1.本发明涉及数字工厂领域，尤其涉及一种管路的逆向建模方法及装置。
背景技术：2.随着国家工业进程的推进，考虑到环保、低碳等因素，石油化工、电力等行业的新建工程逐渐放缓，对于在役工厂的维护以及延寿变得尤为重要。如何利用数字化的一些技术手段将存量资产数字化、结构化，以及提升企业产能、提高安全防护、降低风险成为大家关注的问题。但由于石油、化工、电力等流程工厂信息繁杂、管道数量庞大、维修改造频繁等因素，导致运行十几年之后的工厂产生大量在线、离线数据，且图纸、模型和现场实际情况多有出入。技术人员无法通过数据准确掌握现场情况，给大修以及技术改造造成很大困扰。因此基于厂区的真实情况，对全部工艺设备管道以及结构进行数字孪生建设，成为了在役工厂的一项重点工作也是难点工作。
3.对于工厂现有的管线，其由于较为复杂且相对缺乏已有的相关图纸，工程人员在后期对工厂管线的分析变得十分麻烦。同时由于老设备控制节点分散且结构复杂、位置众多，导致后期工程人员在针对管线上的控制节点的属性判定上出现困难，很难实现现有工厂的控制一体化建设，导致老厂区技术升级缓慢，生产效率难以提升。
4.针对现有管线的三维模型逆向建模，现行手段为，前期通过三维扫描获取大量关于现有管线空间信息的点云信息，然后在计算机中还原这些三维结构信息，由于扫描角度有限，以及一些遮挡的原因，产生的点云模型与真实的管道结构仍然有较大的差距。目前的手段是，人工在计算机上观察点云模型，然后基于经验判断其中属于管道的结构，并且在相应的点云模型上以手绘建模的方式描绘出相同尺寸特征的管道模型，点云模型相当于工作人员执行人工建模的参照对象，而非直接本身形成管道的模型，此种方式仍然是属于人工执行建模的工作，较为原始，需要大量的人力进行后期的建模工作，尤其是针对大体量的三维管道建模工程，将会造成效率严重缓慢，劳力支出巨大的问题。同时，对管道的三维建模还原后获取的模型，其通常仅为一个模型，除了能够被用于观察结构之外没有任何效果，需要人工在建模时基于对现有工厂管道的理解以及调研，手动为管道以及管道上的结构添加控制参数属性。基于上述描述，目前针对管道的三维逆向还原，不论是三维结构模型的还原工作还是针对管道控制参数的还原工作，均是由人工参照点云图像进行“临摹”式还原。上述工作人工参与度占比较高，使得整体工作人力劳动成本较大，在针对具有大量复杂结构和/或具有大量控制参数的管线结构三维逆向还原时，人工参与占比较大的问题将会造成十分严重的负面影响，严重拖慢工程进度、造成大量的劳动支出。
5.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
技术实现要素：6.针对现有技术之不足，本发明提供了一种管路的逆向建模方法，其用于对现有管道结构的复制和数字建模，获取关于现有实际管道的点云数据以形成点云数据库，基于点云数据逆向构建管道复原模型，其中，复原管道模型的同时，通过设备管口号索引到p&id，基于p&id逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构，并且将p&id属性附加至复原的三维管道模型，匹配相应的等级元件库。
7.优点是，首先实现了通过计算机自动对点云数据中管道类结构执行形状判断然后执行自动建模的功能，无需人工参与就可以实现对管道的结构还原、管道自由追踪、连续性监测、连接件识别及建模以及点云缺失自动恢复等功能。在此情况下，计算机能够自动产生管道的三维模型，而无需人工对点云模型进行二次加工，人员在获取由计算机自动识别并生成的管道模型之后，可以进一步进行人工校准、核对、修改以及划分管道结构单元的工作，相较于传统方法，大大减少了人工劳动在工程中的占比，整个管线三维逆向工程进一步实现自动化、智能化，大幅提升工程效率，减少人力劳动支出。
8.其次，在自动对管道结构进行追踪、三维逆向还原的同时，还基于智能p&id对三维管道模型的控制参数进行添加，使得原有的管道控制逻辑关系能够被结合至三维管道模型上，这些控制参数相较于单纯能够反映外形结构的模型，其还能够反映关于该管道的更加丰富的参数信息，例如管径、材质、用途、经过介质、流向、当前工作状态、控制结构型号、效能等等信息。
9.结合p&id管道结构以及控制节点的预储存元件库辅助现有工厂的管道三维还原建模，使得对控制节点不仅存在还原的三维模型，同时还能够生成关于该控制节点在p&id中的属性信息。使得能够直接在高精度还原的三维管线模型的基础上直接叠加p&id属性的控制逻辑，工程人员通过直接观察大而全的三维管线模型，获知整个工厂中的全部管线走向、属性、所属回路、作用等信息，并且基于附加的控制逻辑，通过直接点击控制节点模型即可直接连接至该控制节点实物的控制回路，在方便工程人员观察评估和控制所带来的影响的同时赋予能够直接从控制中心控制工厂中任意设备的能力。使得原本老工厂中各自分散、纷繁复杂的管线控制能够被集中至以被复原的三维模型为基础的附加管线逻辑控制系统上，实现了管理控制的集中，能够大幅度提升老工厂的生产效率。同时p&id中的某些预存参数能够在反过来辅助三维模型逆向构建的过程中实现数据上的可视化，例如，p&id中预存的管道尺寸、长宽、管径、壁厚等参数在仅以列表提供的情况下往往是不显著的、非直观的，但是当基于索引至p&id的三维逆向还原工程被执行以生成关于现有结构的三维模型时，p&id中的属性数据得以被用于对点云还原的逆向三维模型的形状的补充，且此种补充不仅是点云数据能够“看见”的属性，还具备点云数据“看不见”的属性，例如壁厚和管道内径，点云恢复的模型为索引p&id提供引导，而p&id则为点云的逆向模型构建提供辅助加速，同时能够获取更加准确且全面的逆向构建模型，p&id中的数值型属性得以被直观地转化为可视性属性。上述方案在实现了在构成现有管线的逆向三维模型的同时自动将p&id中的控制逻辑参数进行点对点的映射，实际上将原本较为抽象且基本不包含空间位置信息以及结构信息的p&id图像有机结合为三维的、直观的、易于观察的、结构准确的三维逆向复合模型，一方面p&id中的部分留存型号结构相关参数能够为三维逆向建模环节提供缺失项校正的效果，另一个方面，获得的管线三维建模能够被直接用于工厂的管线控制管理当中，并且
能够达到p&id控制的全部效果，同时还能够基于三维建模之优势获得高于p&id控制的效果，首先是将原本的二维p&id控制逻辑升维至三维，使得原本需要利用层级显示的部分复杂控制逻辑能够在三维空间中直接显示，方便工程人员快速、直观地控制多个层级中的参数；其次将控制逻辑中的结构类参数进行更为直观化地展示，使得工程人员能够在三维结构中直接确认各项部件之间的结构关系、尺寸参数，尤其是能够直观地查看部件之间的挤压、接触情况，这为工厂的安全生产、结构优化等工作提供了非常直观的判据；最后还能够基于模拟技术为p&id控制提供基于预先模拟的可视化反馈功能，基于预先设定的规则，以工程人员选择的控制环节以及调整控制参数作为触发参数，能够在三维管线模型中以模拟叠加动画的方式向工程人员输出直观的结果视图，其能够辅助工程人员获知该项控制是否能够达到预期效果、是否存在意外情况等等，有效提升控制的效能以及安全性。
10.优选地，点云数据是由扫描部扫描实际管道获取的，点云数据至少包含实际管道上其中一个点位在空间中的位置信息。
11.优选地，对获取的大量点云数据按照选择自定义点云密度识别去噪和手动框选去噪结合的方式进行去噪。
12.优选地，基于去噪处理后的点云数据中的点云特征分布情况，使用实体选择函数获取管道路径，并对实体数据库使用实体对象函数进行迭代遍历，对点云对象进行检索，获取点位的空间位置坐标，通过计算截面任意两点的距离最大值的方式计算出管道截面中心点的坐标，由截面中心点坐标的连续性来计算出管道中心线。
13.优选地，以各个切面的中心点为相对原点，以间距值为半径查找范围内的其他中心点，进行检索，以此实现对管道延伸模拟的自由追踪，其中，在以间距值为半径查找范围内若找出至少一个中心点，则该管道模型在该中心点处继续拟合延伸。
14.优点是，能够针对多种复杂的管道结构进行识别，通过严格控制间距值，能够避免一些相邻且中心线共线但是实际上并不连通的管道被识别为同一个管道，例如管道a与管道b均呈l形，且管a和b均具有一段中心线共线的管道段落，管道a的弯折点与b的弯折点靠近，甚至是并排，则在以间距值作为检索半径的方案下，只需将间距值设置为小于ab并排的管径之和，这在自动识别并构建管道模型时，就不会将a和b的相同中心线的管道视为同一个管道。该方案具有较高的防误判性，能够大幅提升识别的精确性，减少后期人工校准优化的工作量。
15.优选地，对自由追踪拟合的管道模型执行连接件识别，其中，设置具体截面与截面之间间距，超出此间距值的截面坐标突变视为仪表或阀门组，当间距相同，且出现半径不同的连续截面时，认为此处为异径连接件。
16.优选地，在认为异径连接件的情况下，进一步基于范围内的中心点数量判断异径连接件的类型，其中，
17.范围内中心点数量为1，且与前一中心点不属于同一管道中心线则视为弯头；
18.中心点数量为2时，则视为三通；
19.中心点数量为3时，则视为四通。
20.优选地，对自由追踪拟合的管道模型执行管道连续性判断，其中，若两个管道中心线空间位置上距离小于管道半径，则视为同一根管道，若两中心线空间距离大于管道半径，则视为两根管道。
21.一种管路的逆向建模装置，包括处理部，处理部从点云数据库中获取关于现有实际管道的点云数据，并且基于点云数据逆向构建管道复原模型，其中，复原管道模型的同时，还通过向与其电连接的p&id单元发送设备管口号以索引到p&id，基于p&id逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构。
22.优选地，点云数据由扫描部通过扫描工厂中现有管线的方式获取，每个点云数据代表现有管线上一个对应点位的实际空间坐标信息。
附图说明
23.图1是本发明提供的装置结构示意图；
24.图2是本发明管道中心线识别示意图；
25.图3是本发明管道自由追踪识别示意图；
26.图4是本发明管径识别示意图；
27.图5是本发明管道三通连接件识别示意图；
28.图6是本发明管道四通连接件识别示意图；
29.图7是本发明管道弯管连接件识别示意图；
30.图8是本发明管道连续性识别示意图；
31.图9是本发明管道结构修复示意图；
32.图中：100、扫描部；200、处理部；210、滤波去噪单元；220、中心寻点单元；230、自由追踪单元；240、连接件识别单元；250、连续性监测单元；260、点云缺失恢复单元；270、p&id单元。
具体实施方式
33.下面结合附图1进行详细说明。
34.本发明提供一种管路的逆向建模装置，其用于对在役工厂中现有管道进行逆向建模并形成完整的孪生模型。本方案基于三维激光扫描技术，采用抽象外形、智能判断，匹配资源库(等级库)的方式，自动识别并创建对象化三维模型。同时结合智能p&id，对三维管道进行自动逻辑梳理和划分，同时赋予工艺属性。
35.具体地，方案如下。配置有扫描部100，其利用三维激光扫描在现役工厂的选定位置获取关于管道的点云数据。选定位置是扫描人员选择的需要进行逆向建模的区域，一般来说，该区域为工厂中所有管道所在的位置。扫描部100可以采用多种三维扫描仪构成，例如白光三维扫描仪、蓝光扫描仪等光栅扫描仪以及点激光扫描仪、线激光扫描仪、面激光扫描仪等激光扫描仪。本实施例采用激光扫描仪作为扫描部100，其获取空间中扫描对象上某个点的三维空间坐标信息的基本原理为，扫描部100中的激光发射器向被扫描对象上某一个点发射激光，激光在接触到被扫描对象后被反射至扫描部100的光感测单元上并且被该单元所识别，通过设置不同角度的至少两个光感测单元，通过分别计算激光发射到接受到反射激光之间的时间差，可以计算各个光感测单元分别与该被激光照射的点的距离关系，基于已知的各个光感测单元之间的位置关系，结合检测的数个上述的距离关系，利用空间向量计算的方式，就可以获知该被照射的点在空间上的坐标。扫描部100通过快速发射激光并且接受激光的方式对被扫描对象上所有的点进行空间坐标检测，以形成大量含有空间坐
标信息的点云数据。
36.在执行三维激光扫描之后，获取了大量的点云数据，将数据存入数据库中。本装置配置有处理部200，处理部200获取数据库中的点云数据，并且将点云数据进行处理以获得关于管道的逆向模拟模型。具体地，处理部200首先将点云数据进行滤波去噪。滤波去噪可以具有多种现有的技术方案，例如选择双边滤波、高斯滤波、分箱去噪、体素滤波等方案。本实施例中，滤波去噪至少选择自定义点云密度识别去噪和手动框选去噪的两种方式进行，其中自定义点云密度识别去噪为程序自动去噪的方案，手动框选去噪为人工参与的去噪方案。本实施例中，两种方案并行结合实施，以使得点云数据去噪效果能够满足后续点云数据处理逆向工程的基本需求，提升后续工程的执行质量，降低后续数据处理难度。该滤波去噪功能可以由处理部200中内置的计算程序实现，可替换地，也可以由设置在处理部200内的滤波去噪单元210实现，其中滤波去噪单元210获取数据库中的点云数据，并且对点云数据执行滤波去噪。其中，优选地，滤波去噪的方式选择为自定义点云密度识别去噪和/或手动框选去噪的方式。
37.本实施例中，处理部200能够适配于多种类型的扫描部100扫描而获取的多种格式的点云数据，除了适配常见的通用点云数据.pts、.e57等格式外，还可以读取目前市面上主流的三维扫描设备产生的点云格式(.fls、.zfs)以及原生点云项目文件(.imp、.isproj)等。
38.在执行对点云数据的滤波去噪之后，处理部200处理去噪后的点云数据以获得对管道外形的识别。具体地，处理部200基于去噪处理后的点云数据中的点云特征分布情况，使用实体选择函数获取管道路径，并对实体数据库使用实体对象函数进行迭代遍历。对点云对象进行检索，获取点位的空间位置坐标。如图2所示，通过计算截面任意两点的距离最大值的方式计算出管道截面中心点的坐标。由截面中心点坐标的连续性来计算出管道中心线。计算方式如下：处理部200对管道进行切面，产生切面a，a切面与点云管道存在多个交点，重复选择切面上任意两个具有实测空间坐标数据的点，计算两点之间的连线距离，直至算出距离的最大值，则该具有距离最大值的连线的中点即为该切面中心点，也是该段管道的中心点位置。例如，在切面a中确定至少三个点，且三个点中某两个点的连线距离刚好是该截面的最大连线距离，每个点至少具有一个实测的空间坐标数据，将选取的点设置为a1(x1,y1,z1)，a2(x2,y2,z2)，a3(x3,y3,z3)。设任意两点之间的距离为r，计算r在当前截面的最大值。r1为a1至a2的距离，r2为a1至a3的距离，r3为a2至a3的距离。计算并选取出上述距离计算结果中的最长距离rmax。计算公式如下：
[0039][0040]
在计算出当前截面的最长距离rmax之后，该值所在的连线的中点，即为截面的中心点，利用中点公式即可以求出该中心点的空间坐标。以r1为最长距离rmax为例，设a截面的截面中心点为a4(x4,y4,z4)，其中点计算公式如下：
[0041][0042]
处理部200对管道的另一个部位进行切面，产生切面b，按照如上所述的方式计算出切面b的截面中心点坐标，设为b3(x3,y3,z3)，则a4与b3所在的直线趋近于真实管道的中心线。上述切面是对管道结构的任意非平行方向切面，即可以是非垂直于管道中心线的正切方式，其构成的切面可能会呈现斜切的椭圆形或者正切的正圆形的形状，通过几何原理，无论是椭圆形还是正圆形，其上任意两点之间连线的距离最大值所在的直线的中点一定是该切面的中心点，同时也是管道的中心点。由此可以基于上述方法计算切面中的管道中心点。
[0043]
上述寻找中心点的功能可以直接由处理部200中设置的程序执行，也可以由设置在处理部200中的中心寻点单元220完成，中心寻点单元220对一个管道进行切面，选择切面上与点云管道的至少两个交点，计算交点连线距离，持续计算任意两个交点之间的距离以寻出该切面上最大距离所在的连线，该连线的中点为该截面中心点。
[0044]
如图3所示，在执行多个切面以获得关于点云管道的多个截面中心点之后，处理部200以各个切面的中心点为相对原点，以间距值为半径查找范围内的其他中心点，进行检索，以此实现对管道延伸模拟的自由追踪。具体地，假设检索半径为d，并且以其中一个已经确立坐标的中心点a1点作为相对原点，在与a1点相邻位置有一个确立的中心点b1点，若a1至b1的距离小于d值，则说明，b1为管道中心线上的一点，并且以此继续向b1位置方向拟合延长管道。继而以b1点位相对原点，以检索半径d继续向附近检索是否存在至少一个与b1点的连线距离小于d值的中心点，若存在则基于该中心点的位置拟合管道，若不存在则在该处不进行拟合，如此持续进行自由追踪拟合管道，当出现一个中心点，在检索其附近的其他中心点时，在单向区域内没有检索到其他的中心点时，则判定管道在该中心点位置结束。由此可以拟合出至少一个具有起始点和终止点的直通管道模型，并且该模型与实际的管道的该段结构是对等一致的，能够较好地还原模拟该段实际管道的结构特征。
[0045]
上述自由追踪进行管道拟合可以由处理部200内设置的程序实现，也可以由处理部200内设置的自由追踪单元230实现，自由追踪单元230电连接至中心寻点单元220以获取数个中心点的坐标信息，并且基于上述的以检索半径向周围检索排查的方式进行自由追踪以形成完整的具有起始与终止点的管道模型。
[0046]
在获取管道模型之后，处理部200对管道模型执行连接件识别。具体地，如图4至7所示，设置具体截面与截面之间的间距，在超过此间距值的截面坐标突变可以视为仪表或阀门组。在获取管道中心线之后，可以基于中心线对管道执行正切以获得正圆形的切面，对正圆形切面按照中心线确定的圆心点计算半径，继而伴随管道中心线的延伸持续对管道进行正切以持续监控管道的半径。此时可以设定截面与截面之间的间距，并且以该间距执行对管道的正切以及判断半径。当半径出现突变，或者说当截面坐标出现突变(因为半径相等的截面，其切面周侧坐标通常也是规律变化的)时，可以认为发生突变处出现仪表或者阀门组。当间距相同时，出现半径不同的连续截面时，则可认为此处为异径连接件。根据范围内点数判断类型，当范围内点数为1时，且与前一个点不属于同一条管道中心线时，则视为弯
头结构。点数为2时，则视为三通管结构。点数为3时，则视为四通管结构。计算方式如下：
[0047]
设管径突变截面的中心点为监测原点a。检索范围为d。范围内点数为n。
[0048][0049]
上述执行管道连接件识别可以由处理部200中内置的程序实现，也可以由处理部200中设置的连接件识别单元240实现，其电连接至自由追踪单元230以获取管道模型并且按照上述方式识别模拟管道中的连接件。
[0050]
在持续对管道进行点云复原的过程中，还持续进行管道连续性监测，对于点云缺失严重的部分，可以根据管道的中心线空间位置做判断。如图8所示，若两个管道中心线空间位置距离小于管道半径，则可以视为同一根管道。若两个中心线空间距离大于管道半径，则视为两根管道。上述管道中心线空间位置距离是指在利用点云还原管道时，出现了两个空间位置不同的中心线，在该两个中心线空间平行的基础上，计算两个线之间的距离，即为上述中心线空间距离，可以记录为l。此时将两个中心线对应还原的两个管道的半径记为d，在此，两个管道的半径可能存在不一致的情况，例如大管接小管的情况，则管道半径可能产生d1值和d2值两种。在半径相同的情况下，若l小于d值，则判定为同一个管道；若l大于d值，则判定为两个管道。在半径不同的情况下，判断主要利用半径中的最小值进行，例如最小值为d1值，则l小于d1值时，判定为同一个管道，l大于d1值时，判定为两个管道。以计算模型描述上述判断方法，表现为，当l《d∧d＝dmin，则可认为两管段为同一管道，其中符号∧表示为交集，也就是且逻辑；dmin表示两个管道的最小半径值。
[0051]
在判定为同一个管道的情况下，处理部200将其中一个管道分段模型以平移的方式移动以使得两个管道的中心线在空间位置上达成重合。
[0052]
在两个中心线不平行的情况下，同样可以两线角度进行判断，具体可以设置误差角度值，当两线夹角小于误差角度值时，判定为两个管道平行设置，大于误差角度值时，判定为两个管道不平行设置。在判定为两个管道平行时，处理部200也可以针对其中一个管道模型执行角度的调整以使得两个管道在模型上达成平行关系。
[0053]
上述对管道的复原执行连续性监测的步骤可以由处理部200搭载的相关程序实现，也可以由处理部200中设置的管道连续性监测单元250实现，其电连接至自由追踪单元230以获取管道模型并且按照上述方式对管道模型生成过程中的中心线错位进行矫正。上述管道连续性监测单元250与连接件识别单元240同时作用于自由追踪单元230的自由追踪以形成管道模型的过程，因此连续性监测单元250与连接件识别单元240均电连接至自由追踪单元230。
[0054]
对于点云数据库中的部分点云数据的缺失，执行管道点云缺失恢复步骤。该步骤是针对前期利用扫描部100对实物管道进行扫描拍摄时，某些部分由于结构遮挡、成像缺失等原因造成没有收集到足够的点云数据，即该部分点云不足，出现缺失。如图9所示，在利用此位置对管道进行复原模拟时，往往仅会存在一部分的已观测点云数据，这些点云数据能够形成一个大致为圆弧的形状，在此情况下，使用函数计算已有部分点云曲率，从而计算该
管道的管道中心线，继而生成管道。计算方式为：设定同一截面上四个点的连线为l1和l2，以该截面建立平面坐标系，计算该线段l1和l2的斜率分别为k1和k2，再次计算两线段的垂直平分线的斜率为-k1和-k2。在已知垂直平分线斜率与4点坐标的情况下，即可得出圆心o的坐标，随即可以根据o点拟合出点云缺失的部分管道。上述4个点是从已经由扫描部100实际观测到的关于实物管道上的实际点位的含有真实空间位置数据的现有点云数据中选择出来的4个数据。
[0055]
上述对管道中的某些部分的点云数据的模拟恢复可以由预存在处理部200内的相关程序执行，也可以由设置在处理部200中的点云缺失恢复单元260执行，其电连接至自由追踪单元230以为自由追踪单元230复原形成管道模型的过程提供点云缺失恢复处理功能。
[0056]“基于点云数据逆向构建管道复原模型”的步骤包括：
[0057]
s11通过设备管口号索引到p&id；
[0058]
s12基于p&id逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构；
[0059]
s13将p&id属性附加至复原的三维管道模型，匹配相应的等级元件库。
[0060]
智能p&id可以为一个单独的模块，称为p&id单元270，处理部200在基于点云恢复管道模型时，同时电连接至p&id单元270，以通过设备管口号在p&id，p&id单元270在接收到设备管口号之后，将其与内部储存的等级元件库进行匹配。获得匹配结果之后将该结果属性赋予该设备管口号所对应的结构设备上。
[0061]
p&id为预先设置的至少记录有p&id逻辑关系和p&id属性的数据集合或者关系数据库，其中，p&id逻辑关系是指记录管线和支管、管线和阀门、管线和设备的上下级关系、连接关系等的关系记录，p&id属性是指预先输入的管线、设备、阀门等部件属性信息，例如设备的大小、管道的壁厚等等信息。p&id中的数据一般为人工预先输入的数据，或者在执行本方案的逆向构建工序之前已经存在的p&id数据。
[0062]“通过设备管口号索引到p&id”是指在对p&id中预储存且选定的两个设备之间的管道进行逆向构建复原时，基于已赋值的设备上的管口号检索到p&id的该段数据，并且准备将该段数据用于后续s12的步骤。
[0063]“基于p&id逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构”是指在获取两个赋值后的设备之间的管道p&id数据之后，在执行点云数据逆向构建管道复原模型时，按照设备-管线-支管-管件-阀门仪表的顺序在该段p&id数据中进行拓扑关系的检索和点云模型的赋值，从而使得两个设备之间的各部件模型(至少包括管道、支管、管件、阀门仪表等)均能够自动地被赋值。
[0064]“将p&id属性附加至复原的三维管道模型，匹配相应的等级元件库”是指在赋值过程中将p&id中预存的各个p&id属性赋值到对应的部件模型上，其中，部分p&id属性赋值被用于对应的部件对象模型建成。上述部分p&id属性至少是结构尺寸相关的属性，例如尺寸、厚度等等，这些参数能够直观地被反应在模型上，并且可以辅助进行模型的构建，实现点云与p&id属性双向互验的逆向模型构建。
[0065]
例如设备a与设备b之间为线段ab，ab线上的阀门依次为阀门v1，v2和v3。同时在ab线上存在一个支路，该支路上设置有阀门v4，因此在ab线上的支路的连通点形成了两个三通结构。当管道连接件识别至三通时则分别标记为t1和t2。设t1-v2-t2线路为a，t1-v4-t2线路为b，则a线路上识别出有三个管道直径的突变，其分别为三个阀门v1、v2和v3；b线上有
一个管道直径突变，即阀门v4产生的突变。
[0066]
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
技术特征：1.一种管路的逆向建模方法，其用于对现有管道结构的复制和数字建模，其特征在于，获取关于现有管道结构的点云数据以形成点云数据库，基于点云数据逆向构建管道复原模型，“基于点云数据逆向构建管道复原模型”的步骤包括：s11通过设备管口号索引到p&id；s12基于p&id逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构；s13将p&id属性附加至复原的三维管道模型，匹配相应的等级元件库。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点云数据是由扫描部(100)扫描实际管道获取的，所述点云数据至少包含所述实际管道上其中一个点位在空间中的位置信息。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对获取的大量点云数据按照基于选择自定义点云密度识别去噪和手动框选去噪结合的方式进行去噪。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，基于去噪处理后的点云数据中的点云特征分布情况，使用实体选择函数获取管道路径，并对实体数据库使用实体对象函数进行迭代遍历，对点云对象进行检索，获取点位的空间位置坐标，通过计算截面任意两点的距离最大值的方式计算出管道截面中心点的坐标，由截面中心点坐标的连续性来计算出管道中心线。5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以各个切面的中心点为相对原点，以间距值为半径查找范围内的其他中心点，进行检索，以此实现对管道延伸模拟的自由追踪，其中，在以所述间距值为半径查找范围内若找出至少一个中心点，则该管道模型在该中心点处继续拟合延伸。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对自由追踪拟合的管道模型执行连接件识别，其中，设置具体截面与截面之间间距，超出此间距值的截面坐标突变视为仪表或阀门组，当间距相同，且出现半径不同的连续截面时，认为此处为异径连接件。7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在认为异径连接件的情况下，进一步基于范围内的中心点数量判断所述异径连接件的类型，其中，范围内中心点数量为1，且与前一中心点不属于同一管道中心线则视为弯头；中心点数量为2时，则视为三通；中心点数量为3时，则视为四通。8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对自由追踪拟合的管道模型执行管道连续性判断，其中，若两个管道中心线空间位置上距离小于管道半径，则视为同一根管道，若两中心线空间距离大于管道半径，则视为两根管道。9.一种管路的逆向建模装置，其特征在于，包括处理部(200)，所述处理部(200)从点云数据库中获取关于现有实际管道的点云数据，并且基于点云数据逆向构建管道复原模型，其中，复原管道模型的同时，还通过向与其电连接的p&id单元(270)发送设备管口号以索引到p&id，基于p&id逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构。10.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述点云数据由扫描部(100)通过扫描工厂中现有管线的方式获取，每个所述点云数据代表现有管线上一个对应点位的实际空间坐标信息。
技术总结一种管路的逆向建模方法，其用于对现有管道结构的复制和数字建模，获取关于现有实际管道的点云数据以形成点云数据库，基于点云数据逆向构建管道复原模型，其中，复原管道模型的同时，通过设备管口号索引到P&ID，基于P&ID逻辑关系，对三维管线模型进行拓扑关系重构，并且将P&ID属性附加至复原的三维管道模型，匹配相应的等级元件库。一种管路逆向建模装置，包括扫描部和处理部，扫描部获取点云数据，处理部基于点云数据按照上述方法复原三维管道模型。型。型。
技术研发人员：武强 孟艳斌 李艳松
受保护的技术使用者：北京达美盛软件股份有限公司
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2022/7/5
