【摘要】：隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,城市建筑的規(guī)模越來越龐大,結(jié)構(gòu)也越加復(fù)雜。建筑物的室內(nèi)空間承載著人們?nèi)粘Ｖ械慕^大部分活動。目前的建筑物室內(nèi)空間的表達方式主要局限于二維地圖,三維結(jié)構(gòu)化信息尚未呈現(xiàn)。三維室內(nèi)地圖具有全方位展示室內(nèi)環(huán)境的多樣性與空間信息的特點,并且視覺上一目了然,能夠提供更加豐富、準(zhǔn)確的空間信息,不僅可以滿足人們的基本導(dǎo)航需求,還可以應(yīng)用于更高級別的基于位置的室內(nèi)個性化服務(wù)。在建筑設(shè)計領(lǐng)域,一個富含豐富3D語義信息的模型會應(yīng)用在其設(shè)計、施工以及管理運營階段,該模型稱為BIM模型。實際情況中,由于人為誤差和其他原因,建筑物的真實結(jié)構(gòu)總會和設(shè)計圖有所出入,給建筑物的管理和運營帶來了很大的不便。為了更好地對建筑物進行管理運營,需要獲取建筑物現(xiàn)狀的BIM模型。通過掃描建筑物所得的點云進行分割繼而建模,實現(xiàn)建筑物中地面、門窗、墻壁、天花板等語義分割,最終得到一個富含3D語義信息的建筑物BIM模型。室內(nèi)三維地圖的構(gòu)建與建筑物BIM模型的構(gòu)建均需要對室內(nèi)空間進行三維建模。數(shù)據(jù)源通常為三維激光點云。SLAM的技術(shù)發(fā)展為建筑物室內(nèi)數(shù)據(jù)的獲取提供了技術(shù)上的支持,也省去了傳統(tǒng)三維激光掃描儀數(shù)據(jù)拼接配準(zhǔn)的步驟。在建模過程中,對點云進行高效自動化的分割分類,尤為重要。本文提出了對建筑室內(nèi)場景的SLAM點云進行分割分類的方法,主要對建筑物的室內(nèi)結(jié)構(gòu)進行分割與分類,包括地面、天花板、墻壁、門窗等結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)源采用基于SLAM算法的移動式三維激光掃描儀,建筑為北京建筑大學(xué)學(xué)院樓F座。主體內(nèi)容分為兩部分:1)點云的分割。分割的主要內(nèi)容為基于八叉樹對點云進行體素化,利用體素化后的點云使用區(qū)域生長算法進行點云的分割,其中涉及到體素尺寸的合理選擇,體素特征值的提取以及邊界的細化分割。2)點云的分類。主要利用條件隨機場(CRF)構(gòu)建分類器對分割好的點云進行標(biāo)簽分類,條件隨機場模型是判別式模型的一種。本文采取分割階段的體素為節(jié)點,分割后的點云塊為高階團,不再構(gòu)造二階團,極大地簡化了條件隨機場模型的復(fù)雜度,模型的學(xué)習(xí)與推斷采用graphcut_inference方法,提高了分類的準(zhǔn)確率與速度。實驗結(jié)果表明,本文所采用的算法不僅具有良好的分割分類精度,同時也加快了點云的分割與分類速度。
【圖文】：

圖 1-1 上圖為建筑物室內(nèi)環(huán)境 下圖為建筑物 BIM 模型Figure 1-1 Top shows the indoor environment of the buildingBottom shows the building BIM model、機械和設(shè)計鄰域，對于一臺設(shè)備和一個建筑，一個富含豐富的 3D應(yīng)用在其設(shè)計、施工以及管理運營階段。這個富含豐富的 3D 語義信M 模型。這些模型可以用在設(shè)計規(guī)劃階段的調(diào)整和可視化，施工階段理運營階段的仿真與空間設(shè)計。實際情況中，由于人為誤差和其他原實情況總會和設(shè)計階段的設(shè)計圖有所出入，更有甚者，一個建筑物的這就給建筑物的管理和運營帶來了很大的不便，為了更好地對建筑物要獲取一個建筑物現(xiàn)狀的 BIM 模型信息。通過掃描建筑物所得的點模，實現(xiàn)建筑物中樓層，門窗，房間，天花板等語義分割，最終得到信息的建筑物 BIM 模型。對建筑物的管理運營階段有極大的幫助。如物室內(nèi)環(huán)境與 BIM 模型。室內(nèi)空間的數(shù)據(jù)獲取一般利用三維激光掃描儀來獲取。傳統(tǒng)的三維激種——地面三維激光掃描儀、車載三維激光掃描儀、機載三維激光掃示。由于建筑室內(nèi)空間本身的復(fù)雜性，采用傳統(tǒng)的三維激光掃描儀獲

圖 1-2 不同平臺的三維激光掃描儀Figure 1-2 3d laser scanner of different platform，一種新穎的點云數(shù)據(jù)獲取方式風(fēng)靡全球，稱為 SLAM 技術(shù)，即時定位ultaneous localization and mapping）。最初是為了解決機器人與周圍環(huán)境在 1986 年以前，還未形成 SLAM 的概念，只在地圖已知的情況下研究86-1990 年期間，Smith、Self 和 Cheeseman 等人對該問題進行了大量研義了 SLAM，也稱為 CML （Concurrent Mapping and Localization）, 即建，或并發(fā)建圖與定位[3]。以 SLAM 技術(shù)為基礎(chǔ)，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多種例如歐思徠（北京）智能科技有限公司研發(fā)的 3D SLAM 技術(shù)的激光影器人，德國 NavVis 公司的產(chǎn)品 M3 三維移動掃描推車和英國公司 GeoSL式 SLAM 掃描儀。如圖 1-3 所示為不同方式的 SLAM 掃描儀。無論是背手持式，基于 SLAM 的三維激光掃描儀均具有傳統(tǒng)三維激光掃描儀不具SLAM 的掃描儀更方便，，更高效，用戶可以背著或者推著或者手持著對行掃描。另外，對于室內(nèi)環(huán)境，更適宜采用 SLAM 式的掃描方式，SLA其運作原理，獲取的點云數(shù)據(jù)即為一個整體的數(shù)據(jù)，無需再進行數(shù)據(jù)拼
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU238.2;P225.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 齊曉飛;崔秀飛;李懷樹;;室內(nèi)地圖設(shè)計現(xiàn)狀分析[J];測繪與空間地理信息;2013年02期

2 陳衛(wèi)東,張飛;移動機器人的同步自定位與地圖創(chuàng)建研究進展[J];控制理論與應(yīng)用;2005年03期

本文編號：2597113