑物鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)過程中，由于安裝條件、施工難度以及氣候條件等因素，鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架安裝后的結(jié)構(gòu)與初始設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)會因上述因素進(jìn)行優(yōu)化從而得到調(diào)整。因此，安裝施工設(shè)計(jì)圖紙?jiān)趯?shí)際工程建設(shè)中發(fā)生了改變或在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架建筑物建設(shè)完成后，因重新建設(shè)、被破壞等其它情況，當(dāng)現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架建筑物與原有設(shè)計(jì)圖紙不一致時(shí)，需要對現(xiàn)有建筑物的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行測量，從而重新確定鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中每個(gè)構(gòu)件的確定位置以及構(gòu)件間的連接結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中所涉及的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架是采用金屬球型構(gòu)件作為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中圓柱型構(gòu)件(鋼梁、鋼柱和鋼桁架等)的連接部分構(gòu)成的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，是由多根圓柱型構(gòu)件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點(diǎn)(球型構(gòu)件)連結(jié)而成的空間結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種測量方法是：通過傳統(tǒng)的全站儀通過無棱鏡的模型對球型構(gòu)件的球心進(jìn)行粗略地測量，同時(shí)對圓柱型構(gòu)件的位置進(jìn)行測量，通過測量的球型構(gòu)件球心的坐標(biāo)以及圓柱型構(gòu)件的位置坐標(biāo)，根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的尺寸和位置從而實(shí)現(xiàn)逆向三維建模。因?yàn)榍蛐蜆?gòu)件根據(jù)所處網(wǎng)架中的節(jié)點(diǎn)位置不同，其所起的受力作用不一樣，受力的不同使得在設(shè)計(jì)時(shí)其直徑大小也不一樣，所以需要較高精度地測量。但是，全站儀等傳統(tǒng)測量儀器只能通過間接的手段來測量球心坐標(biāo)，其精度不可靠。而不可靠的球心坐標(biāo)直接決定了所建立三維模型的精度不可靠，甚至在某些地方無法閉合。另外，在一些弱反射的球型結(jié)構(gòu)或圓柱型構(gòu)件處，需要工作人員在其表面貼反射片從而才能進(jìn)行測量，這種反射片不牢固且無法反復(fù)使用，而且人為操作的復(fù)雜度較高，且對工作人員安全存在一定隱患；同時(shí)，人的重量和動(dòng)作往往會在一定程度上對鋼結(jié)構(gòu)有一定的破壞。

現(xiàn)有技術(shù)中的另一種測量方法是：通過攝影測量的方法進(jìn)行三維重建。該方法首先在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下按照一定的距離間隔和拍攝角度獲取鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的多角度多位置的影像，并且在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架附近設(shè)置一定數(shù)量的控制點(diǎn)，且所拍攝的影像要拍攝到控制點(diǎn)。其次，通過影像間的特征匹配確定影像間的位置和姿態(tài)關(guān)系，再通過引入控制點(diǎn)以確定每張影像相對于鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架物方發(fā)位置和姿態(tài)關(guān)系；隨后，根據(jù)每張影像的姿態(tài)和位置進(jìn)行多張影像的密集匹配生成影像點(diǎn)云；最后，通過人為分類將鋼結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行逆向三維建模，從而進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的建模。然而，該方法由于影像匹配、三維重建的算法過于復(fù)雜因此導(dǎo)致處理效率較差；而且，由于光照、自身和其它地物的遮擋等原因，該方法對于客觀因素要求過高，有時(shí)無法滿足拍照的條件，因此在一些環(huán)境的工程下無法使用該方法；另外，該方法對于光照的情況要求過高，且由于條件的限制，恢復(fù)每張影像拍照時(shí)的姿態(tài)和位置的精度也相對有限；此外，該方法還需要在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架附近貼上一定數(shù)量的控制點(diǎn)標(biāo)靶，同時(shí)也無法進(jìn)行重復(fù)的測量。

由此可知，在現(xiàn)有技術(shù)中，如何快速獲取球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中各個(gè)球型構(gòu)件和圓柱型構(gòu)件的三維信息，并且準(zhǔn)確的確定各個(gè)構(gòu)件之間的連接結(jié)構(gòu)是目前球球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架逆向建模技術(shù)中的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的方法，從而可以解決現(xiàn)有技術(shù)中在大型球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架逆向建模中的測量精度較差、因外部因素?zé)o法進(jìn)行逆向建模以及對于人員的安全性隱患以及測量可重復(fù)性等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的方法，該方法包括如下的步驟：

步驟A、在球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下，根據(jù)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及點(diǎn)云分辨率進(jìn)行三維激光掃描，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，刪除與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)無關(guān)的數(shù)據(jù)，并將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)完整的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)；

步驟B、從球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)中提取每一個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并編號；

步驟C、對所提取的每一個(gè)圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行圓柱面擬合，確定圓柱的直徑、中心線以及中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)并存儲；

步驟D、對所提取的每一個(gè)球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行球面擬合，確定球的中心點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和直徑并存儲；

步驟E、設(shè)定一個(gè)允許誤差值，并根據(jù)圓柱型構(gòu)件對應(yīng)的中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)以及允許誤差值，確定每一個(gè)球型構(gòu)件所連接的所有圓柱型構(gòu)件，以確定圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系；

步驟F、根據(jù)確定的各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系，構(gòu)建各個(gè)管狀構(gòu)件之間的空間拓?fù)潢P(guān)系；根據(jù)每個(gè)圓柱型構(gòu)件所連接的球型構(gòu)件的中心點(diǎn)的坐標(biāo)修正與該圓柱型構(gòu)件連接的圓柱型構(gòu)件的中心線空間方程及中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

步驟G、根據(jù)各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的空間拓?fù)潢P(guān)系以及各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的參數(shù)信息進(jìn)行逆向三維重建。

較佳的，所述步驟A包括：

根據(jù)掃描裝置與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的距離確定三維激光掃描的掃描分辨率；

使用多站掃描的方式對球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架進(jìn)行三維激光掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并使得球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的所有圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的表面積占對應(yīng)的圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的表面積1/3以上；

刪除與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)無關(guān)的數(shù)據(jù)；

將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過地面標(biāo)靶球配準(zhǔn)到預(yù)設(shè)的坐標(biāo)系中，使得球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的所有圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)同處于一個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系下，然后將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)完整的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)。

較佳的，所述允許誤差值為：該球型構(gòu)件對應(yīng)的球的直徑的3/2。

較佳的，根據(jù)采集的次序進(jìn)行編號。

較佳的，所述編號由英文字母和數(shù)字兩部分組成。

由上述技術(shù)方案可見，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于首先采用三維激光掃描技術(shù)對球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架進(jìn)行三維激光掃描，得到高分辨率、高精度的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后從球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)中提取每一個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對所提取的每一個(gè)圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行圓柱面擬合，確定各個(gè)圓柱型構(gòu)件的具體位置和尺寸；對所提取的每一個(gè)球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行球面擬合，確定球的中心點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和直徑并存儲；隨后設(shè)定允許誤差值，并根據(jù)該允許誤差值自動(dòng)確定各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系；然后根據(jù)連接關(guān)系構(gòu)建各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的空間拓?fù)潢P(guān)系，再根據(jù)每個(gè)圓柱型構(gòu)件所連接的球型構(gòu)件的中心點(diǎn)的坐標(biāo)修正與該圓柱型構(gòu)件連接的圓柱型構(gòu)件的中心線空間方程及中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而可以精確地測量各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的位置和參數(shù)以及各個(gè)構(gòu)件之間的拓?fù)潢P(guān)系，以達(dá)到最佳的逆向三維重建，因而解決了現(xiàn)有技術(shù)中在大型球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架逆向建模中的測量精度較差、因外部因素?zé)o法進(jìn)行逆向建模以及對于人員的安全性隱患以及測量可重復(fù)性等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的實(shí)際結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架及局部點(diǎn)云示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中提取出的單個(gè)球型構(gòu)件或圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中單個(gè)球型構(gòu)件或圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架包括鋼結(jié)構(gòu)的球型構(gòu)件和圓柱型構(gòu)件，如圖2所示，通過從地面四周已經(jīng)搭建好的基礎(chǔ)逐層向上搭接圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件，最終閉合形成一個(gè)整體的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架建筑物。鋼結(jié)構(gòu)球型構(gòu)件是一種球型的鋼體，其連接多個(gè)圓柱型構(gòu)件，各個(gè)球型構(gòu)件連接的圓柱型構(gòu)件的數(shù)量不一致，在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下的地面上可以充分觀測到球型構(gòu)件一定部分表面。圓柱型構(gòu)件是一種鋼制圓柱體長條形的構(gòu)件，其由球型構(gòu)件連接。在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下的地面上可以充分觀測到鋼梁架構(gòu)件一定部分表面。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的方法包括如下所述步驟：

步驟11，在球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下，根據(jù)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及點(diǎn)云分辨率進(jìn)行三維激光掃描，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)(point cloud data)，刪除與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)無關(guān)的數(shù)據(jù)，并將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)完整的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以使用多種具體實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)上述的步驟11。以下將以其中的一種具體實(shí)現(xiàn)方式為例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行介紹。

例如，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述步驟11包括：

步驟111，根據(jù)掃描裝置與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的距離確定三維激光掃描的掃描分辨率；

步驟112，使用多站掃描的方式對球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架進(jìn)行三維激光掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并使得球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的所有圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的表面積占對應(yīng)的圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的表面積1/3以上。

在本步驟中，可以通過多站掃描的方式對球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架進(jìn)行三維激光掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如圖3所示，圖3中的左圖為實(shí)際中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的一個(gè)局部，圖3中的右圖則為該局部進(jìn)行三維激光掃描之后得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的示意圖。在得到球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，需要使得球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的所有圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的表面積占對應(yīng)的圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的表面積1/3以上。

步驟113，刪除與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)無關(guān)的數(shù)據(jù)。

在掃描過程中，由于其它物體的遮擋等因素，導(dǎo)致在所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中還存在除圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之外的其它物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。因此，在本步驟中，還需要對與球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)無關(guān)的其它數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，只保留球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

步驟114，將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過地面標(biāo)靶球配準(zhǔn)到預(yù)設(shè)的坐標(biāo)系中，使得球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的所有圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)同處于一個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系下，然后將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)完整的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)。

通過上述的步驟111～114，即可得到一個(gè)完整的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)。

步驟12，從球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)中提取每一個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并編號。

在本步驟中，可以從球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)中逐一提取每一個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)(如圖4所示)并存儲，然后為每一個(gè)被提取的圓柱型構(gòu)件或球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)提供一個(gè)唯一的編號，從而可以區(qū)分球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的每一個(gè)構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，可以根據(jù)采集的次序進(jìn)行編號。

較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述編號可以由英文字母和數(shù)字兩部分組成。例如，編號的英文字母可以是：GLJ(也可以是其它的英文字母)表示圓柱型構(gòu)件，QGJ(也可以是其它的英文字母)表示球型構(gòu)件，而編號的數(shù)字則可以根據(jù)采集的次序進(jìn)行編號。譬如，第2根提取出來的鋼梁架的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編號為：GLJ002，第3根提取出來的球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編號為：QGJ003。

當(dāng)然，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還可以使用其它形式的編號，在此不再一一列舉。

步驟13，對所提取的每一個(gè)圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行圓柱面擬合，確定圓柱的直徑、中心線以及中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)并存儲。

在本步驟中，可以對每一個(gè)圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行圓柱面擬合(如圖5所示)，從而得到每一個(gè)圓柱型構(gòu)件所對應(yīng)的圓柱面的中心線方程、中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)以及圓柱面的直徑，并且根據(jù)圓柱型構(gòu)件所對應(yīng)的編號進(jìn)行存儲，從而可以確定各個(gè)圓柱型構(gòu)件的具體位置和尺寸。

步驟14，對所提取的每一個(gè)球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行球面擬合，確定球的中心點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和直徑并存儲。

在本步驟中，可以對每一個(gè)球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行球面擬合(如圖5所示)，從而得到每一個(gè)球型構(gòu)件所對應(yīng)的球面的中心點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)以及球的直徑，并且根據(jù)球型構(gòu)件所對應(yīng)的編號進(jìn)行存儲，從而可以確定各個(gè)球型構(gòu)件的具體位置和尺寸。

步驟15，設(shè)定一個(gè)允許誤差值，并根據(jù)圓柱型構(gòu)件對應(yīng)的中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)以及允許誤差值，確定每一個(gè)球型構(gòu)件所連接的所有圓柱型構(gòu)件，以確定圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系。

例如，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述允許誤差值可以是：該球型構(gòu)件對應(yīng)的球的直徑的3/2。

因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以從一個(gè)球型構(gòu)件的開始，以該球型構(gòu)件的中心點(diǎn)為圓心，以允許誤差值(即該球型構(gòu)件的直徑的3/2的值)為半徑，設(shè)置一個(gè)允許值范圍(即一個(gè)球)，遍歷搜索所有的圓柱型構(gòu)件的中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)是否位于所述允許值范圍之內(nèi)。如果位于所述允許值范圍之內(nèi)，則確定該圓柱型構(gòu)件與當(dāng)前的球型構(gòu)件連接。依此類推，即可確定球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中的各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系。

步驟16，根據(jù)確定的各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系，構(gòu)建各個(gè)管狀構(gòu)件之間的空間拓?fù)潢P(guān)系；根據(jù)每個(gè)圓柱型構(gòu)件所連接的球型構(gòu)件的中心點(diǎn)的坐標(biāo)修正與該圓柱型構(gòu)件連接的圓柱型構(gòu)件的中心線空間方程及中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

步驟17，根據(jù)各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的空間拓?fù)潢P(guān)系以及各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的參數(shù)信息進(jìn)行逆向三維重建。

在本步驟中，可以根據(jù)修正后的各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的參數(shù)信息(例如，新的中心線方程及其前后兩端點(diǎn)的新坐標(biāo)、直徑等)分別構(gòu)建每一個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件，并且進(jìn)行布爾交運(yùn)算得到各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件相交部分的冗余數(shù)據(jù)，進(jìn)行逆向三維重建。

通過上述的步驟11～17，即可完成球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向三維重建。例如，圖6為本發(fā)明中的一個(gè)具體實(shí)施例中的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的逆向建模的示意圖。

綜上所述，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于首先采用三維激光掃描技術(shù)對球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架進(jìn)行三維激光掃描，得到高分辨率、高精度的球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后從球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架數(shù)據(jù)中提取每一個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對所提取的每一個(gè)圓柱型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行圓柱面擬合，確定各個(gè)圓柱型構(gòu)件的具體位置和尺寸；對所提取的每一個(gè)球型構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行球面擬合，確定球的中心點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和直徑并存儲；隨后設(shè)定允許誤差值，并根據(jù)該允許誤差值自動(dòng)確定各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系；然后根據(jù)連接關(guān)系構(gòu)建各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的空間拓?fù)潢P(guān)系，再根據(jù)每個(gè)圓柱型構(gòu)件所連接的球型構(gòu)件的中心點(diǎn)的坐標(biāo)修正與該圓柱型構(gòu)件連接的圓柱型構(gòu)件的中心線空間方程及中心線的前后兩個(gè)端點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而可以精確地測量各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的位置和參數(shù)以及各個(gè)構(gòu)件之間的拓?fù)潢P(guān)系，以達(dá)到最佳的逆向三維重建，因而解決了現(xiàn)有技術(shù)中在大型球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架逆向建模中的測量精度較差、因外部因素?zé)o法進(jìn)行逆向建模以及對于人員的安全性隱患以及測量可重復(fù)性等問題。

而且，本發(fā)明中的方法是采用三維激光掃描技術(shù)獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的測量以及相應(yīng)的逆向建模的計(jì)算，因此該方法可以不受外部因素(例如，光照、距離、通視條件等)的影響，對物體表面直接測量得到高精度被測物表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而無需在球鏈接鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的各個(gè)構(gòu)件的表面貼設(shè)任何標(biāo)靶點(diǎn)或控制點(diǎn)，從而大大提高了外業(yè)數(shù)據(jù)獲取的工作效率，同時(shí)也提高了測量人員的安全性。

另外，由于本發(fā)明是通過對圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件進(jìn)行大量數(shù)據(jù)獲取，然后進(jìn)行圓柱體擬合從而計(jì)算出圓柱的中心線、兩端點(diǎn)以及半徑，進(jìn)行球面擬合，確定球的中心點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和直徑，而不是粗略地測量各個(gè)構(gòu)件表面上任一點(diǎn)位置從而粗略確定圓柱面，因此擬合精度更高，所得到的逆向建模結(jié)果也更好。

另外，由于本發(fā)明中是通過設(shè)定允許誤差閾值，自動(dòng)確定各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件之間的連接關(guān)系，因此也可以大大提高內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的工作效率。

另外，由于本發(fā)明中還將根據(jù)所確定的各個(gè)圓柱型構(gòu)件和球型構(gòu)件的連接關(guān)系，根據(jù)圓柱型構(gòu)件所連接的球型構(gòu)件的中心點(diǎn)坐標(biāo)修正圓柱型構(gòu)件的中心線方程和前后連接點(diǎn)坐標(biāo)，從而避免了因圓柱型構(gòu)件點(diǎn)云擬合精度較低而導(dǎo)致的逆向建模結(jié)果較差等問題。

此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還可以通過在地面上設(shè)置一定數(shù)量的永久控制點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)重復(fù)觀測的目的。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。