способ получения пространственных цифровых моделей объектов

Формула изобретения

Способ получения пространственных цифровых моделей объектов, заключающийся в том, что создают геодезическое обоснование объекта относительно, по крайней мере, двух базовых точек, одновременно проводят уравнивание погрешностей геодезического обоснования, выбирают сеть базовых точек внутри объекта, проводят построение сети связанных базовых точек с выверкой точности определения их координат относительно геодезического обоснования, на его основе создают координатно-пространственное обоснование, затем определяют горизонтальные и вертикальные углы и расстояния до каждой заданной точки отдельных конструктивных элементов объекта и точек, определяющих контур и особенности геометрии, составляющих частей объекта, определяются линейные размеры конструктивных элементов и расстояния между точками контуров этих конструктивных элементов относительно координатно-пространственного обоснования с одновременным кодированием описания объекта и идентификацией конструктивных элементов объекта, вычисляют пространственные координаты точек конструктивных элементов объекта и координаты точек, определяющих контур и особенности геометрии, составляющих его частей и на основании полученной совокупности данных проводят построение пространственной цифровой модели объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения натурных обмеров различных объектов в архитектуре, промышленном и гражданском строительстве, машиностроении.

Известны способы обмеров и получения моделей объектов (Скогорева Р. Н. Геодезические работы в архитектуре и строительстве. - М.: Высшая школа, 1994. - С. 37 - 45).

Однако данные способы имеют следующие недостатки: большие накопительные ошибки и как следствие - низкая точность результатов работ; большое количество процессов, допускающих случайные ошибки и ошибки измерителя (человеческий фактор); невозможность использования данных методов на сложных объектах с нелинейными конструкциями, не имеющими прямого доступа для исполнителя обмеров, например криволинейные контура конструкций высоких потолков, определение криволинейности высоких арок и сводов; трудоемкость работ; невозможность использования угловых засечек в стесненных условиях внутри объекта, например в узких помещениях, или на заставленной материалами строительной площадке; получение графического результата измерений только по каким-либо заранее выбранным сечениям объекта, т.к. получение чертежа по новому сечению требует новых измерений на объекте; невозможность определения толщин стен, не имеющих проемов без их вскрытия, что недопустимо, например, на памятниках архитектуры, в днищах кораблей или обшивках самолета; сильное влияние временных деформаций на графические носители результатов работ.

Наиболее близким техническим решением является способ получения цифровых планов (патент RU N 2124182), включающий идентификацию объектов, базовое семантическое описание с использованием кодирования типа объекта, определение точек объектов и связей между ними, составляющих внешний контур объекта, и преобразование полученных данных. Недостатком является то, что способ пригоден только для проведения топографических, полевых съемок местности, получения городских топографических планов и не позволяет получать натурные обмеры пространственных объектов, создавать их цифровую многопараметрическую, например трехмерную модель, и как следствие, получать планы любых сечений, чертежи фасадов объектов, их аксонометрические проекции.

Технической задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей способа, повышение точности результатов работ.

Данный технический результат достигается тем, что создается геодезическое обоснование объекта относительно, по крайней мере, двух базовых точек, одновременно проводится уравнивание погрешностей геодезического обоснования, выбирается сеть базовых точек внутри объекта, проводится построение сети связанных базовых точек с выверкой точности определения их координат относительно геодезического обоснования, на его основе создается координатно-пространственное обоснование. После этого определяются горизонтальные и вертикальные углы и расстояния до каждой заданной точки отдельных конструктивных элементов объекта и точек, определяющих контур и особенности геометрии, составляющих частей объекта, определяются линейные размеры конструктивных элементов и расстояния между точками контуров этих конструктивных элементов относительно координатно-пространственного обоснования с одновременным кодированием описания объекта и идентификацией конструктивных элементов объекта, вычисляются пространственные координаты точек конструктивных элементов объекта и точек, определяющих контур и особенности геометрии, составляющих его частей и на основании полученной совокупности данных проводится построение пространственной цифровой модели объекта.

Изобретение поясняется чертежами, на которых приводится один из вариантов применения предлагаемого способа. В предлагаемом примере рассматривается способ получения цифровой пространственной модели архитектурного здания. На фиг. 1 представлена схема создания внешнего геодезического обоснования. На фиг. 2 представлена схема определения горизонтальных, вертикальных углов и расстояний до точек отдельных конструктивных частей и особенностей обмеряемого помещения. На фиг. 3 представлена схема перехода на следующий этаж обмеряемого объекта.

Способ осуществляют следующим образом. Сначала при производстве обмерных работ по данному способу каждому элементу или конструктивным частям объекта присваивается свой код, который несет в себе все необходимые его характеристики, например кодируется материал, особенности геометрии, функциональное назначение и т.д. В качестве примера ниже приведен фрагмент системы кодирования архитектурного объекта при обмерной съемке.

4331 линия стены в виде прямого отрезка

1332 высотная отметка пола

5331 линия стены в виде дуги по 3-м точкам

4336 контур оконного проема

6331 свободная линия стены и т.д.

Далее берутся две любые точки 1 и 2 с координатами соответственно X=0, Y= 0, Z=0 или Z=a (где а - есть высотная координата, определяемая при помощи нивелирования, если есть необходимость привязки объекта к местности) и X=b (где b - расстояние, назначаемое в зависимости от размера обмеряемого объекта), Y=0 и Z=c (где координата с определяется при помощи нивелирования относительно координаты а). Вокруг здания делается внешнее геодезическое обоснование (точки 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) и производится его уравнивание. Далее, определяются координаты точек, находящихся внутри одного из помещений обмеряемого объекта (например, точки 12, 16, 19), на базе которых определяются координаты точек, находящихся внутри другого помещения объекта (через имеющиеся дверные, оконные проемы, соответственно точки 13, 17, 20) и так далее до выхода на одну из точек геодезического обоснования, причем координаты первой из них определяются от геодезического обоснования, а каждой последующей точки внутри помещений обмеряемого объекта на базе предыдущей. Таким образом, охватывают все помещения обмеряемого уровня объекта (например, этажа здания, точки 12-25 и т.д.). Далее проверяется точность работы, т.е. определяется соответствие полученных погрешностей измерения координат x,y,z заданным точностям (для повышения точности измерений работы повторяют). Так например, точность проводимых работ в точках 5, 6 проверяется путем вычисления в них x₅,y₅,z₅ и x₆,y₆,z₆, причем второе значение координат в этих точках определяется независимо в результате последовательного определения координат точек 11, 12, 13, 14, 15 и 16, 17, 18 и вычисления координат в точках 5, 6 на базе точек 15, 18 соответственно. Для перехода на следующий этаж обмеряемого объекта на базе любой точки внешнего геодезического обоснования определяют координаты одной из точек, находящейся внутри помещения, расположенного на этом этаже, и проводят работы и проверку точности по аналогии со сделанным выше описанием. Так, например, для перехода на второй этаж на базе точки 9 определяют координаты точки 26, для перехода на третий этаж - координаты точки 27, для перехода на четвертый этаж - координаты точки 28 и производят работы по связыванию всех помещений обмеряемого этажа объекта аналогично сделанному выше описанию по первому этажу (уровню) объекта. Таким образом, получают связанные координаты всех опорных, базовых точек обмеряемого объекта и их взаимное расположение. Обмеряемое здание оказывается опутанным сетью связанных базовых точек, т.е. определяется и создается координатно-пространственное обоснование обмеряемого объекта. Число базовых точек сети зависит, во-первых, от сложности конфигурации здания, во-вторых, от требуемой точности и качества проводимых работ.

Затем поэтапно, относительно каждой точки, находящейся внутри здания и являющейся частью полученной сети координатно-пространственного обоснования, производят определение горизонтальных, вертикальных углов и расстояний отдельных конструктивных частей и особенностей обмеряемого помещения, уточняется их геометрия при помощи контрольных точек контуров, проводится идентификация конструктивных элементов объекта согласно принятому кодированному описанию элементов объекта и вычисляются координаты всех элементов, частей и точек, определяющих их контур. Например, на базе точек 12, 14, 19, 20, 21, являющихся частью созданной сети, проводят обмеры четырех помещений. Так например, относительно точки 19 конструктивному элементу - стене АБ присваивается код 4331, свой порядковый номер и определяются вертикальные, горизонтальные углы и расстояния до точек А и Б, другому конструктивному элементу - оконному проему ВГ присваивается код 4336, свой порядковый номер и определяются вертикальные, горизонтальные углы и расстояния до точек В и Г и т.д. По измеренным вертикальным, горизонтальным углам и расстояниям вычисляются координаты точек А, Б, В, Г. В качестве измерительных средств применяются электронные тахеометры, что значительно упрощает и ускоряет проведение подобных обмерных работ.

На основании полученных таким способом данных пространственных координат точек контуров, частей и конструктивных элементов объекта, их кодов и соответствующих им номеров формируют цифровую пространственную модель объекта. При построении этой модели в данном случае используется специальное авторское программное обеспечение.

Такой способ позволяет проводить натурные съемки и обмерные работы объектов и конструкций практически любой конфигурации и сложности, в которых отсутствуют недоступные объемы или помещения, а геометрические размеры позволяют разместить соответствующие приборы. Использование кодирования элементов объектов, хранение данных натурных обмеров в виде цифровой пространственной модели, в отличие от хранения в виде плоских бумажных чертежей, значительно упрощает получение любых геометрических характеристик объекта и гарантирует их точность. Например, такой способ предоставляет возможность получать срезы обмеряемого объекта под любым углом и их построение в качестве чертежной документации, вычислять линейные расстояния между его элементами, не имеющими между собой прямой видимости, определять площади поверхностей объекта и его объемов, как в целом, так и отдельных его частей. Использование данного способа, кроме того, позволяет получать более точные (точность определяется при создании координатно-пространственного обоснования) чертежи объектов без использования известного метода диагоналей и автоматически получать на них геометрические параметры конструкций, выявлять их геометрические особенности и отклонения от заданной формы или, например, имеющейся технической документации и соответствующих технических условий, например, позволяет получать с заданной точностью толщины стен, перегородок, перекрытий, конструктивных элементов не разрушающим методом.