[发明专利]一种BIM模型与三维地理场景的位置匹配方法

说明书

本发明公开了BIM模型与三维地理场景的位置匹配方法，包括应用BIM技术构建城建坐标系并获取各个BIM模型的坐标值，得到各个BIM模型距离城建坐标系原点的偏移值；将任意一个BIM模型作为基准BIM模型，根据在三维地理场景中项目所在的位置其对应的坐标值，导入基准BIM模型并获取初始位置和初始姿态；调整基准BIM模型以吻合三维地理场景的地表模型并得到当前位置和当前姿态，获得旋转角度和偏移量；根据各个BIM模型之间的相对位置；将基准BIM模型的城建坐标值作为的原点并将除基准BIM模型之外的各个BIM模型作为待匹配BIM模型，导入各个待匹配BIM模型；根据旋转角度和偏移量对各个待匹配BIM模型进行旋转和偏移，以实现待匹配BIM模型与三维地理场景的地表模型的自动匹配。

技术领域

本发明涉及三维地理信息技术领域，尤其是涉及一种BIM模型与三维地理场景的位置匹配方法。

背景技术

目前，由于隧道工程属于全过程隐蔽工程，其自身具有带状分布、跨度大、施工环境多变、与地形地质关系密切等独特的特点，需要综合利用GIS及BIM技术，一般通过GIS提供的专业空间查询分析能力及宏观地理环境基础深度挖掘BIM模型对室内精细场景的应用需求。

基于GIS技术，将DEM和影像图作为真实地形建模基础数据，建立WGS84地理坐标系(单位为：经纬度)下的“数字地球”三维地理场景，在三维地理场景的基础上叠加地质三维模型、盾构机三维模型、隧道及管片三维模型、周边管线及环境三维模型等不同类型的BIM模型数据，以形成工程施工从室外到室内、地上到地下的全要素三维场景，从而在真实地形环境下研究、分析施工情况，实现隧道工程三维可视化动态施工管理分析的应用。

其中，BIM模型数据往往是基于城市规划设计和工程测量的图纸进行建模获得的。在我国许多城市规划设计和工程测量中，若直接采用国家坐标系下的高斯平面直角坐标，则会由于远离中央子午线或测区平均高程较大而导致长度投影变形较大，从而难以满足工程上或使用上的精度要求。因此，在许多工程建设中，常常会采用适合本地区的城建坐标系统(城建坐标多采用三度带的高斯-克吕格投影，单位为：米)，那么收集到的工程建模数据、设计资料及周边市政管线的相关资料和数据采用的也是该坐标系。

但是，正是由于“数字地球”三维地理场景与支撑应用的数据采用的坐标系统不统一，WGS84地理坐标系(单位为：经纬度)下的“数字地球”三维地理场景就无法直接将城建坐标系统下的BIM模型数据展示到该工程对应的真实地理位置上。这样一来，就需要解决坐标系统不统一的问题。

在解决坐标系统不统一的问题中，因城建坐标系统(高斯平面直角坐标系)转换到WGS-84的大地坐标，属于不同椭球体间的转换，其中的转换是不严密的。现有的常用变换方法有“七参数、三参数”法，而其中比较严密的方法是采用七参数的相似变换法，X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。为了得七参数，至少需要两种坐标系下3个控制点的坐标值，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，则可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K为0，因此三参数只是七参数的一种特例。

现有技术中，通常有些相关单位只能提供几个控制点的两系坐标，而无法提供转换公式，也有些单位在没有控制点的情况下，对于不同椭球体间的转换，要么从测绘部门直接获得七参数，要么利用专业测量工具获得需要的控制点的坐标值再进行七参数计算。实际上，不同椭球体间坐标系之间的换算关系一般是保密的。由于无法获取独立坐标系的椭球、投影等相关参数，将无法解决不同椭球体间的转换，势必会给工程的信息化开展带来一定的不便。

发明内容

本发明提供了一种BIM模型与三维地理场景的位置匹配方法，以解决现有的建筑模型与三维地理场景坐标系不统一、无法获取建筑模型坐标系详情的技术问题，本发明能够在没有专业控制点数据、无须向测绘部门申请七参数等情况下，实现BIM模型与三维地理场景的位置匹配，不仅突破了BIM数据与三维地理场景模型数据的位置匹配对接技术，而且提高了工程信息化开展的便捷性。