一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法及系统
技术领域
1.本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法及系统。
背景技术：
2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着bim技术的不断进步，已经渗透到了多个技术领域。bim技术对建筑工程进行方案设计、进度跟踪和项目运营等均有着广泛的应用。尤其是在发电机组施工方面。由于发电机组设备的逐步完善，单机容量越来越大，其尺寸、重量和安装高度也在不断的增加，机组各部件的连接和安装过程变得越来越复杂，基于bim技术对发电机组的安装过程进行建模以便提高其安装效率的方案逐渐产生。
4.然而，发明人发现，现有技术在bim进行建模时不能对安装的设备结构和环境条件进行有效的结合，只能构建单一的设备模型或者环境模型。如只能构建发电机组所需部件的模型，而忽略了安装环境的空间大小，以及安装设备如吊装平台、行车等的环境条件，造成了模型仿真安装过程与实际安装情况不符的现象，使得方案作废，在造成人力物力大量浪费的同时，设备之间的碰撞也会造成一定的安全隐患。另外，一些bim模型的建立过程中，只能根据片面的信息进行建模，不能充分挖掘图像信息中的数据用于模型的建立，导致所建模型准确度和信息丰富度不高。
技术实现要素：
5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法及系统，能够通过将发电机组的安装数据和施工环境数据分别建立模型，并将二者进行结合，全面展示发电机组施工现场的实际情况。还通过语义融合方法充分发掘数据信息，提高bim模型建立的精确程度。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：本发明第一方面提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法，包括以下步骤：获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案；对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
7.进一步的，发电机组现场施工数据类型包括影像数据、属性数据和坐标数据。
8.进一步的，发电机组安装数据转换为bim数据具体步骤为：
提取各发电机组安装数据的图像数据和属性数据；根据图像数据提取图像特征，根据属性数据提取文字特征；将图像特征与文字特征对齐；根据图像特征和文字特征按照语义规则进行匹配；按照匹配结果将图文特征进行语义融合，从而生成所需bim数据。
9.更进一步的，语义规则为根据现有转换语义方法及数据融合语义方法，结合发电机组安装相关规定、领域常识或历史安装经验总结得出。
10.进一步的，建立实景设备模型的具体过程为：对施工环境数据中的数据进行预处理；以发动机组组装初始位置为原点，建立三维坐标系；基于激光点云技术将预处理后的施工环境数据转换为坐标数据，结合周围环境的实际情况建立实景设备模型。
11.更进一步的，预处理步骤包括数据清洗和数据矢量化，从而获得剔除异常数据的矢量化数据。
12.进一步的，将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案具体步骤为：对机组设备模型进行重构；重构步骤为将整个机组设备模型进行拆解，分别存储几何信息和空间信息；对重构后的机组设备模型的几何信息进行转化；将转化后的机组设备模型和实景设备模型进行空间位置配准；将机组设备模型中的语义信息映射为实景设备模型中的语义信息。
13.更进一步的，空间配准的具体过程包括旋转参数和平移参数的确定，根据旋转参数和平移参数进行空间变换，从而实现空间位置配准。
14.更进一步的，根据属性数据对安装过程进行模拟，确定各结构的最优位置，排除设备之间相互碰撞隐患，从而实现对安装方案的优化，得到最优安装方案。
15.本发明第二方面提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装系统，包括：数据获取模块，被配置为获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；第一模型建立模块，被配置为采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；第二模型建立模块，被配置为通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；方案生成模块，被配置为将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案，对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
16.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本发明公开了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法，能够通过将发电机组的安装数据和施工环境数据分别基于bim技术和激光点云技术建立模型，并将二者进行结合，获得安装方案，全面展示发电机组施工现场的实际情况。还对安装方案进行了优化和调试，排除了施工现场设备之间相互碰撞的隐患，提高了方案的可行性，减少了返工的
可能。
17.本发明还通过语义融合方法充分发掘数据信息，提高bim模型建立的精确程度。在模型结合的过程中，利用模型重构保留了语义信息，克服了模型在结合过程中丢失语义信息的缺陷。
18.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1为本发明实施例一基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法的流程图。
具体实施方式
21.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；实施例一：本发明实施例一提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法，如图1所示，包括以下步骤：获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案；对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
23.本实施例以汽轮发电机组为例，发电机组安装数据包括汽机机头、汽轮发电机以及发电机等结构的位置数据和设备数据等，其中设备数据包括长度、重量、直径、重心、运输尺寸、厂商和构建代码等。施工环境数据包括汽机房转运层的空间环境数据和发电机组装所用机械结构数据，其机械结构包括吊装设备、行车等。
24.发电机组现场施工数据类型包括影像数据、属性数据和坐标数据。其中，属性数据为施工现场设备的结构属性，根据属性数据可以直观判断发电机组装过程中是否会发生设备碰撞等现象。坐标数据通过激光点云技术获得。
25.根据属性数据对安装过程进行模拟，确定各结构的最优位置，排除设备之间相互碰撞隐患，从而实现对安装方案的优化，得到最优安装方案。
26.作为进一步的技术方案，发电机组安装数据转换为bim数据具体步骤为：
提取各发电机组安装数据的图像数据和属性数据；根据图像数据提取图像特征，根据属性数据提取文字特征；将图像特征与文字特征对齐；根据图像特征和文字特征按照语义规则进行匹配；按照匹配结果将图文特征进行语义融合，从而生成所需bim数据。
27.语义规则为根据现有转换语义方法及数据融合语义方法，结合发电机组安装相关规定、领域常识或历史安装经验总结得出。
28.作为进一步的技术方案，建立机组设备模型具体过程为：根据bim数据建立对应的参数表，创建模型参数与参数表中的参数对应关系；根据参数对应关系构建机组设备模型。
29.作为进一步的技术方案，建立实景设备模型的具体过程为：对施工环境数据中的数据进行预处理；预处理步骤包括数据清洗和数据矢量化，从而获得剔除异常数据的矢量化数据；以发动机组组装初始位置为原点，建立三维坐标系；基于激光点云技术将预处理后的施工环境数据转换为坐标数据，结合周围环境的实际情况建立实景设备模型。
30.作为进一步的技术方案，将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案具体步骤为：1）对机组设备模型进行重构；由于bim模型中包含丰富的语义信息，直接进行信息转换会造成语义信息的丢失，因此需要对机组设备模型进行重构。重构步骤为，将整个机组设备模型进行拆解，分别存储几何信息和空间信息。
31.2）对重构后的机组设备模型的几何信息进行转化，可采用现有技术中的直接转换法或间接转换法将几何信息转换为与实景设备模型相同类型的形式。
32.3）将转化后的机组设备模型和实景设备模型进行空间位置配准。空间配准的具体过程包括旋转参数和平移参数的确定，根据旋转参数和平移参数进行空间变换，从而实现空间位置配准。
33.具体的，计算旋转参数的具体步骤为：设机组设备模型的坐标为，实景设备模型的坐标为，分别计算两组坐标的重心、，其中，为第i个同名点的三维坐标，i=1，2，3
……
n，为第j个同名点的三维坐标j=1，2，3
……
n，n为同名点总个数。
34.计算各坐标相对于每组重心的欧氏距离和：对上述欧氏距离进行搜索，获得满足一定距离阈值下的h对同名点的集合，作为有效同名点集m，，利用同名点集m求取旋转参数和平移参数。根据同名
点求取旋转参数和平移参数采用本领域现有方法，这里不再赘述。
35.4）将机组设备模型中的语义信息映射为实景设备模型中的语义信息。
36.实施例二：本发明实施例二提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装系统，包括：数据获取模块，被配置为获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；第一模型建立模块，被配置为采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；第二模型建立模块，被配置为通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；方案生成模块，被配置为将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案，对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
37.以上实施例二的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
38.本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
39.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
技术领域
1.本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法及系统。
背景技术：
2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着bim技术的不断进步，已经渗透到了多个技术领域。bim技术对建筑工程进行方案设计、进度跟踪和项目运营等均有着广泛的应用。尤其是在发电机组施工方面。由于发电机组设备的逐步完善，单机容量越来越大，其尺寸、重量和安装高度也在不断的增加，机组各部件的连接和安装过程变得越来越复杂，基于bim技术对发电机组的安装过程进行建模以便提高其安装效率的方案逐渐产生。
4.然而，发明人发现，现有技术在bim进行建模时不能对安装的设备结构和环境条件进行有效的结合，只能构建单一的设备模型或者环境模型。如只能构建发电机组所需部件的模型，而忽略了安装环境的空间大小，以及安装设备如吊装平台、行车等的环境条件，造成了模型仿真安装过程与实际安装情况不符的现象，使得方案作废，在造成人力物力大量浪费的同时，设备之间的碰撞也会造成一定的安全隐患。另外，一些bim模型的建立过程中，只能根据片面的信息进行建模，不能充分挖掘图像信息中的数据用于模型的建立，导致所建模型准确度和信息丰富度不高。
技术实现要素：
5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法及系统，能够通过将发电机组的安装数据和施工环境数据分别建立模型，并将二者进行结合，全面展示发电机组施工现场的实际情况。还通过语义融合方法充分发掘数据信息，提高bim模型建立的精确程度。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：本发明第一方面提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法，包括以下步骤：获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案；对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
7.进一步的，发电机组现场施工数据类型包括影像数据、属性数据和坐标数据。
8.进一步的，发电机组安装数据转换为bim数据具体步骤为：
提取各发电机组安装数据的图像数据和属性数据；根据图像数据提取图像特征，根据属性数据提取文字特征；将图像特征与文字特征对齐；根据图像特征和文字特征按照语义规则进行匹配；按照匹配结果将图文特征进行语义融合，从而生成所需bim数据。
9.更进一步的，语义规则为根据现有转换语义方法及数据融合语义方法，结合发电机组安装相关规定、领域常识或历史安装经验总结得出。
10.进一步的，建立实景设备模型的具体过程为：对施工环境数据中的数据进行预处理；以发动机组组装初始位置为原点，建立三维坐标系；基于激光点云技术将预处理后的施工环境数据转换为坐标数据，结合周围环境的实际情况建立实景设备模型。
11.更进一步的，预处理步骤包括数据清洗和数据矢量化，从而获得剔除异常数据的矢量化数据。
12.进一步的，将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案具体步骤为：对机组设备模型进行重构；重构步骤为将整个机组设备模型进行拆解，分别存储几何信息和空间信息；对重构后的机组设备模型的几何信息进行转化；将转化后的机组设备模型和实景设备模型进行空间位置配准；将机组设备模型中的语义信息映射为实景设备模型中的语义信息。
13.更进一步的，空间配准的具体过程包括旋转参数和平移参数的确定，根据旋转参数和平移参数进行空间变换，从而实现空间位置配准。
14.更进一步的，根据属性数据对安装过程进行模拟，确定各结构的最优位置，排除设备之间相互碰撞隐患，从而实现对安装方案的优化，得到最优安装方案。
15.本发明第二方面提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装系统，包括：数据获取模块，被配置为获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；第一模型建立模块，被配置为采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；第二模型建立模块，被配置为通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；方案生成模块，被配置为将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案，对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
16.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本发明公开了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法，能够通过将发电机组的安装数据和施工环境数据分别基于bim技术和激光点云技术建立模型，并将二者进行结合，获得安装方案，全面展示发电机组施工现场的实际情况。还对安装方案进行了优化和调试，排除了施工现场设备之间相互碰撞的隐患，提高了方案的可行性，减少了返工的
可能。
17.本发明还通过语义融合方法充分发掘数据信息，提高bim模型建立的精确程度。在模型结合的过程中，利用模型重构保留了语义信息，克服了模型在结合过程中丢失语义信息的缺陷。
18.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1为本发明实施例一基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法的流程图。
具体实施方式
21.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；实施例一：本发明实施例一提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装方法，如图1所示，包括以下步骤：获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案；对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
23.本实施例以汽轮发电机组为例，发电机组安装数据包括汽机机头、汽轮发电机以及发电机等结构的位置数据和设备数据等，其中设备数据包括长度、重量、直径、重心、运输尺寸、厂商和构建代码等。施工环境数据包括汽机房转运层的空间环境数据和发电机组装所用机械结构数据，其机械结构包括吊装设备、行车等。
24.发电机组现场施工数据类型包括影像数据、属性数据和坐标数据。其中，属性数据为施工现场设备的结构属性，根据属性数据可以直观判断发电机组装过程中是否会发生设备碰撞等现象。坐标数据通过激光点云技术获得。
25.根据属性数据对安装过程进行模拟，确定各结构的最优位置，排除设备之间相互碰撞隐患，从而实现对安装方案的优化，得到最优安装方案。
26.作为进一步的技术方案，发电机组安装数据转换为bim数据具体步骤为：
提取各发电机组安装数据的图像数据和属性数据；根据图像数据提取图像特征，根据属性数据提取文字特征；将图像特征与文字特征对齐；根据图像特征和文字特征按照语义规则进行匹配；按照匹配结果将图文特征进行语义融合，从而生成所需bim数据。
27.语义规则为根据现有转换语义方法及数据融合语义方法，结合发电机组安装相关规定、领域常识或历史安装经验总结得出。
28.作为进一步的技术方案，建立机组设备模型具体过程为：根据bim数据建立对应的参数表，创建模型参数与参数表中的参数对应关系；根据参数对应关系构建机组设备模型。
29.作为进一步的技术方案，建立实景设备模型的具体过程为：对施工环境数据中的数据进行预处理；预处理步骤包括数据清洗和数据矢量化，从而获得剔除异常数据的矢量化数据；以发动机组组装初始位置为原点，建立三维坐标系；基于激光点云技术将预处理后的施工环境数据转换为坐标数据，结合周围环境的实际情况建立实景设备模型。
30.作为进一步的技术方案，将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案具体步骤为：1）对机组设备模型进行重构；由于bim模型中包含丰富的语义信息，直接进行信息转换会造成语义信息的丢失，因此需要对机组设备模型进行重构。重构步骤为，将整个机组设备模型进行拆解，分别存储几何信息和空间信息。
31.2）对重构后的机组设备模型的几何信息进行转化，可采用现有技术中的直接转换法或间接转换法将几何信息转换为与实景设备模型相同类型的形式。
32.3）将转化后的机组设备模型和实景设备模型进行空间位置配准。空间配准的具体过程包括旋转参数和平移参数的确定，根据旋转参数和平移参数进行空间变换，从而实现空间位置配准。
33.具体的，计算旋转参数的具体步骤为：设机组设备模型的坐标为，实景设备模型的坐标为，分别计算两组坐标的重心、，其中，为第i个同名点的三维坐标，i=1，2，3
……
n，为第j个同名点的三维坐标j=1，2，3
……
n，n为同名点总个数。
34.计算各坐标相对于每组重心的欧氏距离和：对上述欧氏距离进行搜索，获得满足一定距离阈值下的h对同名点的集合，作为有效同名点集m，，利用同名点集m求取旋转参数和平移参数。根据同名
点求取旋转参数和平移参数采用本领域现有方法，这里不再赘述。
35.4）将机组设备模型中的语义信息映射为实景设备模型中的语义信息。
36.实施例二：本发明实施例二提供了一种基于bim技术和语义融合的发电机组安装系统，包括：数据获取模块，被配置为获取发电机组现场施工数据，将发电机组现场施工数据分为发电机组安装数据和施工环境数据，并输入数据库；第一模型建立模块，被配置为采用语义融合方法将发电机组安装数据转换为bim数据，并基于bim建模技术建立机组设备模型；第二模型建立模块，被配置为通过激光点云技术根据施工环境数据建立实景设备模型；方案生成模块，被配置为将机组设备模型与实景设备模型进行结合确定风力发电机组的安装方案，对安装方案进行优化，获取最优安装方案，并根据最优安装方案进行施工。
37.以上实施例二的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
38.本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
39.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
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