基于几何拓扑约束的结构CAD平面图解析方法及装置

本发明涉及智能识别，特别涉及一种基于几何拓扑约束的结构cad平面图解析方法及装置。

背景技术：

1、在建筑工程领域，cad 结构平面图是设计、施工、造价核算等工作的重要依据。为摆脱人工识图效率低、误差大的弊端，行业内逐步开展 cad 图纸智能解析技术研究，旨在自动提取图纸中的结构构件信息，推动建筑工程全流程数字化。

2、相关技术中，主要包括基于图层与图元样式筛选、基于局部几何特征判别、基于深度学习模型识别三种类型，可在图纸规范、版面单一的条件下完成基础的构件识别工作。

3、然而，相关技术的各类识别方法对制图规范、图纸版式要求严苛，无法适配不同单位差异化的绘图习惯；缺少轴网、梁柱之间的几何拓扑约束，面对构件形态多样、线条遮挡、多平面图混排等复杂场景，识别准确率与完整性不足；同时识别结果仅为零散图元信息，不能生成包含构件连接关系、尺寸及钢筋参数的结构化可计算数据，无法直接服务于结构建模、工程量统计等后续工作，应用局限性较大，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于几何拓扑约束的结构cad平面图解析方法及装置，以解决图纸解析受绘图习惯、图层规则限制，复杂图纸识别效果差的问题，提升结构平面图解析的适应性与效率。

2、为达到上述目的，本发明第一方面实施例提供一种基于几何拓扑约束的结构cad平面图解析方法，包括以下步骤：获取原始cad图数据；根据所述原始cad图数据确定待识别结构平面图，并基于轴号与轴线的空间对应关系以及轴网拓扑关系对所述待识别结构平面图进行约束分析得到轴网识别结果，并根据所述轴网识别结果确定单张平面图有效范围；根据所述单张平面图有效范围和所述轴网识别结果，基于轴网交点位置先验得到柱识别结果梁识别结果，并基于所述单张平面图有效范围、所述柱识别结果和所述梁识别结果得到结构cad平面图解析结果。

3、进一步地，在一些实施例中，所述根据所述原始cad图数据确定待识别结构平面图，包括：对所述原始cad图数据进行标准化处理，得到标准化cad图元集合；识别所述标准化cad图元集合中的图框区域和构件属性信息，并对所述图框区域进行区域判别得到结构平面图区域判别结果；根据所述结构平面图区域判别结果确定所述待识别结构平面图。

4、进一步地，在一些实施例中，所述对所述原始cad图数据进行标准化处理，得到标准化cad图元集合，包括：获取所述原始cad图数据中的原始图元数据；对所述原始图元数据中的所有块参照进行展开，得到块虚拟展开结果，根据所述块虚拟展开结果对所述原始图元数据的块内部实体进行坐标对齐，得到标准化cad图元集合。

5、进一步地，在一些实施例中，所述识别所述标准化cad图元集合中的图框区域和构件属性信息，并对所述图框区域进行区域判别得到结构平面图区域判别结果，包括：基于所述标准化cad图元集合确定每个标准化cad图元数据的候选图框空间边界；根据预设的图元包含关系，将所述每个标准化cad图元数据划分至对应的目标图框区域；将满足预设平面图特征的所述目标图框区域作为有效结构平面图区域，并将不满足所述预设平面图特征的所述目标图框区域删除，得到所述结构平面图区域判别结果。

6、进一步地，在一些实施例中，所述根据对所述待识别结构平面图进行约束分析得到轴网识别结果，包括：获取所述待识别结构平面图中的所有候选圆形图元和候选线性图元；判断每个所述候选圆形图元内是否存在符合预设轴号规则的文本内容，若不存在所述符合预设轴号规则的文本内容，则跳过所述候选圆形图元，否则基于所述候选圆形图元和所述候选圆形图元对应的文本内容生成轴号对象；将满足预设合并规则的所述候选线性图元进行合并，生成候选长线，确定每个所述轴号对象与每个所述候选长线的空间对应关系，将满足预设的轴号对象对应条件的所述候选长线作为所述轴号对象对应的轴线；基于所述轴号对象和所述轴号对象对应的轴线得到轴网识别结果。

7、进一步地，在一些实施例中，所述根据所述轴网识别结果确定单张平面图有效范围，包括：基于所述轴网识别结果构建轴网拓扑图，并计算轴网拓扑图的连通分量，得到连通分量计算结果，根据所述连通分量计算结果生成多个轴网单元；获取每个所述轴网单元中所有轴号对象的圆心坐标，根据所述轴号对象的圆心坐标生成每个所述轴号对象对应的最小包络区域；根据预设的扩展距离对所述最小包络区域扩充，得到单张平面图有效范围。

8、进一步地，在一些实施例中，所述根据所述单张平面图有效范围得到柱识别结果和梁识别结果，包括：根据所述单张平面图有效范围计算得到轴网交点坐标；确定所述轴网交点坐标预设范围内的多个初始柱候选图元，将满足预设柱识别约束的柱候选图元作为目标柱候选图元，根据所述目标柱候选图元得到所述柱识别结果；获取所述单张平面图有效范围内排除图框线、轴线、轴号图元和已识别柱图元后的候选线性图元中的所有初始候选梁线，以所述柱识别结果中的柱对象为梁识别种子，在所述柱对象周围搜索成对平行候选线，结合方向一致性、线间距、投影重叠关系以及与柱边界的贴近、穿越或连接关系对所述初始候选梁线进行筛选，并基于梁线端点传播、共线延续、近旁平行支撑、缺失梁边补回和伪梁过滤得到所述梁识别结果。

9、进一步地，在一些实施例中，所述基于所述单张平面图有效范围、所述柱识别结果和所述梁识别结果得到结构cad平面图解析结果，包括：将所述柱识别结果中的每个柱对象分别映射为目标结构图节点；根据所述梁识别结果中的梁边线计算梁中心线，将梁中心线两端匹配至对应目标结构图节点，得到目标结构图边；基于所述单张平面图有效范围，识别梁编号、梁截面尺寸和钢筋标注文本，并根据文本包围框与梁中心线之间的距离、文本在梁方向上的投影位置、文本与梁边缓冲区的空间归属关系以及梁编号一致性，将所述梁编号、梁宽、梁高和钢筋信息匹配至对应的目标结构图边，并将柱编号和柱尺寸信息将所述梁编号、梁宽、梁高和钢筋信息匹配至对应的目标结构图边，并将柱编号和柱尺寸信息匹配至对应的目标结构图节点；根据所述目标结构图节点、所述目标结构图边和所述单张平面图有效范围得到所述结构cad平面图解析结果。

10、根据本发明实施例提供的结构cad平面图解析方法，首先读取原始 cad 图数据并从中确定待识别的结构平面图，通过轴号与轴线空间对应关系、轴网拓扑关系获取轴网信息并据此确定单张平面图的有效识别区域，接着在划定的区域内基于轴网交点位置先验识别柱构件，并以柱构件为种子结合梁柱连接关系和梁线传播约束识别梁构件，综合平面范围、梁柱识别信息和构件属性信息后，最终得到结构cad平面图的完整解析结果，解决了图纸解析受绘图习惯、图层规则限制，复杂图纸识别效果差的问题，提升了结构平面图解析的适应性与效率。

11、为达到上述目的，本发明第二方面实施例提供一种基于几何拓扑约束的结构cad平面图解析装置，包括：获取模块，用于获取原始cad图数据；确定模块，用于根据所述原始cad图数据确定待识别结构平面图，并基于轴号与轴线的空间对应关系以及轴网拓扑关系对所述待识别结构平面图进行约束分析得到轴网识别结果，并根据所述轴网识别结果确定单张平面图有效范围；解析模块，用于根据所述单张平面图有效范围和所述轴网识别结果，基于轴网交点位置先验得到柱识别结果，并以所述柱识别结果中的柱对象为梁识别种子，结合成对平行梁边线、梁柱连接关系、梁线端点传播、共线延续、缺失梁边补回和伪梁过滤约束得到梁识别结果，并基于所述单张平面图有效范围、所述柱识别结果和所述梁识别结果得到结构cad平面图解析结果。

12、进一步地，在一些实施例中，所述确定模块，具体用于：对所述原始cad图数据进行标准化处理，得到标准化cad图元集合；识别所述标准化cad图元集合中的图框区域和构件属性信息，并对所述图框区域进行区域判别得到结构平面图区域判别结果；根据所述结构平面图区域判别结果确定所述待识别结构平面图。

13、进一步地，在一些实施例中，所述确定模块，还用于：获取所述原始cad图数据中的原始图元数据；对所述原始图元数据中的所有块参照进行展开，得到块虚拟展开结果，根据所述块虚拟展开结果对所述原始图元数据的块内部实体进行坐标对齐，得到标准化cad图元集合。

14、进一步地，在一些实施例中，所述确定模块，还用于：基于所述标准化cad图元集合确定每个标准化cad图元数据的候选图框空间边界；根据预设的图元包含关系，将所述每个标准化cad图元数据划分至对应的目标图框区域；将满足所述预设平面图特征的所述目标图框区域作为有效结构平面图区域，并将不满足所述预设平面图特征的所述目标图框区域删除，得到所述结构平面图区域判别结果。

15、进一步地，在一些实施例中，所述确定模块，还用于：获取所述待识别结构平面图中的所有候选圆形图元和候选线性图元；判断每个所述候选圆形图元内是否存在符合预设轴号规则的文本内容，若不存在所述符合预设轴号规则的文本内容，则跳过所述候选圆形图元，否则基于所述候选圆形图元和所述候选圆形图元对应的文本内容生成轴号对象；将满足预设合并规则的所述候选线性图元进行合并，生成候选长线，确定每个所述轴号对象与每个所述候选长线的空间对应关系，将满足预设的轴号对象对应条件的所述候选长线作为所述轴号对象对应的轴线；基于所述轴号对象和所述轴号对象对应的轴线得到轴网识别结果。

16、进一步地，在一些实施例中，所述确定模块，还用于：基于所述轴网识别结果构建轴网拓扑图，并计算轴网拓扑图的连通分量，得到连通分量计算结果，根据所述连通分量计算结果生成多个轴网单元；获取每个所述轴网单元中所有轴号对象的圆心坐标，根据所述轴号对象的圆心坐标生成每个所述轴号对象对应的最小包络区域；根据预设的扩展距离对所述最小包络区域扩充，得到单张平面图有效范围。

17、进一步地，在一些实施例中，所述解析模块，具体用于：根据所述单张平面图有效范围计算得到轴网交点坐标；确定所述轴网交点坐标预设范围内的多个初始柱候选图元，将满足预设柱识别约束的柱候选图元作为目标柱候选图元，根据所述目标柱候选图元得到所述柱识别结果；获取所述单张平面图有效范围内排除图框线、轴线、轴号图元和已识别柱图元后的候选线性图元中的所有初始候选梁线，以所述柱识别结果中的柱对象为梁识别种子，在所述柱对象周围搜索成对平行候选线，结合方向一致性、线间距、投影重叠关系以及与柱边界的贴近、穿越或连接关系对所述初始候选梁线进行筛选，并基于梁线端点传播、共线延续、近旁平行支撑、缺失梁边补回和伪梁过滤得到所述梁识别结果。

18、进一步地，在一些实施例中，所述解析模块，还用于：将所述柱识别结果中的每个柱对象分别映射为目标结构图节点；根据所述梁识别结果中的梁边线计算梁中心线，将梁中心线两端匹配至对应目标结构图节点，得到目标结构图边； 基于所述单张平面图有效范围，识别梁编号、梁截面尺寸和钢筋标注文本，并根据文本包围框与梁中心线之间的距离、文本在梁方向上的投影位置、文本与梁边缓冲区的空间归属关系以及梁编号一致性，将所述梁编号、梁宽、梁高和钢筋信息匹配至对应的目标结构图边，并将柱编号和柱尺寸信息匹配至对应的目标结构图节点；根据所述目标结构图节点、所述目标结构图边和所述单张平面图有效范围得到所述结构cad平面图解析结果。

19、根据本发明实施例提供的基于几何拓扑约束的结构cad平面图解析装置，首先读取原始 cad 图数据并从中确定待识别的结构平面图，通过轴号与轴线空间对应关系、轴网拓扑关系获取轴网信息并据此确定单张平面图的有效识别区域，接着在划定的区域内基于轴网交点位置先验识别柱构件，并以柱构件为种子结合梁柱连接关系和梁线传播约束识别梁构件，综合平面范围、梁柱识别信息和构件属性信息后，最终得到结构cad平面图的完整解析结果，解决了图纸解析受绘图习惯、图层规则限制，复杂图纸识别效果差的问题，提升了结构平面图解析的适应性与效率。

20、为达到上述目的，本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器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，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于几何拓扑约束的结构cad平面图解析方法。

21、由此，本发明具有以下有益效果：

22、（1）本发明基于cad原始图元的几何形态、文本特征、空间位置关系和结构拓扑约束进行识别，降低对cad制图规范的依赖，减少因图层命名不规范、颜色设置不一致或线型混用导致的识别失效问题，提高不同图纸来源下的适应性。

23、（2）本发明利用轴网拓扑关系区分不同平面图，减少人工框选范围的工作量，并降低多个平面图误合并或构件归属错误的风险，提高复杂cad图纸中结构平面图自动定位和拆分能力。

24、（3）本发明以已识别柱构件为种子，结合成对平行梁边线、梁柱连接关系、梁线端点传播、共线延续、近旁平行支撑和缺失梁边补回等约束形成梁线网络，提高梁构件识别的完整性并减少非梁线干扰。

25、（4）本发明将识别得到的柱构件转化为结构图节点，将梁构件转化为结构图边，形成结构图数据，即将离散的数据转化成具有梁柱构件语义及连接关系的可计算数据，便于结构建模、构件校核和工程量计算。