[发明专利]基于切片法的预制构件逆向建模与质量控制方法

权利要求书

1.基于切片法的预制构件逆向建模与质量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取装配式建筑预制构件表面三维点云数据；

步骤2，对步骤1获取的三维点云数据进行预处理，区分平面点与边界点，并去除三维点云数据中的离散点和噪点；

步骤3，根据预处理后的点云数据设置一条参考线，沿参考线对装配式建筑预制构件进行切片分割，提取每一切片的高度信息，并将切片投影到二维平面得到二维切片平面；

步骤4，利用弦高差算法，从二维切片平面的外围轮廓上的点中提取特征点；

步骤5，将步骤4提取出的特征点连起来得到各切片的二维轮廓，将各切片的二维轮廓依据切片的高度信息拉伸成三维切片，将所有的三维切片按照原切片位置进行组合，形成逆向重建模型；

步骤6，对步骤5得到的逆向重建模型以及预制构件正向设计的BIM模型进行配准，按照质量控制要求进行分析综合，利用数据可视化的手段，评估装配式预制构件的质量是否符合要求。

2.根据权利要求1所述的基于切片法的预制构件逆向建模与质量控制方法，其特征在于，所述步骤1中，采用激光扫描仪获取的是.asc格式的预制构件表面三维点云数据。

3.根据权利要求2所述的基于切片法的预制构件逆向建模与质量控制方法，其特征在于，所述步骤2中，将.asc格式的预制构件表面三维点云数据转换为.obj格式，采用K最近邻分类算法对.obj格式的三维点云数据进行预处理。

4.根据权利要求1所述的基于切片法的预制构件逆向建模与质量控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：

步骤3.1，在预制构件的上表面预设一条参考线，建立三维直角坐标系定位预制构件，使预制构件的其中一个侧面位于YOZ平面，位于YOZ平面的侧面与拟切分的横切面平行，预设的参考线方向为X轴方向，在参考线所在的表面上随机下采样10％的点来拟合参考线，将随机下采样的点投影到XOY平面上，对XOY平面上投影得到的点进行拟合，通过最小化平方误差，得到唯一的二次多项式；

其中，平方误差公式为：

式中，E为平方误差，n为投影到XOY平面上得到的投影点的数量，y_i为投影到XOY平面上得到的投影点的y坐标，p(x_i)为第k次多项式的内插值；

将p(x_i)表示为以下线性方程组：

式中，x_i为投影到XOY平面上得到的点的x坐标，a₀，a₁，…，a_k为系数；

令对Y＝XA等号两边同时乘以X^T，即X^TY＝X^TXA，对矩阵方程X^TY＝X^TXA进行逆变换得到：

A＝(X^TX)^-1X^TY，nk

根据得到的A构造n个投影点中相邻两个投影点的内插点，即得到n-1个内插点，根据内插点拟合参考线，并计算参考线上每个内插点的切线，各内插点的切线斜率为：

tan t_j＝f(x)′

式中，tan t_j为第j个内插点对应的切线斜率，f(x)为内插点拟合得到的参考线；

沿各内插点的法线方向对预制构件进行切分，将预制构件分成n个切片；

步骤3.2，设定每个切片沿着它的切线方向是直线，并且切片的横切面保持不变，将每个切片绕Z轴旋转：

式中，(x，y，z)为切片上点的坐标，(x′，y′，z′)为切片上点旋转后的坐标，为第j个切片的旋转角度，旋转角度为每个切片对应的法线方向与三维直角坐标系Y轴的夹角，利用每个切片对应的切线的中心点计算每个切片对应的法线方向；

利用旋转后切片上点的x坐标提取每个切片的高度信息，并切片投影到二维平面。

5.根据权利要求1所述的基于切片法的预制构件逆向建模与质量控制方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程如下：

对于二维切片平面的外围轮廓上的点，采用弦高差算法确定每个点是否为特征点，具体如下：

对于第j个二维切片平面外围轮廓上的第m个点P_m，选取与其相邻的两个点P_m-1和P_m+1构造直线L：A_mx+B_my+C_m＝0，计算点P_m到直线L的垂直距离d_m，当d_m大于等于设定阈值σ时，点P_m为特征点并进行提取；

式中，(x_m，y_m)为点P_m的坐标，A_m、B_m、C_m为直线L的系数，M_j为第j个二维切片平面外围轮廓上点的数量，d_m为第j个二维切片平面外围轮廓上第m个点的弦高差距离。