1.一种基于BIM的实时精确地图构建方法,其用于实时获取运输机器人施工场景的精确三维点云地图,其特征在于,所述基于BIM的实时精确地图构建方法包括以下步骤:S1.搭建施工场景的初步BIM点云地图,根据构件的材质信息建立完工构件的物理反射率变化曲线,并通过点云渲染加入到初步BIM点云地图内,得到全局BIM点云地图;
S2.将所述运输机器人上的激光雷达的初始帧点云与所述全局BIM点云地图进行特征配准,得到所述运输机器人的初始位姿,进而确定运输机器人的初始位置和方向;
S3.根据所述运输机器人的初始位置和方向生成作业轨迹,根据所述全局BIM点云地图修正所述运输机器人沿所述作业轨迹移动时的实时位姿,通过所述实时位姿对所述运输机器人首次作业下建立的slam地图做语义分割,进而建立包含障碍物、未完工构件和完工构件的语义地图;
S4.去除所述语义地图中的障碍物点云,并对所述语义地图中的完工构件点云以及对未完工构件点云进行点云稠密化处理,得到当前施工场景下的精确三维点云地图;
其中,点云稠密化方法如下:
S41.将所述语义地图中的障碍物点云通过聚类去除,以及通过地面点云分割去除所述语义地图中的地面点云,得到初步三维点云地图;
S42.提取所述全局BIM点云地图中与所述语义地图内的完工构件相同位置的构件BIM点云,将所述初步三维点云地图中的完工构件点云的边缘与所述构件BIM点云的边缘通过最近邻点匹配进行配准,并对所述完工构件点云进行网格划分,将每个网格内的所述完工构件点云根据所述激光雷达扫描的强度信息进行划分排列,并进行随机采样,将采样后的所述完工构件点云与所述构件BIM点云进行强度最近邻关联,扩展网格内的所述完工构件点云,完成所述完工构件点云的点云稠密化处理;
S43.将所述运输机器人实时扫描的未完工构件点云与初步三维点云地图中的未完工构件点云进行迭代拼接,完成初步三维点云地图中的未完工构件点云的点云稠密化处理,直至未完工构件已经完工,停止迭代拼接并转为步骤S42;
S44.将所述地面点云叠加到完成点云稠密化的初步三维点云地图,得到当前施工场景下的精确三维点云地图;
其中,所述运输机器人首次作业建立的slam地图的语义分割方法如下:S31.将所述运输机器人的实时点云与所述全局BIM点云地图进行实时匹配,实时修正运输机器人沿所述作业轨迹移动时的实时位姿;
S32.根据所述实时位姿对所述运输机器人首次作业扫描的slam地图进行初步点云分割,得到不同部分的分割点云,并对每一部分的分割点云进行初始标定;
S33.根据所述作业轨迹在所述全局BIM点云地图中的位置,确定初始标定过的分割点云在全局BIM点云地图上的位置,提取所述分割点云的点云信息,判断与所述分割点云相同位置的所述全局BIM点云地图上是否存在构件;
S34.否则将所述分割点云标定为障碍物,是则判断与所述全局BIM点云地图相同位置的构件点云的点云信息是否匹配;
S35.是则将所述分割点云标记为完工构件,否则将所述分割点云标记为未完工构件;
其中,所述分割点云与构件的点云信息的匹配方法如下:
获取所述分割点云的点云信息即强度变化曲线,以及相同位置的全局BIM点云地图上构件的点云信息即物理反射率变化曲线;
建立强度变化曲线和物理反射率变化曲线的直接关联关系,并判断二者的匹配程度是否在预设的构件匹配标准区域内;
是则判定分割点云与构件相匹配,否则判定不匹配。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的实时精确地图构建方法,其特征在于,所述初步BIM点云地图的搭建方法如下:根据施工设计图纸与构件加工图纸搭建整体建筑信息模型;
提取所述整体建筑信息模型的特征信息,并进行均匀采样,得到初步BIM点云地图。
3.根据权利要求2所述的基于BIM的实时精确地图构建方法,其特征在于,所述特征信息包括结构柱、承重墙、门、窗的尺寸信息和三维位置信息,以及彼此之间的空间关系信息。
4.根据权利要求1所述的基于BIM的实时精确地图构建方法,其特征在于,所述运输机器人上的激光雷达的初始帧点云与所述全局BIM点云地图的特征配准方法如下:S21.将所述全局BIM点云地图的非地面点云投影到地面点云上,得到平面地图,以所述平面地图的顶点为坐标原点,在所述平面地图上建立二维点云坐标系;
S22.对所述激光雷达的初始帧点云进行体素滤波处理,以所述运输机器人上的激光雷达中心为坐标原点、运输机器人的移动方向为X轴、运输机器人的重力反方向为Z轴,并根据右手准则确定Y轴,建立初始帧点云坐标系;
S23.获取所述初始帧点云坐标系的XY平面的边缘线,在所述边缘线上选取两点G1(xj,y j ) 和G 2 (x j + 1 ,y j + 1 ) ,计 算所 述 边 缘 线到 激 光 雷 达中 心 的 垂 距,其中,(xj,yj)是G1在初始帧点云坐标系上的X轴坐标和Y轴坐标,(xj+1,yj+1)是G2在初始帧点云坐标系上的X轴坐标和Y轴坐标;
S24.将所述边缘线在所述二维点云坐标系下进行全局匹配,根据垂距d确定所述激光雷达中心在所述二维点云坐标系上的坐标B(0 p0,q0),其中,p0是激光雷达中心在二维点云坐标系上的横坐标,q0是激光雷达中心在二维点云坐标系上的纵坐标;
S25.选取所述边缘线上的端点,将所述端点在所述初始帧点云坐标系上的X轴和Y轴坐标变换到所述二维点云坐标系上,计算出所述运输机器人的旋转角度θ,进而得到所述运输机器人的初始位姿,计算公式为: ,,其中,pm是端点在二维点云坐标系上的横坐标,qn是端
点在二维点云坐标系上的纵坐标,xm是端点在初始帧点云坐标系上的X轴坐标,yn是端点在初始帧点云坐标系上的Y轴坐标,R是旋转矩阵。
5.根据权利要求4所述的基于BIM的实时精确地图构建方法,其特征在于,所述初始帧点云坐标系下XY平面的边缘线获取方法如下:统计XY平面上的点云数量,通过点云数量设置alpha圆,根据alpha圆半径拾取XY平面上的边缘点;
判断边缘点与其前后的点的间距是否大于一个预设的间距值;
是则判定该边缘点为断点,将断点前后的聚集点云拟合成轮廓线,计算轮廓线之间的相交角度ω,提取相交角度ω等于90°的轮廓线;
判断提取的轮廓线的长度是否大于一个标准构件投影到XY平面的长度;
是则判定该轮廓线为边缘线。
6.根据权利要求1所述的基于BIM的实时精确地图构建方法,其特征在于,所述未完工构件的完工判断方法如下:获取所述激光雷达实时扫描的未完工构件的扫描点云,以及全局BIM点云地图中相同位置的构件BIM点云;
对比所述扫描点云和所述构件BIM点云是否一致;
是则判定未完工构件已经完工;
否则判定仍为未完工构件。
7.一种计算机终端,其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的基于BIM的实时精确地图构建方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时,实现如权利要求1至6中任意一项所述的基于BIM的实时精确地图构建方法的步骤。