TWI662478B

TWI662478B - Civil engineering design method with real landscape

Info

Publication number: TWI662478B
Application number: TW107140371A
Authority: TW
Inventors: 江俊昇
Original assignee: 江俊昇
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2019-06-11
Also published as: TW202018575A

Abstract

一種具實景景觀之土木工程設計方法，係包括：在一欲施工現場標定至少一基準點，該基準點的座標系統定義為絕對座標系統；建立一個由攝影裝置取自該施工現場影像所建立的實景3維模型，令該實景3維模型是以該基準點的絕對座標系統進行校正，使所建構的實景3維模型的座標系統調整地移到欲施工現場的絕對座標系統上；對已校正過的實景3維模型進行編輯，該編輯是指對該實景3維模型進行移除物件、加入3維圖元或對所加入的3維圖元進行修改；在一顯示裝置上同步顯示該實景3維模型至少由一視角觀察的影像；以及一統計表，將加入於實景3維模型的3維圖元或自該實景3維模型中移除的物件，同步地編入或移出該統計表的記錄中，該統計表可由一輸出裝置向外輸出。由於本發明的實景3維模型是經過座標的校正，因此，經校正後的實景3維模型與實際施工現場的尺寸相同，設計者便可以在該經校正後的實景3維模型上直接進行測量及計算，使所取得的測量值及計算結果為一正確值以提供土木工程設計上的需求。

Description

具實景景觀之土木工程設計方法

本發明是涉及一種具實景景觀之土木工程設計方法。

傳統在進行建築設計時，必須以人員進行實地丈量建築基地後，再藉由如Autocad 、3DMAX進行繪製，以建構出3維的設計模型，該設計模型為了產生臨場感，往往會藉由繪圖的方式在所設計本體的週圍加入如行道樹、山坡、水池或橋樑等實地的景物，以增進臨場感；但這樣的設計模型全數是由設計人員所繪製、虛構而成，在真實的環境中是不存在，因此，往往在完工後會產生與真實景像相去甚遠，導致設計人員與客戶間的糾紛。

目前為了解決施工現場景觀的真實性，有藉由人造衛星空拍影像結合成3維模型的技術，如Google SketchUP 在獲取Google Earth上的地形和影像數據後，結合為3維的模型，以提供使用者在所建立的3維模型上進行設計。

然而，人造衛星或無人機所拍攝的影像時所獲取的是一個相對座標，與真實相對應位置的絕對座標存有誤差，尤其是高程誤差，此誤差在設計的過程中將造成估算及測量上的不準確，圖1所示，假設在實際的操作中，(f ’)曲面是經由人造衛星或無人機所取得的影像結合後的3維模型曲面，其相對座標系統的原點假設為(x’、y’、z’)，而(f )曲面表示施工現場的絕對座標系統，原點座標為(x、y、z)，其中(f ’)、(f )兩曲面並非等距離的偏移，而是具有不同高程的誤差△z[△z=z’-z；當然也會有△x= x’-x、△y= y’-y的平面誤差，為了簡化說明，本文僅就高程誤差說明其重要性]，當要設計一個在絕對高程2M上方6×6的水池時，若以未經校正的(f ’)曲面為設計基準曲面，便必須必須挖除6×6×(z-2+△z)的土方(如圖1中之a’b’c’d’所構成體積)，但在真實的施工現場確只須移除6×6×(z-2)的土方(如圖1中之abcd所構成的體積)，因此在設計估算中將造成極大的誤差，而無法進行精準的設計。

目前雖有數位高程模型(DEM，Digital Elevation Model)及數位正射影像圖(Digital Orthophoto Map)可測量建築物的高程值，其中數位高程模型(DEM)是藉由投影到一特定平面以取得高程值矩陣的技術，而該數位正射影像圖(Digital Orthophoto Map)是利用經掃瞄處理的航空像片或衛星遙感圖像數據，對逐一像素進行校正，並按一定圖幅裁剪生成的數字正射影像集，惟該數位正射影像圖所取得的也是圖像所獲取的相對座標，並非施工工地的絕對座標，該DEM必須對所有物件其地表進行掃描。在取得上述DEM、DOM後，可以透過如VRMap將影像整合為3維模型，但此方式，必須先至現場進行全面高程掃瞄，或掃瞄圖像數據，使得施工過程極為繁瑣不便，另外當施工現場幅員遼闊時，也將使測量極為不易。

另外，目前應用於設計之系統，並無法在設計的同時，便將設計中所使用的材料逐一收列於統計表單上，因此當設計完成後，設計者必須以人工方式列表計算，對設計者而言不但極為耗時，也極易出錯，而顯有改進的必要。

本發明人有鑑於此，乃加予研究，揭示出一種新穎、有效率的具實景景觀之土木工程設計方法。

本發明的主要目的旨在提供一種具實景景觀之土木工程設計方法，係包括：在一欲施工現場標定至少一基準點，該施工現場的座標系統定義為絕對座標系統；建立一個由攝影裝置取自該施工現場影像所建立的實景3維模型，該實景3維模型是以該基準點的3維座標進行校正，使所建構的實景3維模型的相對座標系統移到欲施工現場的絕對座標系統上；對已校正過的實景3維模型進行編輯，該編輯是指對該實景3維模型進行移除物件、加入3維圖元或對所加入的3維圖元進行修改；在一顯示裝置上同步顯示該實景3維模型至少由一視角觀察的影像；以及將加入於實景3維模型的3維圖元或自該實景3維模型中移除的物件，同步地編入或移出於一統計表中，該統計表可由一輸出裝置向外輸出。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該攝影裝置是指飛行器，用以建立該實景3維模型，於該基準點為一裝置於施工現場的訊號發射器，令飛行器在攝影時與該基準點保持訊號連接狀態，並以該基準點的絕對座標為參考值，以對施工現場進行3維座標的獲取，同步進行實景3維模型的3維座標校正。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，係將該實景3維模型對應於該基準點位置的相對座標與該基準點的絕對座標之差，定義為校正值，依其校正值對該實景3維模型全部區域之3維座標進行同等校正值的校正。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，係在欲施工現場標定複數個基準點，將該實景3維模型相對應於各該基準點的位置的相對座標，經校正後移至各該對應基準點的絕對座標上，且令相對應於兩基準點間的實景3維模型是以平滑曲面修正。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，進一步包括一施工現場的測量圖，用以與該實景3維模型進行比對，以作為校正該實景3維模型的依據。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該統計表是包含所加入3維圖元或移除物件的項目/說明、單位、數量、單價、金額或合計，其中金額是指數量與單價的乘積。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該顯示裝置是同時顯示有該實景3維模型3維影像及至少一2維施工圖說，且令該3維影像與該2維施工圖說是同步連動。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該2維施工圖說可以是含有尺寸標示之平面配置圖或局部剖面圖或局部放大圖等，本發明並不予自限。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中加入於該實景3維模型之各該3維圖元，是可藉由輸出裝置向外輸出其包含尺寸標示之元件工程圖，該元件工程圖可以是該3維圖元的正面圖、俯視圖與側視圖，本發明並不予自限。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，由於經由攝影裝置所取得的實景3維模型是經過施工現場的基準點校正後，設計者再開始進行後續的土木設計工作，由於經過校正後的實景3維模型座標是準確的，因此設計者便可以自校正後的實景3維模型座標取得正確的兩點距離及高程，以便進行土木設計所需的各種計算以及在設計上所需要建材成本的估算，以大大降低土木設計在測量及估算上的時間及成本。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中顯示裝置是指單一顯示器或複數台顯示器；本發明的可取實體，可由以下的說明及所附各圖式，而得以明晰。

請參閱圖2~3所示，本發明是有關於一種具實景景觀之土木工程設計方法，係包括：在一欲施工現場標定至少一基準點，該基準點的座標系統定義為絕對座標系統[如圖3中的(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)，其中x、y表是平面座標(經緯度座標)、z表示高程座標]；建立一個由攝影裝置取自該施工現場影像所建立的實景3維模型，並令該實景3維模型與該基準點的絕對座標系統進行校正，使所建構的實景3維模型座標系統移到欲施工現場的絕對座標系統上[如圖3所示，該實景3維模型可以相對應該基準點位置的座標[(x1’、y1’、z1’)、(x2’、y2’、z2’)、(x3’、y3’、z3’)] 與該基準點的絕對座標系統進行校正，使 (x1’、y1’、z1’)移至(x1、y1、z1)、(x2’、y2’、z2’) 移至(x2、y2、z2)、(x3’、y3’、z3’) 移至(x3、y3、z3)的位置]；對已校正過的實景3維模型進行編輯，該編輯是指對該實景3維模型進行移除物件、加入3維圖元或對所加入的3維圖元進行修改；在一顯示裝置上同步顯示該實景3維模型至少由一視角觀察的影像；以及，一統計表，將加入於實景3維模型的3維圖元或自該實景3維模型中移除的物件，同步地記入或移出該統計表的記錄中，該統計表可由一輸出裝置向外輸出。

本發明於施工現場所標定的基準點，是可由施工者於施工現場實地標定，並經測量以取得該基準點的座標，或可取國家地政單位所標定的基準點及其座標。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，由於該攝影裝置所取得的實景3維模型是經過施工現場的基準點校正後，再開始進行後續的土木設計工作，由於經過校正後的實景3維模型的座標是與施工現場相同、且是精確的，因此設計者便可以由校正後的實景3維模型的座標，正確的測量兩點間距離及高程，以便精準地進行土木設計所需的各種計算以及在設計上所需要建材成本的估算，以大大降低土木設計在測量及估算上的時間及成本，本發明顯然已提供土木設計產業一種便利、省時且可精準設計、估算的方法。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，所加入的3維圖元，是以實物1:1的比例繪製或建構，可以是樹木、擋土牆、地磚、休閒椅、圍欄、路燈、涼亭…等，本發明並不予自限。

如圖3所示，本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，由於本發明透過攝影裝置取自該施工現場影像所建立的實景3維模型所產生的相對座標系統[如圖3所示之(x1’、y1’、z1’)、(x2’、y2’、z2’)、(x3’、y3’、z3’)]，經由校正後，將移至吻合於施工現場的絕對座標系統，也就是將原本可能位於不同高程的實景3維模型經由校正，使實景3維模型建立與施工現場同一高程的絕對座標系統上，當然對於x、y之平面座標也一併進行校正，此一結果對於建築設計是非常重要，因為，本發明將所建立的實景3維模型建立在與施工現場同一高程的絕對座標系統上後，便可以與在施工現場量測的結果相同，如此可以避免在設計時因高程的不同，導致在現場施工時，會與設計的結果產生高程誤差，例如未經校正的實景3模型的相對高程座標為5M，施工現場的絕對高程座標為4M，便有1M的高程誤差，當要刨除6×6×(高程2M)以上的土方時，設計者在未經校正的實景3模型中必須刨除6×6×(高程3M)的土方，但在實際施工現場中卻只要刨除6×6×(高程2M)的土方，因此建築設計師便無法進行精準估算及估價，相同地，本發明在經過校正後，除基地尺吋(經緯座標上的尺吋)被校正外，高程座標也同時被校正，實景3模型的相對座標系統中的其它2維座標(以俯視而言為經、緯2維座標)也會被一併校正，顯見本發明所揭示之方法中，將實景3模型藉施工現場基準點進行校正後所產生優點，並解決現在設計方法中無法與實施施工現場地貌結合的缺點。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，可以在欲施工現場標定複數個基準點，如圖3中之(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)，將該實景3維模型相對應於各該基準點的位置的相對座標(x1’、y1’、z1’)、(x2’、y2’、z2’)、(x3’、y3’、z3’)，經校正後移至各該對應基準點的絕對座標上位置[即 (x1’、y1’、z1’)移至(x1、y1、z1)、(x2’、y2’、z2’) 移至(x2、y2、z2)、(x3’、y3’、z3’) 移至(x3、y3、z3)]，且令相對應於兩基準點間的實景3維模型是以平滑曲面修正。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，也可將該實景3維模型對應於該基準點位置的座標與該基準點的座標之差，定義為校正值，依其校正值對該實景3維模型全部區域之相對座標進行同等校正值的校正。

如圖4所示本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該攝影裝置是指無人飛行器(10)，用以建立該實景3維模型，於該基準點為一裝置於施工現場的訊號發射器(20)，令該飛行器(10)在攝影時與該基準點保持訊號連接狀態，並以該基準點的絕對座標(x、y、z)為參考值，以對施工現場進行3維座標的獲取，同步進行實景3維模型的3維座標校正。由於是採同步進行，因此在建構完成實景3維模型時便可完成校正，以節省建構實景3維模型及校正所需時間。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，進一步含有一施工現場的測量圖，例如是經實地測量繪製或是取自地政機關的地籍圖，用以與該實景3維模型之相同的視角進行比對，以作為校正該實景3維模型的依據，使校正完成後的實景3維模型可以吻合該測量圖中的土地鑑界。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該統計表是包含所加入3維圖元或移除物件的項目/說明、單位、數量、單價、金額或合計，其中金額為數量與單價的乘積；例如：

品項/說明	單位	數量	單價	金額
休閒倚	張	2	3,000	6,000
欄竿	M	200	150	30,000
移去土方	M³	1500	200	300,000
合計				336,000

上述所示之統計表，僅是本發明為說明所展示的實施例，本發明並不自限該統計表中所對應的欄位名稱或者欄位數目。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該統計表，令於該實景3維模型加入3維圖元或移除物件時同步連動改變該統計表上的計錄。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中該顯示裝置是可同時顯示該實景3維模型之3維影像及至少一2維施工圖說，且令該3維影像與該2維施工圖說以及該統計表是同步連動。例如在顯示裝置上同時顯示該實景3維模型的透視圖及俯視圖，而此3維影像與2維施工圖說是隨著編輯該實景3維模型而同步連動，而該統計表也會隨著該2維施工圖說或者實景3維模型的編輯而同步變更該統計表上的資訊。上述顯示裝置是可指單一顯示器或複數台顯示器，本發明並不予自限。

上述2維施工圖說，是指可含有尺寸標示或說明的平面配置圖、剖面圖或放大圖等，輸出後可供施工者作為施工依據。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，其中加入於該實景3維模型之各該3維圖元，是可藉由輸出裝置向外輸出該3維圖元包含有尺寸標示或說明之元件工程圖，該元件工程圖可以是各該3維圖元所對應的正面圖、俯視圖與側視圖。

本發明所揭示具實景景觀之土木工程設計方法，乃具有以下之優點： 1. 所完成的實景3維模型的座標，經校正後是與施工現場的絕對座標系統相符。 2. 設計者可以直接由已校正後之實景3維模型取得任意兩點間的距離或高程，量取的結果是等於在施工現場實際測量的結果，因此可以作為土木設計中的精準計算及估算。 3. 結合統計表、2維施工圖說，將設計中所需要的物料、建材(即3維圖元)逐一納入統計表，當設計完成，設計者便可知道在此一設計方案中所需要的物料、建材數量及金額，不需要以人工計算。 4. 在編輯實景3維模型時，可以同步顯示所設計後的實景3維模型的一個視圖或多個角度的視圖，方便設計者檢視設計後的結果。

本發明所揭示的具實景景觀之土木工程設計方法，可於不違本發明的精神與範疇下，予以修飾應用，本發明並不自限於上述實施方式。

(10)‧‧‧飛行器

(20)‧‧‧訊號發射器

圖1：係顯示習知設計系統中的依其空拍圖像所獲取的相對座標與施工現場的絕對座標差異示意圖。圖2：係顯示本發明之流程圖。圖3：係本發明採用在施工現場標定多數基準點進行校正之示意圖。圖4：係本發明於施工現場標定一基準點與飛行器同步進行校正之示意圖。

Claims

一種具實景景觀之土木工程設計方法，係包括：在一欲施工現場標定至少一基準點，該施工現場的座標系統定義為絕對座標系統；建立一個由攝影裝置取自該施工現場影像所建立的實景3維模型，該實景3維模型是以該基準點的3維座標進行校正，使所建構的實景3維模型的相對座標系統移到欲施工現場的絕對座標系統上；對已校正過的實景3維模型進行編輯，該編輯是指對該實景3維模型進行移除物件、加入3維圖元或對所加入的3維圖元進行修改；在一顯示裝置上同步顯示該實景3維模型至少由一視角觀察的影像；以及一統計表，將加入於實景3維模型的3維圖元或自該實景3維模型中移除的物件，同步地記入或移出該統計表的記錄中，該統計表可由一輸出裝置向外輸出。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，其中該攝影裝置是指飛行器，用以建立該實景3維模型；該基準點為一裝置於施工現場的訊號發射器，令該飛行器在攝影時與該基準點保持訊號連接狀態，並以該基準點的絕對座標為參考值，以對施工現場進行3維座標的獲取，同步進行實景3維模型的3維座標校正。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，係將該實景3維模型對應於該基準點位置的相對座標與該基準點的絕對座標之差定義為校正值，依其校正值對該實景3維模型全部區域之3維座標進行同等校正值的校正。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，係在欲施工現場標定複數個基準點，將該實景3維模型相對應於各該基準點的位置的相對座標，經校正後移至各該對應基準點的絕對座標上，且令相對應於兩基準點間的實景3維模型是以平滑曲面修正。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，進一步包括一施工現場的測量圖，用以與該實景3維模型進行比對，以作為校正該實景3維模型的依據。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，其中該統計表是包含所加入3維圖元或移除物件的項目/說明、單位、數量、單價、金額或合計，其中金額是指數量與單價的乘積。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，其中該顯示裝置是同時顯示有該實景3維模型之3維影像及至少一2維施工圖說，且令該3維影像與該2維施工圖說是同步連動。
如請求項7所述具實景景觀之土木工程設計方法，其中該2維施工圖說是指可含有尺寸標示或說明的平面配置圖、剖面圖或放大圖。
如請求項7所述具實景景觀之土木工程設計方法，其中該3維影像、該2維施工圖說以及該統計表是同步連動變更。
如請求項1所述具實景景觀之土木工程設計方法，其中加入於該實景3維模型之各該3維圖元，是可藉由該輸出裝置向外輸出該3維圖元包含有尺寸標示或說明之元件工程圖。