虚拟定位板及应用该虚拟定位板的建物检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种虚拟定位板，包括一几何形状、预定厚度的板体，该虚拟定位板具有一第一表面及相异于该第一表面的第二表面；该第一表面具有一第一定标，该第二表面具有一第二定标；该虚拟定位板被设置在三维激光扫描系统中布排于建物或其外围的基准点；各个测站以三维激光扫描仪对建物以及该基准点的虚拟定位板进行扫描，以获取各测站关于该建物和该基准点的虚拟定位板的点云数据；一软件接收及计算该建物和该基准点的虚拟定位板的点云数据，并解读各个点云的三维坐标，并以该虚拟定位板的中心位置坐标作为套叠各测站的建物点云数据的特征点，以构成该建物的三维点云图像及数据。
【专利说明】
虚拟定位板及应用该虚拟定位板的建物检测方法
技术领域
[0001]本发明是一种应用于三维激光扫描系统中布排于建物或其外围基准点的虚拟定位板。
【背景技术】
[0002]物体的数字立体成像可采用三维激光扫描系统完成。三维激光扫描仪取得物体各面的点云数据，后端软件将该点云数据建构成该物体的数字立体影像。依据物体的属性不同，选用不同的三维激光扫描仪及软件。关于建物(建筑、古迹、遗址、考古场址)等大型空间实物的数字立体成像需采用三维激光扫描系统中的地载光达(LiDAR)达成。因地载光达本身的条件限制以及因建物实体空间过大、过于复杂、部分建物实体被其它物遮蔽或外围环境因素等的影响，地载光达执行大型建物扫描时通常需要两个甚至两个以上的测站才能进行完整的扫描，测站的安置点分别位于建物外围的不同方位，软件取得各测站的点云数据后，需将各测站的点云数据拼接以整合出完整的360度点云图像，点云图像和数据可再通过其它辅助软件做许多不同的文件转换而做不同的应用。软件拼接各测站的点云数据时需要通过数个基准点才能准确对合，基准点是通过设置在建物本身或其外围的多个特征物所构成，三维扫描仪于各测站扫描建物的同时也一并将基准点扫描进来。
[0003]基准点设立的困难之一在于其布排位置，但这个困难可以通过训练有素的专业人员在现场探勘后获得解决。
[0004]基准点设立的困难之二在于设置特征物时不能损害到建物本身或其外围，换言之，特征物不能以外力手段(例如钉固、锁固…)将其“固定”在基准点；特别是建物本身属于古迹、遗址、考古场址等，以外力将特征物固定于基准点势必使得建物遭到二次破坏；除此之外，某些建物(例如桥梁、桥墩、隧道…)的结构学极为精密，若以外力手段于基准点设置特征物，可能损及建物的支承力、力平衡、荷重、剪力、弯度等。
[0005]基准点设立的困难之三在于，建物监测若需在不同时间分别进行第一次、第二次、第三次等的三维激光扫描及点云数据建立时(例如桥梁裂缝监测…)，每一次的基准点必需是相同的，如此才能通过软件重建计算出建物的变量；然而若不能以外力手段固定特征物，或者是不能以外力手段于地面或物面留下记录痕迹将第一次的基准点保存下来，那么第二次、第三次扫描时如何使第一次设立的基准点重现？
【发明内容】
[0006]本发明提供一种虚拟定位板，该虚拟定位板可以解决上述困难点二与三。
[0007]本发明提供的虚拟定位板包括一几何形状、预定厚度的板体，该虚拟定位板具有相异的第一表面和第二表面；该第一表面具有多个色块，该色块由能够被三维激光扫描仪扫描的涂料涂布所构成；该多个色块构成通过该虚拟定位板的中心点的一第一基准线和一第二基准线，该第一基准线和第二基准线直角相交于该虚拟定位板的中心点。该第一表面还包含以该中心点为圆心的一第一心圆，该第一心圆以及通过其内的第一基准线和第二基准线形成该第一表面的第一定标；该第二表面具有两个色块，该色块由能够被三维激光扫描仪扫描的涂料涂布所构成，该两个色块于该第二表面形成一以该虚拟定位板的中心点为圆心的第二心圆，该第二心圆的中心点具有一十字丝线标，该第二心圆以及该十字丝线标构成该第二表面的第二定标。
[0008]更进一步的，该第一心圆和第二心圆为透明区域。
[0009]更进一步的，该虚拟定位板的材质包含但不限于塑料、金属。该虚拟定位板的厚度包含但不限于Imm?4mm。该虚拟定位板的轮廓形状可为矩形、圆形、或各式几何形状。该虚拟定位板的轮廓尺寸可依实际需要决定。
[0010]更进一步的，该第一表面的色块包括至少两个第一色块以及至少两个第二色块；该第一色块和该第二色块交错布置于该第一表面，该第一色块可为浅色系或白色系，该第二色块的色系为该第一色块的对比色系。
[0011]更进一步的，该第一表面的色块的形状为矩形，数量为四个。各个色块的形状、面积相同。
[0012]更进一步的，该第二心圆的颜色为浅色系或白色系，其周围的色系为该第二心圆的对比色系，用以突显该第二心圆。
[0013]更进一步的，该涂料为尚反射率涂料。
[0014]本发明还提供了一种应用该虚拟定位板的建物检测方法，包括以下步骤:
[0015]对一建物进行现场勘察，以确认三维激光扫描仪应设的测站位置和测站数目；
[0016]依据各个测站位置及三维激光扫描仪的扫描角度，于该建物及/或该建物的外围设定多个扫描基准点；
[0017]于该每个扫描基准点水平放置或直立放置一该虚拟定位板；
[0018]每个测站以该三维激光扫描仪对建物以及该基准点的虚拟定位板进行扫描，以获取各测站关于该建物和该基准点的虚拟定位板的点云数据；
[0019]—软件接收及计算该建物和该基准点的虚拟定位板的点云数据，并解读各个点云的三维坐标，该软件能够通过该虚拟定位板的第一表面及第一定标，或第二表面及第二定标的点云数据计算取得该基准点的中心位置坐标，并以该中心位置坐标做为套叠各测站的建物点云数据的特征点，以构成该建物的三维点云图像及数据。
[0020]以本发明提供的虚拟定位板设立基准点的方式之一为利用该虚拟定位板的第一表面的第一基准线和一第二基准线分别直线对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点，据此，该虚拟定位板第一表面的第一定标的所在位置即为基准点。
[0021]本发明提供的虚拟定位板设立基准点的方式之二为利用该虚拟定位板的第二表面的十字丝线标的X轴和Y轴分别线对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点，据此，该虚拟定位板第二表面的第二定标的所在位置即为基准点。
[0022]以本发明提供的虚拟定位板设立基准点的方式之三为利用该第一定标或第二定标的中心点以一预定的直线距离对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点。
[0023]记录本发明基准点的方法包括以数字相机拍摄及记录该虚拟定位板的第一定标或第二定标与标的参考点的位置、距离等对应关系，将基准点的位置记录保存下来。
[0024]本发明具有以下功效:
[0025]所述虚拟定位板以第一表面朝上的方式水平摆置于上述基准点，供三维激光扫描仪扫描。
[0026]所述虚拟定位板以第一表面朝向该测站的方式垂直设置于上述基准点。
[0027]所述虚拟定位板以第二表面贴附于该建物表面的基准点，该第一表面供三维激光扫描仪扫描。
[0028]所述虚拟定位板以第一表面贴附于该建物表面的基准点，该第二表面供三维激光扫描仪扫描。
[0029]虚拟定位板可摆置、通过支撑物直立或黏贴于基准点，对于基准点的表面不做任何结构性的破坏，避免古迹、遗址、考古场址之类的建物因三维扫描而遭到二次破坏。
[0030]基准点的记录不必经由外力手段于地面或物面留下记录痕迹，而是通过拍照记录的方式将第一次基准点的位置保存下来。完成三维激光扫描后，可将虚拟定位板撤离基准点。若需于不同时段进行第二次、第三次等的三维激光扫描及点云数据建立时，可参考第一次基准点的拍照记录，基准点的位置即可重现，将虚拟定位板可再准确的摆置于基准点。
[0031]三维激光扫描仪获取各测站的建物以及基准点的虚拟定位板的点云数据，后端软件可通过该虚拟定位板第一表面及第一定标或第二表面及第二定标的结构特征的点云数据迅速计算取得该基准点的中心位置坐标，并以该中心位置坐标作为套叠各测站的建物点云数据的特征点。
[0032]本发明提供的虚拟定位板可视扫描基准点的环境状况选择以第一表面作为扫描面或第二表面作为扫描面。因此，本发明提供的虚拟定位板可适合各式大型空间或复杂建物的各基准点布排。
[0033]本发明提供的虚拟定位板为板形结构体，因此携带方便，基准点布排采取水平摆放、支撑物支撑而直立、或黏贴于建物表面，容易操作实施。
[0034]不论虚拟定位板以何种角度设置，由三维激光扫描仪所取得的点云数据都可通过该第一定标和第二定标取得中心点的点云坐标。
【附图说明】
[0035]图1为本发明虚拟定位板的正面图；
[0036]图2为本发明虚拟定位板的背面图；
[0037]图3为本发明虚拟定位板布排于大型建物的各测站外围的示意图；
[0038]附图标记说明:1_建物；31_色块；2_测站；32_色块；3_基准点；33_第二心圆；10-虚拟定位板；34_十字丝线标；12-中心点；36_第二定标；20_第一表面；21_第一色块；22-第二色块；23_第一基准线；24_第二基准线；25_第一心圆；26_第一定标；30_第二表面。
【具体实施方式】
[0039]为便于说明本发明于上述
【发明内容】
一栏中所表示的中心思想，兹以具体实施例表达。实施例中各种不同对象按适于说明的比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际元件的比例予以绘制，合先叙明。
[0040]如图1、图2所示，本发明提供的虚拟定位板10为一几何形状、具有预定厚度的板体，该虚拟定位板10具有相异的一第一表面20和一第二表面30。该虚拟定位板10的材质包含但不限于塑料、金属或复合材料。该虚拟定位板10的厚度包含但不限于Imm?4_。该虚拟定位板10的轮廓形状可为矩形、圆形、或各式几何形状。该虚拟定位板10的轮廓尺寸可依实际需要决定。
[0041]该第一表面20具有多个色块，该色块是由能够被三维激光扫描仪扫描的高反射率涂料涂布所构成；该多个色块构成通过该虚拟定位板10的中心点12的一第一基准线23和一第二基准线24，该第一基准线23和第二基准线24直角相交于该虚拟定位板10的中心点12。该第一表面20还包含以该中心点12为圆心的一第一心圆25，该第一心圆25以及通过其内的第一基准线23和第二基准线24形成该第一表面20的第一定标26。在实施例中，该第一表面20的色块包括至少两个第一色块21以及至少两个第二色块22 ;每一色块21，22的形状为矩形，每一色块21，22占据该第一表面20的四分之一面积。该第一色块21和该第二色块22交错布置于该第一表面20，该第一色块21可为浅色系或白色系，该第二色块22的色系为该第一色块的对比色系，所述的第一基准线23和第二基准线24是由该第二色块22的边相连构成。该第一心圆25为一透明区块，为突显该第一定标26中的第一基准线23、第二基准线24和中心点12。
[0042]该第二表面30具有两个色块31，32，该色块31，32是由能够被三维激光扫描仪扫描的高反射率涂料涂布所构成，该两个色块31，32于该第二表面30形成一以该虚拟定位板10的中心点12为圆心的第二心圆33，该第二心圆33的中心点具有一^h字丝线标34，该第二心圆33以及该十字丝线标34构成该第二表面30的第二定标36。该第二心圆33为一透明区块，用以突显该十字丝线标34。上述第一心圆25和第二心圆25为相同半径的圆。
[0043]本发明提供的虚拟定位板是与现有的地载光达(三维激光扫描仪及软件)配合进行大型空间、大型体积、或复杂形状的建物进行三维激光扫描以获取点云数据，基于地载光达本身的条件限制以及因待测物实体或空间过大、过于复杂、部分实体被其它物遮蔽或外围环境因素等的影响，地载光达执行这一类的扫描时通常需要两个甚至两个以上的测站才能进行完整的扫描，如图3所示，多个测站2的安置点分别位于建物I外围的不同方位，而每一测站的地载光达扫描范围中必需包含多个(至少三个)基准点3，该基准点3包括建物的表面及/或建物的外围，各测站2和各个基准点3的位置和布排是经由专业人员现场探堪后依实际状况而决定。
[0044]本发明提供的虚拟定位板10被设置于该基准点3，所述虚拟定位板10以第一表面20朝上的方式水平摆置于上述基准点，供三维激光扫描仪扫描。该虚拟定位板10亦得以第一表面20朝向该测站的方式垂直设置于上述基准点。所述虚拟定位板10以第二表面30贴附于该建物表面的基准点，该第一表面20供三维激光扫描仪扫描。所述虚拟定位板10以第一表面20贴附于该建物表面的基准点，该第二表面30供三维激光扫描仪扫描。该虚拟定位板可水平摆置、通过支撑物直立或黏贴于基准点，对于基准点的表面不做任何结构性的破坏。
[0045]以该虚拟定位板10设立基准点的方式之一为利用该虚拟定位板的第一表面20的第一基准线23和一第二基准线24分别直线对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点(例如:建物的边、建物的角、或其它可作为参考的具体物)，据此，该虚拟定位板第一表面20的第一定标26的所在位置即为基准点。
[0046]以本发明提供的虚拟定位板设立基准点的方式之二为利用该虚拟定位板的第二表面30的十字丝线标34的X轴和Y轴分别线对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点(例如:建物的边、建物的角、或其它可作为参考的具体物)，据此，该虚拟定位板第二表面30的第二定标36的所在位置即为基准点。
[0047]以本发明提供的虚拟定位板设立基准点的方式之三为利用该第一定标26或第二定标36的中心点以一预定的直线距离对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点(例如:建物的边、建物的角、或其它可作为参考的具体物)。
[0048]除上述方法之外，任何其它可行的方式都可以按实地状况实现基准点的设立。
[0049]各测站的地载光达扫描建物以及所包含的基准点的虚拟定位板10，从而获取各测站的建物和虚拟定位板10的点云数据，后端软件可通过该虚拟定位板10的第一表面20及第一定标26或第二表面30及第二定标36的结构特征的点云数据迅速计算取得该基准点的中心位置坐标，并以该中心位置坐标作为套叠各测站的建物点云数据的特征点。
[0050]综上所述，应用该虚拟定位板10的建物检测方法，包括以下步骤:
[0051]对一建物进行现场勘察，以确认三维激光扫描仪应设的测站位置和测站数目；依据各个测站位置及三维激光扫描仪的扫描角度，于该建物及/或该建物的外围设立多个扫描基准点；于该每个扫描基准点水平设置或直立设置一该虚拟定位板；每个测站以该三维激光扫描仪对建物以及该基准点进行扫描，以获取各测站关于该建物和该基准点的点云数据；一软件接收及计算该建物和该基准点的点云数据，并解读各个点云的三维坐标，以该基准点的中心叠套各测站的该建物的点云数据，以构成该建物的三维点云图像及数据。
[0052]完成三维激光扫描之后，可将各基准点的虚拟定位板10撤走。然而，在撤走之前，若考虑日后仍需进行第二次、第三次等的三维激光扫描，且需使用相同基准点时，应将第一次所布排的所有基准点记录下来。
[0053]记录本发明基准点的方法，包括以数字相机拍摄及记录该虚拟定位板10的第一定标26或第二定标36与标的参考点的位置、距离等对应关系，将基准点的位置记录保存下来。基准点的记录不必经由外力手段于地面或物面留下记录痕迹，而是通过拍照记录的方式将第一次基准点的位置保存下来，日后进行第二次、第三次等的三维激光扫描及点云数据建立时，可参考第一次基准点的拍照记录，基准点的位置即可重现，将虚拟定位板再准确的摆置于基准点即可。
【主权项】
1.一种虚拟定位板，该虚拟定位板应用于三维激光扫描系统中布排于建物或其外围基准点，其特征在于: 该虚拟定位板包括一几何形状、预定厚度的板体，该虚拟定位板具有一第一表面；该第一表面具有多个色块，该色块由能够被三维激光扫描仪扫描的涂料涂布所构成；该多个色块构成通过该虚拟定位板的中心点的一第一基准线和一第二基准线，该第一基准线和第二基准线直角相交于该虚拟定位板的中心点；该第一表面还包含以该中心点为圆心的一第一心圆，该第一心圆以及通过其内的第一基准线和第二基准线形成该第一表面的第一定标； 该虚拟定位板还包括一相异于该第一表面的第二表面；该第二表面具有两个色块，该色块由能够被三维激光扫描仪扫描的涂料涂布所构成，该两个色块于该第二表面形成一以该虚拟定位板的中心点为圆心的第二心圆，该第二心圆的中心点具有一十字丝线标，该第二心圆以及该十字丝线标构成该第二表面的第二定标。2.根据权利要求1所述的虚拟定位板，其中，该第一表面的色块包括至少两个第一色块以及至少两个第二色块；该第一色块和该第二色块交错布置于该第一表面，该第一色块为浅色系或白色系，该第二色块的色系为该第一色块的对比色系。3.根据权利要求2所述的虚拟定位板，其中，所述的第一基准线和第二基准线由该第二色块的边相连构成。4.根据权利要求1所述的虚拟定位板，其中，该第一心圆、该第二心圆均为透明区块。5.一种应用权利要求1所述的虚拟定位板的建物检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，对一建物进行现场勘察，以确认三维激光扫描仪应设的测站位置和测站数目； 步骤二，依据各个测站位置及三维激光扫描仪的扫描角度，于该建物及/或该建物的外围设立多个扫描基准点； 步骤三，于该每个扫描基准点水平设置或直立设置一该虚拟定位板； 步骤四，每个测站以该三维激光扫描仪对建物以及该基准点的虚拟定位板进行扫描，以获取各测站关于该建物和该基准点的虚拟定位板的点云数据；以及 步骤五，一软件接收及计算该建物和该基准点的虚拟定位板的点云数据，并解读各个点云的三维坐标，该软件能够通过该虚拟定位板的第一表面及第一定标，或第二表面及第二定标的点云数据计算取得该基准点的中心位置坐标，并以该中心位置坐标作为套叠各测站的建物点云数据的特征点，以构成该建物的三维点云图像及数据。6.根据权利要求5所述的检测方法，其中，步骤三，该虚拟定位板的第一表面的第一基准线和一第二基准线分别直线对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点，该虚拟定位板的第一定标的中心点所在位置为该基准点。7.根据权利要求5所述的检测方法，其中，步骤三，该虚拟定位板的第二表面的十字丝线标的X轴和Y轴分别线对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点，据此，该虚拟定位板的十字丝线标的中心点所在位置为该基准点。8.根据权利要求5所述的检测方法，其中，步骤三，以该虚拟定位板的第一定标或第二定标的中心点以一预定的直线距离对应一具体的、位置固定不变动的标的参考点。9.根据权利要求6至8任一项所述的检测方法，其还包含一通过数字相机拍摄该虚拟定位板与该标的参考点，据以记录和保存该基准点位置。
【文档编号】G01B11/00GK105987666SQ201510097871
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月5日
【发明人】贾志强, 姚良居, 黄国轩, 叶羿伶, 林明洁
【申请人】力弘科技股份有限公司