一种基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法与流程

本发明涉及工程管理审计领域，具体的涉及一种基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法。

背景技术：

1、建设项目工程管理审计是指在项目建设过程中，审计人员依据相关的法律法规和行业规范，以及工程建设的有关设计合同文件，对工程建设质量、安全和进度进行审计，促进项目建设目标顺利实现，审计的内容主要包含审查建设项目进度管理计划执行情况和审查施工过程质量验收情况。在现代建设项目中，随着工程规模和复杂性的不断增加，审计取证工作面临着更大的挑战，目前，许多地区已开始探索利用激光点云与三维建模技术开展审计工作，通过获取的点云数据构建三维模型，并与实景模型、bim模型进行对比分析，能够初步筛选出潜在的审计疑点。该技术方法不仅实现了对项目工程的全面覆盖，大幅减少了外业核查的工作量，提高了工作效率，还显著降低了测量误差，从而有效保障了审计质量。

2、尽管上述技术方法在审计取证中具有一定优势，但仍然存在若干问题。例如，基于点云数据建立三维模型的过程中，精度会有所损失，导致后续与bim模型进行对比分析时可能引发精度差异。此外，建模过程通常需要大量的时间和人力投入，导致审计取证工作的时间延迟。再者，当前数据的结合应用大多仅停留在可视化展示和简单对比分析阶段，需大量人工干预，不仅自动化程度低，还可能引入人为误差。至今，将点云技术、bim技术与智能算法相结合，以实现自动化和智能化审计取证的方法仍然较为缺乏。

技术实现思路

1、针对现有的建设项目工程管理审计取证方法中存在的效率低和准确性不足等问题，本发明的目的在于：提供一种直接基于采集得到的点云数据与bim模型解析点云做对比，降低三维建模环节中的精度损失与时间消耗，并利用机器学习方法，自动提取和识别工程管理中的审计疑点，提高审计效率和准确性的基于三维点云的审计疑点提取方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，包括以下步骤：

3、步骤1：审计数据准备，开展数据收集、整理与存储工作，构建形成基于bim模型为主体的审计数据资源池，准确构造出项目实施过程中不同时间阶段的三维画像；

4、步骤2：bim模型地理位置定义及空间参考转换，定义bim模型地理空间位置，并转换至激光扫描参考坐标系，将两类非同源数据置于同一坐标系下；

5、步骤3：bim模型解析构件点云及关联项目管理属性，将bim模型的几何数据解析为三维点云，并与项目管理信息进行关联；

6、步骤4：训练激光点云语义分割模型，基于机器学习方法预训练激光点云语义分割模型，精准识别审计阶段实测点云中关键构件；

7、步骤5：基于实测点云与bim构件点云进行疑点自动化检测，利用步骤4中得到的语义分割模型对每次现场测量的点云数据进行处理，自动识别出建设项目中的关键工程构件，将识别结果与bim模型构件点云进行地理空间匹配与融合，通过自动化计算手段对比两种来源点云数据中关键构件的几何特征差异，完成疑点检测。

8、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，还包括步骤6：疑点排除、标注与可视化输出，针对自动化检测出的疑点进行人机交互验证与排除，通过查验相关证据或记录，判断疑点是否成立，如果发现疑点是由设计变更、数据录入错误或其它正常业务活动引起的，则将这些疑点排除。

9、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述步骤1包括：

10、步骤1-1：通过业务系统、监管平台及互联网渠道获取项目的相关内容，进行数据治理，记录项目的关键时间节点，并将相关内容和关键时间节点的信息转化为结构化数据进行存储，作为项目特征输入；

11、步骤1-2：利用项目设计阶段已使用bim软件构建的三维模型，根据设计说明和施工规范，补充添加构件的材质信息；

12、步骤1-3：收集项目早期的激光点云数据，作为语义分割模型的训练数据源，记录和保存多期激光点云成果，形成完整数据链。

13、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述步骤2包括：

14、步骤2-1：明确项目设计中采用的投影坐标系统与待转换的地理坐标系统；

15、步骤2-2：通过bim软件设置模型数据的平面坐标信息，确定其经纬度和高度；

16、步骤2-3：通过图纸测量获得项目北与正北之间的夹角，作为bim模型与正北之间的角度值；

17、步骤2-4：使用转换工具或转换算法，将bim模型从平面坐标转换为地理空间坐标。

18、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述步骤3包括：

19、步骤3-1：根据语义信息筛选参与审计检测的关键构件类别，提取对应bim模型构件并将其转换为三角面模型，转换后进行拓扑结构修正以及数据压缩，减少三角形数量，降低模型复杂度；

20、步骤3-2：确定采样点密度，捕捉几何体表面的曲率变化，通过闭合轮廓点云填充方式实现bim模型构件的三维点云化表达；

21、步骤3-3：赋予采样点属性，实现采样点与项目管理信息的关联，并导出为标准点云文件格式。

22、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述步骤4中，预训练包括数据集准备和模型训练，具体步骤为：

23、步骤4-1：针对前期收集的点云数据进行人工标注，生成涵盖重要类别构件的点云样本及其对应的语义标签，并将其整合至现有的三维公开数据集中，形成涵盖多样化场景的高质量训练数据集；

24、步骤4-2：综合考虑局部特征提取的精确性与全局语义分割的效率，选择适宜的训练模型框架；

25、步骤4-3：对点云数据进行预处理操作，并将数据集划分为训练集、验证集和测试集；

26、步骤4-4：定义损失函数与优化策略，对模型进行逐步迭代优化，利用验证集调整超参数，提升bim模型的泛化能力和鲁棒性,通过测试集进行bim模型评估。

27、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述步骤5中，检测的内容包括：检测位置和/或尺寸偏差、检测材质偏差、检测未完工部分。

28、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述检测位置和/或尺寸偏差通过计算邻近空间中相同构件两簇点云间的对称距离，判断是否存在位置偏差，当该距离超过设定阈值时，即可判定构件位置发生偏差，具体方法为：

29、步骤a：假设两簇点云，其中点云a包含点集，点云b包含点集，对于点云a中的每个点,寻找点云b中最近的点，并计算其距离，同理，对于点云b中的每个点，寻找点云a中最近的点；

30、步骤b：点云a到点云b的平均最近点距离：

31、，其中m为常数；

32、步骤c：点云b到点云a的平均最近点距离:

33、，其中n为常数；

34、步骤d：对称距离计算：

35、。

36、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述检测材质偏差包括提取实测点云中各构件的颜色特征，并基于其空间位置查找对应的bim模型构件点云，以获取相应的材质语义信息，将其与训练数据集中相同材质标签的点云数据进行对比，具体步骤为：

37、步骤e：将颜色值离散化为多个颜色区间，计算各颜色区间内点云数量或频率，得到颜色直方图作为颜色特征的描述；

38、步骤f：通过距离度量公式，比较两组点云的颜色直方图差异，量化材质偏差，其中，和分别表示点云a和点云b在颜色区间内的直方图值。

39、上述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，所述检测未完工部分包括：

40、步骤g：通过结合工期时间语义筛选bim模型点云中当前时间应已建成的构件，并基于空间位置查找与之匹配的实测点云；

41、步骤h：通过计算两者之间的交并比量化点云覆盖度，对两个点云分别进行体素化处理，将每个点分配到相应的体素中，并计算两组体素集合的交集与并集，其重叠度表达为：，当计算结果低于某一阈值时，即可判定该构件未完工。

42、本发明一种基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法的有益效果是：通过构造三维画像，实现不同时刻情景再现和数据溯源，空间参考转换，为实现审计阶段二者在空间维度上精准融合与对比分析奠定基础。通过自动化的异常检测，大大提高了审计效率，减少了人工干预的时间和成本；利用三维点云数据和bim模型相结合的方法，能够提供高精度的几何信息，并通过引入机器学习技术，对历史数据进行训练和学习，建立智能化的异常检测模型。模型能够不断自我优化，随着数据量和多样性的增加，检测精度和可靠性也将不断提升，提升审计取证准确性；而且本发明从多维度审计疑点提取，不仅能够检测施工过程中的尺寸偏差、材质偏差，还能够识别未完工部分，从多个维度全面评估施工质量和进度，提高了审计的全面性和深入性；通过实现取证结果三维可视化，使提取生成的疑点记录直观易懂，即包含检测到的异常情况和具体位置，又能结合图文展示，便于审计人员快速理解和判断。

43、本发明通过引入先进的三维点云和机器学习技术，提供了一种高效、准确、智能化的建设项目工程管理审计疑点提取方法，为工程管理和审计工作提供了有力的技术支持，具有显著的应用价值。

技术特征：

1.一种基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，还包括步骤6：疑点排除、标注与可视化输出，针对自动化检测出的疑点进行人机交互验证与排除，通过查验相关证据或记录，判断疑点是否成立，如果发现疑点是由设计变更、数据录入错误或其它正常业务活动引起的，则将这些疑点排除。

3.根据权利要求1所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述步骤1包括：

4.根据权利要求1所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述步骤2包括：

5.根据权利要求1所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述步骤3包括：

6.根据权利要求1所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述步骤4中，预训练包括数据集准备和模型训练，具体步骤为：

7.根据权利要求1所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述步骤5中，检测的内容包括：检测位置和/或尺寸偏差、检测材质偏差、检测未完工部分。

8.根据权利要求7所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述检测位置和/或尺寸偏差通过计算邻近空间中相同构件两簇点云间的对称距离，判断是否存在位置偏差，当该距离超过设定阈值时，即可判定构件位置发生偏差，具体方法为：

9.根据权利要求7所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述检测材质偏差包括提取实测点云中各构件的颜色特征，并基于其空间位置查找对应的bim模型构件点云，以获取相应的材质语义信息，将其与训练数据集中相同材质标签的点云数据进行对比，具体步骤为：

10.根据权利要求7所述的基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，其特征在于，所述检测未完工部分包括：

技术总结
本发明涉及工程审计领域，具体的涉及一种基于三维点云的建设项目工程管理审计疑点提取方法，包括：步骤1：构建形成基于BIM模型为主体的审计数据资源池；步骤2：将两类非同源数据置于同一坐标系下；步骤3：将BIM模型的几何数据与项目管理信息进行关联；步骤4：预训练激光点云语义分割模型，精准识别审计阶段实测点云中关键构件；步骤5：对点云数据进行处理，识别关键工程构件，将识别结果与BIM模型构件点云进行地理空间匹配与融合，计算对比关键构件的几何特征差异，完成疑点检测。通过引入先进的三维点云和机器学习技术，提供一种高效、准确、智能化的建设项目工程管理审计疑点提取方法，为工程管理和审计工作提供有力的技术支持。

技术研发人员：张英栋,赵军,刘超,龙凤鸣,牛常领,展昀,王鸿绪,李隽杰,张帅哲
受保护的技术使用者：青岛市勘察测绘研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5