用于创建数字建筑物模型的方法和装置
阅读说明：本技术 用于创建数字建筑物模型的方法和装置 (Method and apparatus for creating digital building models ) 是由 O·采希林 于 2020-02-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及为了现有的建筑物创建数字建筑物模型的方法和装置,其中通过参考所述建筑物之外的官方锚点而为了所述建筑物的参考楼层设定建筑物中的位置点；其中在所设定的所述位置点处在所述参考楼层中安置机器可读标记；其中通过相对应设立的移动式读取设备(扫描设备)读取在参考楼层中的所述标记；其中基于所读取的所述标记的位置点对所述参考楼层的几何结构进行漂移补偿；其中针对在所述参考楼层中的房间以适合的标记法创建数字体积模型；并且其中在为了所述建筑物的基本上相同的楼层而创建数字体积模型的情况下将所述参考楼层的数字体积模型使用作为参考体积模型。(The invention relates to a method and a device for creating a digital building model for an existing building, wherein a location point in the building is set for a reference floor of the building by referring to an official anchor point outside the building; wherein a machine-readable marker is disposed in the reference floor at the set location point; wherein the markings in the reference floor are read by a correspondingly set mobile reading device (scanning device); wherein the geometry of the reference floor is drift compensated based on the read position point of the marker; wherein a digital volume model is created in suitable notation for a room in the reference floor; and wherein the digital volume model of the reference floor is used as a reference volume model in case a digital volume model is created for substantially the same floor of the building.)
技术领域
本发明涉及一种用于为了现有建筑物而创建数字建筑物模型的方法和装置。
背景技术
在为了建筑物创建虚拟图像（数字双胞胎（digital twin））或为了建筑物集群而创建虚拟图像的准备阶段中，利用扫描仪、尤其是激光扫描仪来检测现有建筑物。在扫描建筑物时，通过适合的设备来检测和处理建筑物中的测量点。但是，这些测量点必须由测量者事先设定并且必须以适合于扫描的方式被安置在建筑物中。
在此，测量者通常借助于视距仪或者全站仪来设置测量点（锚点、标记），其中这些测量点在扫描过程中被一并检测。该预处理过程要求与实际上的接下来的扫描过程差不多同样多的时间。通过这种措施来对建筑物所在地“分类”，即，借助坐标来定位其所在地。此外，通过在建筑物的内部设置锚点而补偿激光扫描仪的系统技术问题。所述设备在长的扫描面（例如大且长的房间的墙壁）情况下容易导致所谓的“漂移”，也即，使得实际上的激光点直线具有曲率。在非常大的建筑物的情况下在此甚至会使地球曲率起到效果。在使用通过测量者所放置并且事先测定出的锚点的情况下，可以在软件侧将其用在后续处理中，以用于修正（漂移修正）。除了放置锚点以外，测量者还向该过程中接下来的对建筑物进行扫描的服务商传递关于相应锚点或标记的信息（尤其是位置）。在建筑物中可移动的扫描推车（例如NavVis公司的设备）可以利用激光技术来对建筑物中所安置的标记进行检测、读取并提供所述标记用于数字的进一步处理、尤其是用于在相对应的建筑物的数字建筑物信息模型中使用。
然而，已知的用于确定建筑物中的测量点的方法以及为了在数字建筑物信息模型中使用而对测量点进行的扫描输入是费力且耗时的。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种为了数字建筑物信息模型而使用所扫描输入的测量点的有效方法。
该任务通过用于为了现有建筑物而创建数字建筑物模型（例如作为“digitaltwin”、即作为数字双胞胎）的方法而得以解决，所述方法包括：
- 通过参考建筑物之外的官方锚点（尤其是通过例如由激光视距仪或全站仪进行光学参考和相应测量）（例如通过以视距仪量入（Hineinmessen））而为了建筑物的参考楼层设定建筑物中的位置点（例如建筑物中的锚点、标记）；
- 在所设定的位置点处在参考楼层中安置机器可读标记；
- 通过相对应地设立的移动式读取设备（扫描设备、NavVis公司的设备）读取在参考楼层中的标记，其中基于所读取的标记的位置对参考楼层的几何结构进行漂移补偿；
- 针对在参考楼层中的房间以适合的标记法在数字建筑物信息模型（BIM）中创建尤其是数字的体积模型；其中在为了建筑物的基本上相同的楼层创建数字体积模型时将该参考楼层的数字体积模型使用作为参考体积模型。利用该移动式读取设备（例如NavVis公司的扫描设备）仅需扫描唯一的楼层作为参考楼层并且储存在数字模型中。这以适合的标记法而进行，例如以IFC标记法（Industry Foundation Class（工业基础类））而进行。参考楼层的模型被用于为了结构相同的或基本上结构相同的楼层创建模型。这些结构相同的或者基本上结构相同的楼层不必以物理方式予以测量并扫描输入，因为为了这些楼层的建模而使用参考楼层的参考模型。如果参考楼层的参考模型并非总是能够一比一地被用于其他楼层并且可能需要由建模者（例如通过裁剪）而进行手动适配，那么该方法也还是有效的。该移动式读取设备（扫描设备）以针对参考楼层的文本文件、照片、传感器信息、地磁场、和接入点而有利地提供了经校正曲率的三维点云，有利地作为用于参考楼层中的房间的体积模型。
该方法优化了现场时间流程，而迄今为止一直被委任的测量者则仅需还在部分区域内进行测量和设置标记，例如在建筑物之外以及在建筑物之内的非统一结构。本方法的优化潜能尤其是在统一的建筑物或建筑物分段的情况下、例如常常在新办公室建筑的情况下得以提升。所有统一楼层被作为“同等部分（Gleichteil）”来处理。对这些相同形式的楼层之一进行测量、标记和扫描输入就足够。在扫描之后所有“以复制的方式”上下建造的楼层都被进行处理的软件识别为“相同的”，并且（已被测量或被标记的）参考楼层情况下的“校正的”措施被转用到这些“相同的”楼层。如果在参考楼层中在通过计算单元/软件处理之后已拉直了墙壁，则将这种（从平面图观察来看的）“墙线”或者“墙面”（从点云观察）应用到同类型的楼层。
如果使用不间断的BIM模型（建筑物信息模型，连同使用对象及其特性），则可以进一步地将其信息一并包括在内（墙壁的对象特性；例如具有维度x、y、z的预制的外墙壁以及可选的其他特征）。如果除了外墙壁/地面平面图之外还有进一步的特征是以不间断的方式存在的，则这可以例如是电梯区域，并且如果这种区域在所扫描的数据中被软件识别出，也可以将该特征一并包含在内，以便自动地“一层一层地”将同样楼层调准并且在建筑物模型（BIM）中将其建模或纳入。针对楼层、尤其是针对该参考楼层，分别存在（对于每楼层而言一个或多个）独立的数据集，所述独立的数据集在进一步的处理中与其他数据集彼此调准。这有利地自动进行，有利地在应用相对应的合理性检查标准（例如用于电梯的电梯门位于相同的垂直轴上）的情况下进行。
由测量者所确定的参考区的位置/坐标（x和y）可以被传递到在其上建立的“楼层克隆体”。同样自动地根据其他楼层来确定并检测z轴信息，或者通过BIM对象信息来定义、校正或细化所述z轴信息。在“建筑物夹层中”，楼层高度通常没有区别（大厅和阁楼常常是不同的）。
有利地，通过用户友好的“拖放”方法为了这些楼层创建模型：因此能够“以乐高砖块式”在模型中堆起建筑物。因此，可以在模型中向这些层的楼层给予信息，例如通过遗传机制来遗传参数（例如将取向和质量参数、特性或者属性从参考楼层遗传到在在参考楼层基础上的克隆楼层（即参考楼层的复制品））。
有利地，该移动式读取设备（扫描设备）使用软件以解决SLAM问题（SLAM：Simultaneous Localization and Mapping（同步定位和地图创建））。该移动式读取设备（扫描设备）因此可以作为如下移动式机器人而起作用，该移动式机器人在读取测量点和所属的位置坐标时同时针对参考楼层创建平面图。有利地，该平面图能够作为建筑物信息模型（BIM）的部分来使用。
本发明的第一个有利构型方案在于：该参考楼层的参考体积模型在创建数字体积模型时被用于其他建筑物的基本上相同的楼层。在每个建筑物中存在统一的建筑物分段。本发明尤其是实现了：将这些统一的建筑物分段作为同等部分来处理。因此，对这些相同形式的楼层之一进行测量和标记就已足够。所有“以复制的方式”上下建造的楼层在扫描之后都被进行处理的软件识别为“相同的” ，并且（已被测量或被标记的）参考楼层情况下的可能的“校正的”措施被转用到这些“相同的”楼层。如果在参考楼层中在通过计算单元以相应软件处理之后已拉直了墙壁，则将这种（从平面图观察来看的）“墙线”或者“墙面”（鉴于点云观察）应用到同类型的楼层。
本发明的另一有利构型方案在于：基于参考楼层的参考体积模型而创建或扩展BIM模型。建筑物数据建模（Building Information Modeling（建筑物信息建模））是一种用于以集成方式并且因此优化的方式规划、创建和运行建筑物的方法。建筑物数据以机器可读标记法的方式在虚拟的、数字建筑物模型（BIM模型（建筑物信息模型））中例如在相对应的数据库中被存储和维护，其中参与者（建筑师、规划者、建筑实施方、家装服务技术人员、设施管理者等）能够访问所述数据库。可以例如以IFC标记法（工业基础类）来创建该数字建筑物模型。
本发明的另一有利构型方案在于：为了针对标记设定位置点而对官方锚点的参考通过激光视距仪测量或者通过三角测量而进行。利用电子视距仪（全站仪）可以非常精确地并且快速地执行测量。所确定的数据（例如以三维测量点的形式）有利地被加载到相对应的存储介质上或者直接被加载到相对应的计算机程序中或者数据模型中。
本发明的另一有利构型方案在于，所述机器可读标记包括光学可读标志（例如QR码、条形码）。这些标记的这些机器可读光学标志能容易地安置在建筑物中的可达位置并且由光学检测单元（例如激光扫描仪；例如NavVis公司的扫描设备）读取。所述检测单元可以利用相对应的处理设备（处理器、软件）以进一步处理所读取的数据（用于位置数据的测量点），以便例如进行漂移补偿。
本发明的另一有利构型方案在于：所述机器可读标记包括RFID标签。RFID标签可以例如在装饰物之下安置。有利地，检测单元识别建筑物中存在的通过RFID标签所标出的或者参考的标记。
所述任务还通过用于为了现有建筑物创建数字建筑物模型（数字双胞胎）的装置而得以解决，其中该装置包括：
- 用于（通过量入）通过参考建筑物之外的官方锚点而为了建筑物的参考楼层设定建筑物中的位置点（建筑物中的锚点、标记）的设备；
- 用于读取在参考楼层中在所设定的位置点处所安置的机器可读标记的设备，其中基于所读取的标记的位置对参考楼层的几何结构进行漂移补偿，并且其中能够以适合的标记法针对参考楼层中的房间而在建筑物信息模型（BIM）中创建尤其是数字的体积模型并且能够将该数字体积模型存储在存储介质中；
- 相应地设立的处理设备，以便在为了建筑物或其他建筑物的与参考楼层基本上相同的楼层创建数字体积模型时将该参考楼层的数字体积模型使用作为参考体积模型。在建筑物规划或创建中通常存在对于实现该装置所需的设备或者可以例如通过委托相对应的专业公司（例如为了测定出锚点或者扫描标记）而容易地使用到所述设备。
本发明的另一有利构型方案在于：所述存储介质被设立成，能够将参考体积模型存储作为BIM模型。由此，可以将所述参考体积模型直接用于建筑物数据建模。建筑物数据建模（Building Information Modeling（建筑物信息建模））是一种用于以集成方式并且因此优化的方式规划、创建和运行建筑物的方法。建筑物数据以机器可读标记法的方式在虚拟的、数字建筑物模型（BIM模型）中例如在相对应的数据库中被存储和维护，其中参与者（建筑师、规划者、建筑实施方、家装服务技术人员、设施管理者等）能够访问所述数据库。可以例如以IFC标记法（工业基础类）来创建该数字建筑物模型。针对建筑物数据建模存在相对应的计算机支持的工具（例如CAD工具）。
本发明的另一有利的构型方案在于，能够将用于与参考楼层基本上相同的楼层的数字体积模型作为BIM模型而进行存储。在每个建筑物中存在统一的建筑物分段。本发明尤其是实现了：将这些统一的建筑物分段作为同等部分来处理。因此，对这些相同形式的楼层之一进行测量和标记就足够。在BIM模型中对与参考楼层相同的楼层的备份实现了：有效地创建BIM模型。
附图说明
本发明以及本发明的有利实施方案以接下来的附图为例予以阐述。其中，在此：
图1示出具有示例性的官方测量的锚点的城市平面图的示例性的摘录；
图2示出用于为了现有建筑物创建数字建筑物模型的示例性的装置；
图3示出用于建筑物中所设定的位置点的示例性的标记；
图4示出用于示例建筑物的示例性模型视图；和
图5示出了用于为了现有建筑物创建数字建筑物模型的方法的示例性流程图。
具体实施方式
图1示出具有示例性的官方测量的锚点OAP1-OAP4的城市平面图的示例性的摘录。这样的锚点OAP1-OAP4在大地测量学的专业领域中、尤其是在工程大地测量学的专业领域中被确定或使用例如用于地形测量、地籍测量或者建筑测量。锚点OAP1-OAP4也被称为测量点或测点。锚点可以例如通过三角测量被设定为具有相对应的坐标的三角点。根据应用而定，锚点也被称为高程控制点、大地测量固定点、高度标记、平面控制点等。这些锚点OAP1-OAP4可以例如定义为高斯克吕格坐标系中或UTM（Universal Transverse Mercator（通用横截面墨卡托））坐标系中的平面坐标。
例如通过将官方锚点OAP1-OAP4量入到建筑物中而通过参考官方锚点OAP1-OAP4来在建筑物中设定位置点（标记）。在建筑物中的这些位置点（标记）通过相对应的标志（例如QR代码）而被标记。在建筑物中的这些位置点（标记）可以通过适合的读设备（例如NavVis公司的扫描设备）被读取、评估并且被存储到建筑物信息模型中。
图2示出用于为了现有建筑物GB创建数字建筑物模型（数字双胞胎）BIM的示例性装置。该装置包括：
- 用于（通过量入）通过参考Ref1、Ref2建筑物GB之外的官方锚点OAP5、OAP6而为了建筑物GB的参考楼层设定建筑物GB中的位置点（建筑物中的锚点、标记）的设备LT；
- 用于读取在参考楼层中在所设定的位置点处所安置的机器可读标记M1、M2的设备MG1、AV1、MG2、AV2，其中基于所读取的标记M1、M2的位置对参考楼层的几何结构进行漂移补偿，并且其中能够以适合的标记法针对参考楼层中的房间而创建数字体积模型BIM并且能够将该数字体积模型存储在存储介质DB中；
- 相应地设立的处理设备S，以便在为了建筑物GB或其他建筑物的与参考楼层基本上相同的楼层创建数字体积模型时将该参考楼层的数字体积模型BIM使用作为参考体积模型。
参考楼层的模型被用于为了结构相同的或基本上结构相同的楼层创建模型。这些结构相同的或者基本上结构相同的楼层不必以物理方式予以测量并扫描输入，因为为了这些楼层的建模而使用参考楼层的参考模型。如果参考楼层的参考模型并非总是能够一比一地被用于其他楼层并且可能需要由建模者（例如通过裁剪）而进行手动适配，那么该方法也还是有效的。该移动式读取设备（扫描设备、推车、无人机）MG1、MG2以针对参考楼层的文本文件、照片、传感器信息、地磁场、和接入点而有利地提供了经校正曲率的三维点云。
该存储介质DB有利地被设立成，能够将参考体积模型存储作为BIM模型BIM。这以适合的标记法、例如以IFC标记法（（Industry Foundation Class（工业基础类））而进行。
有利地，该存储介质DB被设立成：所述数字体积模型能够作为BIM模型BIM、例如以IFC标记法（Industry Foundation Class（工业基础类））而被存储用于与参考楼层基本上相同的楼层。通过例如通过激光视距仪LT或三角测量而参考Ref1、Ref2官方锚点OAP5、OAP6而进行：在建筑物GB中设定位置点M1、M2（建筑物中的锚点、标记）。利用移动式读取设备MG1（例如NavVis公司的扫描设备）仅需扫描唯一的楼层作为参考楼层并且储存在数字模型中。该移动式读取设备MGI包括例如光学拍摄设备AV1，用于读取安置在参考楼层中的所设定的位置点处的机器可读标记M1、M2。原则上，也可以使用具有相对应的记录设备AV2的无人机（无人驾驶的飞机）MG2用于读取安置在所设定的位置点处的机器可读标记M1、M2。移动式读取设备MG1、MG2可以独立自主地在建筑物中移动或者以被操作者B控制的方式而移动。
作为移动式设备MG1，可以例如使用具有相对应的测量仪器AV1的推车（Trolley）、诸如Navvis GmbH公司的推车M3，其中由操作者B推动所述推车通过该建筑物GB。作为用于检测额定状态的移动式设备也可以使用移动式机器人，例如具有相对应的测量设备的驾驶机器人，其中所述驾驶机器人自主地或者半自主地在相对应的建筑物中在各处行驶。
作为用于检测额定状态的移动式设备MG2也可以使用具有相对应的测量设备的无人机（无人驾驶的飞机），所述无人机自主地在建筑物GB中和/或围绕所述建筑物GB而移动。在无人机MG2的应用中的优点尤其在于：能够非常容易地在楼梯中或者楼梯间中得以使用。无人机可以自主地（利用相对应的编程和控制）、半自主地或者手动地（即以被操作者控制的方式）得以使用。
经由适合的通信连接KV1、KV2（例如经由相对应的无线电连接、WLAN、英特网、移动无线电连接）可以将由所述记录设备AV1、AV2所读取的标记M1、M2的位置点数据（位置点）OPD1、OPD2转发给服务器S。所有在建筑物GB中的所读取的标记的位置点数据OPD1、OPD2都可以在服务器S中作为点云。服务器S（具有相对应的处理和存储设备的计算机）对所述点云进行分析并且将所述点云映射到建筑物信息模型BIM中，例如以数字体积模型的形式。
本发明的一个优点在于，在为了建筑物的基本上相同的楼层而创建数字体积模型时使用参考楼层的参考体积模型。在每个建筑物中都存在统一的建筑物分段。本发明使得能够尤其是将这些统一的建筑物分段作为“同等部分”来处理。因此，对这些相同形式的楼层之一进行测量和标记就足够。
所述建筑物信息模型BIM被存储在适合的数据库DB中、例如被存储在内存式数据库中，这使得能够快速进行访问。有利地，该服务器S在云基础设施C中实现。
图3示出了用于建筑物中所设定的位置点的示例性的标记M3。有利地，该标记M3包括机器可读的或者光学可读的标志（例如QR码、条形码）。这些标记的这些机器可读光学标志能容易地安置在建筑物中的可达位置并且由光学检测单元（例如激光扫描仪；例如NavVis公司的扫描设备）读取。所述检测单元可以利用相对应的处理设备（处理器、软件）以进一步处理所读取的数据（用于位置数据的测量点），以便例如进行漂移补偿。
有利地，标记M3适合用于解决SLAM问题（SLAM：Simultaneous Localization andMapping（同步定位与地图创建））移动式读取设备（扫描设备）因此可以起到移动式机器人的作用，所述移动式机器人在读取测量点（标记）和所属的位置坐标时同时地创建用于相对应的建筑物楼层的平面图。
有利地，该标记M3包括用于精准定位的十字标志（并且包括用于定向的箭头（例如按照基本方向的取向））。有利地，该标记M3包括唯一的标识符例如（ID号）。有利地，标记M3由鲁棒的材料组成，所述材料也能够使用在建筑物外墙壁上。有利地，标记M3包括着录数据（例如位置参考的时间点、安置的时间点、负责任的公司、负责任的操作者、官方锚点，其中基于所述官方锚点进行参考）。
图4示出了在示例性的操作界面UI上用于示例性建筑物的示例性模型视图SM1-SM4。所述示例性的操作界面UI可以例如在计算机显示器的显示器（例如触摸屏）上示出。示例性的模型视图SM1-SM4作为建筑物信息模型的多个方面（部分）而示出了数字体积模型的不同视图或表示类型。这些视图SM1-SM4示出建筑物模型的示例性的2D视图或3D视图。所述模型的位置坐标基于在扫描属于该模型的建筑物时所读取和评估的标记。操作界面UI包括用于用户输入或用户选择的菜单栏ML。
图5示出了用于为了现有建筑物而创建数字建筑物模型的方法的示例性流程图。该方法包括：
-（通过量入）通过参考建筑物之外的官方锚点为了建筑物的参考楼层而设定建筑物中的位置点（建筑物中的锚点、标记）；
- 在所设定的位置点处在参考楼层中安置机器可读标记；
- 通过相对应地设立的移动式读取设备（例如扫描设备、NavVis公司的Navis设备）读取在参考楼层中的标记，其中基于所读取的标记的位置对参考楼层的几何结构进行漂移补偿；
- 针对在参考楼层中的房间以适合的标记法在数字建筑物模型（BIM）中创建尤其是数字的体积模型；其中在为了建筑物的基本上相同的楼层创建数字体积模型时将该参考楼层的数字体积模型使用作为参考体积模型。在建筑物中的位置点（建筑物中的锚点、标记）的设定通过参考官方锚点而进行，例如通过激光视距仪或者通过三角测量而进行。
利用移动式读取设备（例如NavVis公司的扫描设备）仅需扫描唯一的楼层作为参考楼层并且储存在数字模型中。这以适合的标记法而进行，例如以IFC标记法（IndustryFoundation Class（工业基础类））而进行。参考楼层的模型被用于为了结构相同的或基本上结构相同的楼层创建模型。这些结构相同的或者基本上结构相同的楼层不必以物理方式予以测量并扫描输入，因为为了这些楼层的建模而使用参考楼层的参考模型。如果参考楼层的参考模型并非总是能够一比一地被用于其他楼层并且可能需要由建模者（例如通过裁剪）而进行手动适配，那么该方法也还是有效的。该移动式读取设备（扫描设备）以针对参考楼层的文本文件、照片、传感器信息、地磁场、和接入点而有利地提供了经校正曲率的三维点云。
点云文件的示例性内容是：
点云文件可以通过相对应的转换器而被翻译或转换成建筑物信息模型（BIM模型）的标记法。
有利地，基于参考楼层的参考体积模型而例如以IFC标记法创建或扩展BIM模型。
根据本发明的方法可以利用相对应地设立的硬件组件和软件组件（例如处理器单元、存储设备、输入/输出单元、软件程序）而得以实现。根据本发明的方法尤其是实现了：经优化地并且有效地转换或创建数字双胞胎（Digitale Zwilling）。这在建筑物创建中以及在建筑物管理中尤其是实现了：针对尤其执行和供应的销售单元的成本和时间位置改善。
本发明涉及一种用于为了现有建筑物创建数字建筑物模型的方法和装置，其中通过参考建筑物之外的官方锚点而为了建筑物的参考楼层设定建筑物中的位置点；其中在所设定的位置点处在参考楼层中安置机器可读标记；其中通过相对应设立的移动式读取设备（扫描设备）读取在参考楼层中的标记，其中基于所读取的标记的位置对参考楼层的几何结构进行漂移补偿；其中针对在参考楼层中的房间以适合的标记法创建数字体积模型；并且其中在为了建筑物的基本上相同的楼层创建数字体积模型时将该参考楼层的数字体积模型使用作为参考体积模型。
附图标记列表：
MAP 城市平面图
OAP1-OAP6 官方锚点
LT 激光视距仪
M1-M3 标记
GB 建筑物
C 云
S 服务器
DB 数据库
BIM 建筑物信息模型
KV1、KV2 通信连接
B 操作者
MG1、MG2 移动式设备
AV1、AV2 记录设备
OPD1、OPD2 位置点
Ref1、Ref2 参考
ML 菜单栏
UI 操作界面
SM1-SM4 场地模型（Site Model）（平面图模型）。
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