一种数字三维逆向建模方法及系统技术方案

一种数字三维逆向建模系统，其用于现有钢结构的数字孪生建设，包括点云获取单元，点云获取单元收集关于现有钢结构上任意点的包含空间坐标信息的点云信息，并将其储存至点云储存库中，其中，还包括逆向还原单元，逆向还原单元电连接至点云储存库以读取由点云获取单元采集的点云信息后将其以虚拟三维还原的方式还原为钢结构的三维模型，在执行对钢结构三维模型还原的同时，基于P&ID逻辑，对钢结构以及仪表进行工艺属性赋值，以获得至少包括P&ID属性数据的三维模型。还提供一种数字三维逆向建模方法，其执行上述逆向建模步骤，以获得与上述相同的逆向三维模型。述相同的逆向三维模型。述相同的逆向三维模型。

A digital 3D reverse modeling method and system

【技术实现步骤摘要】
一种数字三维逆向建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及数字逆向建模领域，尤其涉及一种数字三维逆向建模方法及系统。

技术介绍

[0002]随着国家工业进程的推进，考虑到环保、低碳等因素，石油化工、电力等行业的新建工程逐渐放缓，在役工厂的维护以及延寿变得尤为重要。如何利用数字化的一些技术手段将存量资产数字化、结构化，以提升企业产能、提高安全防护、降低风险成为大家关注的问题。但由于石油、化工、电力等流程工厂信息繁杂、管道数量庞大、维修改造频繁等因素，导致运行十几年之后的工厂产生大量在线、离线数据，且图纸、模型和现场实际情况多有出入。技术人员无法通过数据准确掌握现场情况，给大修以及技术改造造成很大困扰。因此基于厂区的真实情况，对全部工艺设备管道以及结构进行数字孪生建设，成为了在役工厂的一项重点工作也是难点工作。
[0003]针对现有工厂的结构进行三维逆向建模是一项重点工作，现有工厂构建时间较长，原有的工程文件、图纸可能有所缺失，同时，在漫长的工厂运转过程中，经常会进行大大小小的设备、结构改造，造成现行工厂结构与原有图纸不一致。目前，随着数字化工厂技术的大力发展，现有工厂也急需改造升级为数字化、自动化工厂，这就涉及到工厂中已有结构的三维逆向建模的的工程。三维逆向建模的一大目的在于，将现有工厂中的特定结构以空间位置和结构形状一比一的方式复制成为三维模型。
[0004]现有技术中，现有钢结构的逆向建模通常人工参与度很高，需要人工在大量点云数据中筛选出关于钢结构的点云模型，然后以点云模型为草稿，在同等位置以手动重新建模的方式来构建关于钢结构的完整三维模型。简单来说，现有技术是在人工进行结构识别的基础上，对点云模型进行临摹式的建模，以最终获得钢结构的三维模型。这无疑是增大了人工的劳力成本，拉长了逆向工程的周期，造成逆向工程费时费力。同时，获取的三维建模很难用于后续的实际工作，因为，当前获取的三维建模仅仅在结构和空间位置上具备较好的还原，但是这仅能为工程人员提供一个外形的参考，对于该钢结构的具体参数、与其他部件的控制逻辑情况等问题均没有展现，因此在执行对钢结构三维逆向还原的同时，还需要人工对这些钢结构的控制参数进行绑定，这进一步增加了工作量。
[0005]其中钢结构的数字孪生建设是整体工厂在役结构数字备份工程的其中一个项目，由于钢结构结构复杂并且涉及到与管道的相互关系，对其结构扫描并非仅关注其实体结构的备份，其在管道属性中的角色、功能同样也是需要进行属性备份的目标之一。
[0006]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0007]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种数字三维逆向建模系统，其用于现有钢结构的数字孪生建设，包括点云获取单元，点云获取单元收集关于现有钢结构上任意点的包含空间坐标信息的点云信息，并将其储存至点云储存库中，其中，还包括逆向还原单元，逆向还原单元电连接至点云储存库以读取由点云获取单元采集的点云信息后将其以虚拟三维还原的方式还原为钢结构的三维模型，在执行对钢结构三维模型还原的同时，基于P&ID逻辑，对钢结构以及仪表进行工艺属性赋值，以获得至少包括P&ID属性数据的三维模型。
[0008]优势在于，对现有技术中钢结构的识别以及建模实现自动化改进，基于本方案中给出的自动钢结构识别、连续性监测和缺失结构还原等步骤，能够基于点云信息，自动生成三维逆向还原模型，而无需由人工执行建模的过程，相比之下，大幅提升三维逆向建模的效率，使得人力劳动成本得到显著的下降。在获得钢结构之后，再根据钢结构的具体位置以及结构进行分段，保存为单元元件数据，或者进行矫正、修改，由于自动生成的钢结构三维模型基础，使得后续这些人工参与的过程变得相对简单，能够有效减少人工劳动。
[0009]另外，能够基于P&ID逻辑辅助钢结构三维还原过程中关于相关结构属性的构建以及数据拓扑，使得相关三维管道还原构建速度在已有有限个元件匹配的情况下实质性加快的同时还能够基于P&ID所赋予的结构属性直接在三维模型上叠加建立管线逻辑，使得工程人员在获取到由本系统或者本方法生成的逆向三维模型时，不仅能够直观且准确地观察相关结构的三维空间模型图像以执行维修选点、分析管线、规划新设施安装点等工作，还能够直接从模型中观察到以数个模型关联控制点的方式展现的管线逻辑，这些管线逻辑一方面向工程人员展示了管道属性(例如阀门型号、参数，仪表型号、参数等)，使其在能够更好地完成上述任务之外，还可以针对每个模型关联的控制点接入控制单元，以使得工程人员能够藉由点选逆向复原的三维模型上的以管线逻辑标记出的相关控制点模型的方式直接控制实体中该模型对应的控制环节，例如控制阀门通断等操作，使得工厂控制从原本现有的零散控制、现场控制转变为终端系统所实现的中央控制，能够有效整合工厂中的原有老旧设备，实现整个工厂生产控制的统一，显著提升工厂控制效率以及效果。
[0010]通过管道结构的自动识别以及控制参数的自动赋予，本方案实际上获得了一个具备完备控制逻辑参数且结构准确、视图结构直观清晰的三维逆向模型，将原本呈二维形式展现的P&ID图形改造为结合三维空间结构的三维视图，使得工程人员可以直接利用该三维逆向模型执行对工厂相关设备的控制相关工作，例如参数查阅、监控、控制等操作，相较于嵌套展现的二维P&ID图形，三维模型能够以更加直观且全面的展现形式，在同一时间为工程人员提供多个结构位置准确的不同层级控制位点的展示，使得控制效率进一步提升。同时，在执行三维逆向建模的过程中，可以将P&ID中的结构参数反向用于加速三维逆向建模的构建，基于三维构建中部分或者全部的特征模型与P&ID图的对应，该三维构建进程中剩余未完成的部分能够以P&ID提供的对应参数辅助完成三维建模。上述特征模型为一些人工设定的用于表征一些结构的特殊形状，例如钢结构的工字型外形、阀门结构的圆盘外形，这些特征模型在被识别出来或者被优先识别后，获知该位置存在该组件，但是该组件的具体结构参数可以仍然保持未知或者部分未知，通过该组件与其余组件的连接关系，对比查询P&ID图像中呈相同连接关系的部分，确认P&ID图与三维模型的对应关系，将P&ID图中的结构参数用于对上述保持未知的三维结构进行还原，而此时，并非必须执行点云形状识别以
及三维还原的步骤。上述过程实际上实现了P&ID图像与三维结构还原的相互有机结合，三维逆向模型为结构薄弱的P&ID图像提供更加直观的视觉展现升级，参数完整的P&ID为三维逆向模型的构建提供辅助加速过程。
[0011]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字三维逆向建模系统，其用于现有钢结构的数字孪生建设，其特征在于，包括点云获取单元(100)，所述点云获取单元(100)收集关于现有钢结构上任意点的包含空间坐标信息的点云信息，并将其储存至点云储存库中，其中，还包括逆向还原单元(200)，所述逆向还原单元(200)电连接至所述点云储存库以读取由所述点云获取单元(100)采集的点云信息后将其以虚拟三维还原的方式还原为钢结构的三维模型，在执行对钢结构三维模型还原的同时，基于P&ID逻辑，对钢结构以及仪表进行工艺属性赋值，以获得至少包括P&ID属性数据的三维模型。2.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述点云获取单元(100)构成为三维扫描仪，其在所述逆向还原单元(200)执行对钢结构三维模型的重构步骤之前执行对现有钢结构上的任意和/或所有可视点位的空间位置信息的扫描并形成为点云信息。3.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述逆向还原单元(200)包括去噪模块(210)，其电连接至所述点云储存库以获取仅由所述点云获取单元(100)扫描的原始点云信息并且对该信息执行滤波去噪，所述滤波去噪至少是按照自定义点云密度识别和手动框选去噪两种方式结合执行的。4.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述逆向还原单元(200)还包括结构识别模块(220)，其电连接至所述去噪模块(210)以获取去噪处理后的点云信息，随后将点云信息按照其内嵌的空间坐标信息在虚拟三维空间中执行基于位置对应的还原操作，以获取关于点云在空间中分布的总模型场，基于点云分布情况，选择点模型密度最佳的位置，进行切片，获取结构的基本截面数据，基于基本截面数据中的图像执行对钢结构类型的识别判断，在正确识别钢结构类型后，基于识出的类型执行对该切片部分的三维模型拟合还原。5.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，在所述基本截面中寻出数个正交线段，且其中一个线段垂直平分另外两个平行且共面的线段时，将该基本截面所展现的结构判定为H钢结构，并且对该基本截面执行H钢三维模型的拟合还原。6.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，在所述基本截面中寻出数个正交线段，且其中两个相互正交的线段的交点同时均...

【专利技术属性】
技术研发人员：武强，刘南希，吕向阳，
申请(专利权)人：北京达美盛软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：