(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111524414.0 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 吴葱　王曦　白成军　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 代理人 韩帅 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自 动求解方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于建筑遗产数字化记 录的柱网的自动求解方法， 所述柱网的自动求解 方法是基于自主开发的有限元分析模 型， 利用遗 传算法， 将不规则的柱网自动转换成规则的柱 网， 使其满足预期目标。 所述有限元分析模型采 用如下步骤构建： S1、 利用三维激光对建筑进行 扫描； S2、 制作柱头标高处的切片； S3、 通过数值 滑块对轴线的位置进行初始化设定并生成轴线 交点； S4、 将求解目标设定为偏移距离的高斯和， 将变量设定为所有数值滑块； S5、 自定义平均偏 移距离的临界值； S6、 利用遗传算法自动尝试所 有数值滑块可能的组合， 以期高斯和最小； 本发 明可以适用于多种类型的建筑， 并已通过内部测 试， 极大地方便 了建筑遗产数字化记录的工作。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114218637 A 2022.03.22 CN 114218637 A 1.一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法， 其特征在于： 所述柱网的自 动求解方法是基于有限元分析模型， 将不规则的柱网自动转换成规则的柱网， 使其满足预 期目标， 所述有限元分析模型采用如下步骤构建： S1、 利用三维激光对建筑进行扫描获得现状点云数据； S2、 根据现状点云数据进行柱网中柱体切片拟合获现状质心， 即坐标为C0(x0,y0)； S3、 通过未知量的数值模块计算柱网内所有轴线的交点建立重建质心， 即坐标为C1(x1, y1)； S4、 计算重建质心和现状质心 距离的高斯和； S5、 自定义重建质心和现状质心之间平均偏移 距离的临界值e； 梁、 檩条长度允许误差e1为：±1/2000， 将梁的最大长度设为10m， 故该误差e1为： 梁和檩条的施工误差e2， 该误差e2允许值为： 测量误差 e3， 测量精度通 常根据图纸的比例来 设定； 而单体建筑的单平面比例通 常为1: 100； 测量误差e3可以估计为： e3＝0.1mm×100＝±10mm 合计为： 考虑到中国古代建筑技 术的状况， 这个值应该加倍， 即临界值e为 ±64mm； 其中： 梁、 檩条长度允许误差e1； 梁和檩条的施工误差e2； 测量误差e3； S6、 根据测量误差的临界值判断重建质心与现状质心之间的平均偏移距离是否可以接 受； 如果平均偏移距离在临界值内， 则输出此时的轴线， 认为柱网是正确的； 否则 返回步骤 S2， 对偏差过 大的柱头样本进行剔除使其 不参与计算， 然后继续剩余 流程。 2.根据权利要求1所述的一种用于建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法， 其特 征在于： 所述步骤S3中重建质心为柱网由X方向的若干轴线和 Y方向的若干轴线的交点， 所 述重建质心和对应的现状质心之间的平均距离， 预期目标最好为是小于等于64mm； 所述有 限元分析模型通过预期目标自动求解， 并在两分钟内完成多次迭代， 将上一步的结果带入 下一步计算， 反推出 可以产生 这种结果的输入数据， 即为测量建筑物体的所有的轴线。 3.采用权利要求1中建筑遗产数字化记录的柱网的自动求解方法在建筑应用， 其特征 在于： 所述有限元分析模型采用如下步骤实现规则柱网的自动求 解： 101、 根据点云切片， 拟合出柱头轮廓线， 并投影到XY平面内， 根据平面的柱头轮廓 计算 得到现状质心， 即若干的点； 参照XY坐标对这些点进行排序， 形成结构化的数据列表； 102、 以数值滑块作为变量， 设置初始化的重建柱网， 计算出所有轴线的交点， 即重建质 心；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218637 A 2103、 设置其他初始化的参数， 包括： 已知量为水平轴线和垂直轴线的交角为90度； 设置 第一个未知量为水平轴线和垂直轴线的间距， 表达方式为若干数值滑块； 设置第二个未知 量为水平轴线的初始角度， 表达方式为一个数值滑块， 可变范围根据实际情况确定； 设置期 望值为将每一对重建质心和现状质心的距离， 加权求高斯和， 表达方式为一个求和 算法模 块； 104、 搭建求解算法， 将求和算法模块的输出端 口接入遗传算法求解器的目标端口， 将 遗传算法求解器的基因端口连接上述每一个数值滑块， 并将终止值设为0； 遗传算法求解器 会自动尝试组合 不同的数值滑块， 使得期望值尽量接 近终止值； 105、 设置结束计算的判定条件， 期望值， 即高斯和， 等于终止值， 此时结束计算； 或计算 过程达到10分钟时需要人为中断， 并判断当前质心距离的平均值是否小于临界值， 是否可 以接受。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218637 A 3