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基于特征匹配的三维点云与建筑平面图配准方法研究

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基于特征匹配的三维点云与建筑平面图配准方法研究

作者：黄小杭广东工业大学

学位级别：硕士

对于目前存在的大部分建筑物,往往都有其对应的建筑平面图,实现三维点云与建筑平面图的配准是一个有价值且亟待挖掘的小众研究领域。研究三维点云与建筑平面图配准方法,有助于解决诸多行业问题,为测绘勘探、室内导航、三维重建、BIM系统... 详细信息

对于目前存在的大部分建筑物,往往都有其对应的建筑平面图,实现三维点云与建筑平面图的配准是一个有价值且亟待挖掘的小众研究领域。研究三维点云与建筑平面图配准方法,有助于解决诸多行业问题,为测绘勘探、室内导航、三维重建、BIM系统、SLAM、智能机器人等领域研究带来全新的思路,解决此类问题具有较高的学术价值与实际应用价值。三维点云与建筑平面图配准问题和机器人在平面图上定位的问题具有密切的关系,许多学者提出了通过蒙特卡洛定位的方法来解决这类问题,然而蒙特卡洛定位方法存在粒子退化、收敛速度较慢的问题,不适合处理大尺度场景的问题。结合最新的深度学习理论和方法,本文从点云配准的思路出发提出了基于特征匹配的三维点云与建筑平面图配准方法,实现了两者的端到端高精度配准。本文的主要研究工作如下:1)三维点云与建筑平面图特征提取方法。首先提出了三维点云与建筑平面图的预处理方法,将原始数据转换成模型可用的数据形式。其次提出了基于改进的动态图卷积神经网络方法实现两者跨维度特征的提取,针对点坐标所能提供的信息较少的问题,为网络输入增加额外的点云法向量和曲率特征信息;针对Edge Conv存在的相似特征的几何信息的利用程度低、深层网络中边特征存在退化现象的问题,本文提出了引入边特征的几何结构特征的改进方法;针对Edge Conv深层网络存在梯度消失的问题,本文提出了残差网络结构;为了实现三维点云与建筑平面图之间的特征信息交换,提出了基于图注意力网络的特征融合方法,最终输出获得用于特征匹配的特征描述。2)三维点云与建筑平面图特征匹配方法。在获得特征描述的基础上,为了更好的分离无对应关系的点对、建立匹配约束并优化匹配结果,提出了通过Sinkhorn最优传输算法,同时引入增广点实现匹配优化,再通过结合基于奇异值分解的点云配准方法,提出了本文的第一种三维点云与建筑平面图配准网络模型FPST-Net v1,通过实验验证其性能表现。3)三维点云与建筑平面图端到端配准网络。为了提升配准结果的精度,本文引入了可微分配准方法,并提出一种平移修正网络以修正配准结果z轴方向上存在的平移误差,同时改进了损失函数,最终提出了FPST-Net v2网络模型,可实现端到端训练与预测,并通过实验验证本文所提出方法的实际性能表现。在CVC-FP、ROBIN-FP和TUM Indoor数据集的实验表明,本文方法能够有效实现三维点云与建筑平面图的配准,且显示出较高的精度和较强的泛化性能、抗干扰性能。

关键词：建筑平面图特征匹配点云配准图神经网络最优传输

源自建筑平面图的室内地图空间数据自动生成方法

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测绘学报 2016年第6期45卷 731-739页

作者：孙卫新王光霞张锦明游天信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

以建筑平面图为数据源,提出了一种自动生成室内地图空间数据的方法。首先,结合室内地图空间数据的需求分析了建筑平面图的基本特征,提出了墙段、邻接节点和相邻墙段的概念,并在此基础上建立了自动生成室内地图空间数据的基本流程。然后... 详细信息

以建筑平面图为数据源,提出了一种自动生成室内地图空间数据的方法。首先,结合室内地图空间数据的需求分析了建筑平面图的基本特征,提出了墙段、邻接节点和相邻墙段的概念,并在此基础上建立了自动生成室内地图空间数据的基本流程。然后,根据与柱子相交墙线的相邻关系,建立了与柱子关联墙体连通性的恢复方法;结合渐进扩张与图形推理判断门窗两侧墙体符号局部特征的类型,通过修正门窗外接矩形,建立了与门窗关联墙体连通性的恢复方法和将门窗转换为室内地图点状要素的方法。最后,基于相邻墙段中心线的几何关系,建立了墙体中线的提取算法。以某展览馆的建筑平面图为例进行试验,结果表明本文的方法针对多种复杂情况均有较好的适用性,有效实现了室内地图空间数据的自动生成。

关键词：室内地图建筑平面图空间数据墙体连通性恢复墙体中线提取渐进扩张与图形推理

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建筑平面图理解中对墙体符号的识别方法

计算机工程与应用 2004年第10期40卷 201-204页

作者：贾哲明付永刚戴国忠中国科学技术大学计算机科学与技术系合肥230027 中国科学院软件研究所人机交互技术与智能信息处理实验室北京100080

一些由图纸矢量化或者CAD软件绘制的建筑平面图只包含基本的几何图形元素如线段、弧线等,需要通过符号识别得到关于建筑结构的信息,例如墙体拓扑结构、门窗的位置、型号等。该文提出了一种对建筑平面图的墙体符号识别算法,结合建筑平面... 详细信息

一些由图纸矢量化或者CAD软件绘制的建筑平面图只包含基本的几何图形元素如线段、弧线等,需要通过符号识别得到关于建筑结构的信息,例如墙体拓扑结构、门窗的位置、型号等。该文提出了一种对建筑平面图的墙体符号识别算法,结合建筑平面图的领域知识,首先利用几何运算从平面图中提取出构成墙体候选符号的子图,再使用逻辑方法推理确定墙体元素符号并得到完整的墙体拓扑结构信息。

关键词：符号识别几何约束建筑平面图

基于建筑平面图的室内空间拓扑模型自动生成算法

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测绘通报 2021年第3期 75-80,86页

作者：韩李涛周丽娟郭佳孙宪龙山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室山东青岛266590

针对以建筑平面图为数据源构建室内导航模型时,建筑平面图缺少拓扑信息,尤其是缺少对房间、走廊等多边形对象拓扑描述的问题,本文提出了一种自动化构建室内空间拓扑模型的算法。该算法首先根据CAD建筑平面图的基本特征,将墙线抽象为弧段... 详细信息

针对以建筑平面图为数据源构建室内导航模型时,建筑平面图缺少拓扑信息,尤其是缺少对房间、走廊等多边形对象拓扑描述的问题,本文提出了一种自动化构建室内空间拓扑模型的算法。该算法首先根据CAD建筑平面图的基本特征,将墙线抽象为弧段,门窗抽象为点,房间抽象为多边形;然后从起始墙线出发,将该墙线顺时针或逆时针遇到的第一条墙线作为目标房间或走廊的第一条边,依次类推,直至回到起始墙线,则完成一个房间或走廊的提取;重复上述过程,直到所有墙线均被标记两次,说明所有房间或走廊提取成功,完成墙线与房间、走廊之间的拓扑连接关系自动建立。门窗与房间之间的拓扑关系则是根据门窗与墙线的拓扑关系,推导出门窗与房间之间的拓扑关系。以某大学教学楼的建筑平面图为例进行试验,试验结果表明本文算法能够有效实现室内空间拓扑模型的自动生成。

关键词：室内导航模型建筑平面图室内拓扑模型室内空间数据拓扑关系

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第八讲绘制建筑平面图的参数方法

建筑结构 1989年第3期19卷 34-38页

作者：王东坡秦皇岛市建筑设计院

本文介绍了编写绘制建筑平面图程序的参数方法。结合工作实践,阐明了参数式编程的好处,并与当前广为采用的交互式编程方法进行了比较。

关键词：建筑平面图参数方法建筑图标注尺寸绘图过程翻转变换坐标值计算机绘制单元信息图形变换

利用Faster R-CNN自动识别建筑平面图功能构件的方法

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测绘科学技术学报 2019年第3期36卷 311-317页

作者：马焜阳成毅葛文赵耀张奇信息工程大学河南郑州450001 智慧中原地理信息技术河南省协同创新中心河南郑州450001

高精度建筑内部三维模型在地理信息应用领域需求旺盛,但建模的自动化程度和智能化程度仍然不高,以建筑平面图为基础的建模方式仍然是当前的主流。其中,首要解决的是建筑平面图上各类建筑构件的识别和提取问题。从建筑平面图的栅格图像出... 详细信息

高精度建筑内部三维模型在地理信息应用领域需求旺盛,但建模的自动化程度和智能化程度仍然不高,以建筑平面图为基础的建模方式仍然是当前的主流。其中,首要解决的是建筑平面图上各类建筑构件的识别和提取问题。从建筑平面图的栅格图像出发,设计了一种基于Faster R-CNN目标检测模型的建筑功能构件自动识别方法,通过该方法识别并剔除床、桌子等无效的建筑功能构件,获得以墙体为主的室内结构图,为三维模型的快速生成提供无噪声的基础数据。经过实验验证,模型在功能构件检测中具有较好的准确率和召回率,能够满足多种场景下的建筑构件自动识别需求,提高建筑平面图分析处理的效率。

关键词：室内结构三维建筑平面图反向提取机器学习图像识别

基于建筑平面图的室内三维模型自动构建技术研究

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基于建筑平面图的室内三维模型自动构建技术研究

作者：马焜阳战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的不断推进,智慧城市建设的不断深入,占据人们大多数日常活动时间的室内空间环境日益复杂,随之而来的城市建筑信息更新越来越快,建筑规划管理问题越来越复杂,导致了智能化室内信息管理与位置服务的需求量猛增。传统的二... 详细信息

随着城市化进程的不断推进,智慧城市建设的不断深入,占据人们大多数日常活动时间的室内空间环境日益复杂,随之而来的城市建筑信息更新越来越快,建筑规划管理问题越来越复杂,导致了智能化室内信息管理与位置服务的需求量猛增。传统的二维建筑数据已逐渐无法满足人们对建筑分析、管理及应用的需求,三维模型具有逼真的可视化、直观的信息传递和强大的空间分析优势,室内三维模型可以帮助用户轻松、方便地了解室内空间结构,查询室内信息,帮助管理者进行各种专题模拟与分析,为指挥决策与调度工作提供支持。是建筑室内空间管理的发展方向与必然趋势。但是当前建立室内三维模型的方法多为手工建模或人机交互的半自动化建模,建模周期长、返工率高且成本高昂,无法从根本上满足当前大批量快速建立室内三维模型的迫切需求,因此结合人工智能的计算机智能化建筑三维建模是当前的热点研究问题。本文在总结与分析当前室内三维建模的研究现状后,针对现今建模效率低、未充分利用建筑设计阶段的历史资料问题,从栅格化的建筑平面图出发,设计了一种基于深度学习目标检测模型的建筑功能构件自动识别方法,获得以墙体为主的室内结构图,并进一步识别出主体结构构件,从而快速形成包含室内三维模型与空间拓扑关系的建筑基础数据。本文所作的主要工作包括:（1）针对建筑室内建模前图像处理复杂的问题,将深度学习中目标检测模型运用到建筑平面图的识别当中,通过对建筑构件的分析、归纳与总结,提出“反向识别”方法,通过调整模型参数、模型训练,使目标检测模型能够识别出图中特征突出的功能构件,反其道而行之,在删除功能构件后即可得到“干净”的、只包含主要结构构件的建筑结构图。本方法解决了大量栅格建筑平面图无法得到快速应用的问题,并通过计算机的自动化处理,大大地提高了三维建模数据基础的获取效率,降低了人工工作量。（2）设计识别并提取建筑结构构件的方法。建筑结构构件是建立三维模型的基础与骨架,但往往需要人工判读识别,本文通过分析建筑结构构件的图像特征及相互位置关系,利用EDLines直线检测算法与霍夫变换圆环检测算法设计了针对建筑结构构件的识别方法。本方法能够快速的识别出结构图中的墙、门和窗,并将相关属性标注写入数据库用于后续拓扑关系的建立。自动化的方法替代人工识别的方式,大大提高了处理效率,降低了由于人为因素所产生的误差。（3）建立了建筑室内三维数据模型。在室内三维建模过程中,每一个建筑构件都包含有几何、属性与拓扑三类数据信息,几何信息是三维重建的基础,属性信息是建筑生命周期管理的关键内容,拓扑关系是对三维模型进行存储、查询和分析的必要条件。本文将几何数据、属性数据与拓扑关系综合管理,设计了三维数据的管理模型,并能够与IFC标准进行转换,提高了模型的适用性。（4）设计并完成了基于建筑平面图的三维模型构建实验,对本文提出的方法和模型进行完整的实验验证。

关键词：建筑平面图 Faster-RCNN EDLings 参数化建模室内三维模型

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建筑平面图在公寓管理系统中的使用

电脑编程技巧与维护 2011年第20期 129-130页

作者：刘艳周洪梅河南建筑职业技术学院郑州450007 河南省建筑工程学校郑州450007

公寓管理系统采用.NET技术,成功把建筑平面图融入到系统中,通过可视化表达形式,大大提高了监控效率与直观度。重点对系统的框架设计与建筑平面图的使用进行了详细介绍。

关键词： .NET技术建筑平面图

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战国中山王墓出土公元前四世纪建筑平面图

图学学报 1980年 73-83页

作者：赵擎寰北京师范大学

本文从工程图学的角度分析介绍近年我国在河北省平山县战国中山王墓发掘出土的公元前四世纪的建筑平面图,说明此图图法先进,制图时不仅采用了接近于现在人们所用的正投影水平剖视图法,注明尺寸,而且是以当时中山国尺长为单位,选用缩小比... 详细信息

本文从工程图学的角度分析介绍近年我国在河北省平山县战国中山王墓发掘出土的公元前四世纪的建筑平面图,说明此图图法先进,制图时不仅采用了接近于现在人们所用的正投影水平剖视图法,注明尺寸,而且是以当时中山国尺长为单位,选用缩小比例1:500制出的。由此可知它是用以指导施工的建筑平面图,是名副其实的图样,在世界范围内也是罕见的古代早期图样遗存之一。它的发现,证实我国文献上有关图样的历史记载,说明我国工程技术上使用图和图样有悠久的历史和传统。至于图中的建筑物,本文认为有可能是中山王、王后等的坟墓上方建筑,但也不排除是建在别处的庙堂建筑群。建议继续研究,最后取决于发掘实践。

关键词：建筑平面图中山王墓图样