建筑修复方法、装置及电子设备

摘要

本发明实施方式提出一种建筑修复方法、装置及电子设备，属于数字修复技术领域，基于待修复建筑的相关数据，进行3D建模得到目标设计模型和现状模型，并将两个模型比较分析，确定待修复构件，在确定待修复构件的材料件后，根据待修复构件的形状结构，在材料件上确定切割的起点、终点和路径网络，进而基于起点和/或终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并进行优化，得到最优路径，从而将最优路径编码成代码，控制数控机床执行代码对材料件进行切割，得到目标构件，通过对路径网络处理得到最短路径，并对最短路径进行优化的方式，极大地减少了切割路径和切割成本，并缩(56)对比文件贾晖.基于模板的秦俑三维碎片部位标注技术研究《.中国博士学位论文全文数据库 哲学与人文科学辑》.2017,(第04期),第F097-4页，全文.吴昊.基于检索的多选择图像修复研究《.中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》.2016,(第06期),第I138-21页，全文.

权利要求

1.一种建筑修复方法，其特征在于，所述方法包括：

基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；

将所述目标设计模型和所述现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；

确定所述待修复构件的材料件，并根据所述待修复构件的形状结构，在所述材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；其中，所述路径网络包括多条路径线和多个路径节点，所述起点和所述终点均为所述多个路径节点中的节点；

基于所述起点和/或终点，采用最短路径算法对所述路径网络进行处理，得到最短路径，确定每条所述路径线的权重值，并根据所有所述路径线的权重值，构建初始权重矩阵，并对所述最短路径进行优化，得到最优路径；

将所述最优路径编码成代码，并控制数控机床执行所述代码，以对所述材料件进行切割，得到目标构件；

所述确定每条所述路径线的权重值的步骤，包括：

依据所述设计资料数据，确定所述待修复构件的各区域的切割参数；

针对每条所述路径线，从所述路径线在所述待修复构件中所属区域的切割参数中，提取出切割速度和切割深度；根据所述切割速度和所述路径线的长度，计算出切割时间，得到时间权重；根据所述切割深度，确定切割成本对应的成本权重；根据所述路径线的长度，确定距离权重；

所述对所述最短路径进行优化，得到最优路径的步骤，包括：采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对所述最短路径进行迭代；

当迭代达到结束条件时，计算当前迭代得到的优化路径的各路径线的权重值，并依据所述优化路径的各路径线的权重值对权重矩阵进行更新，得到优化权重矩阵；

判断所述优化权重矩阵是否满足预设的目标指标；

若是，则将所述优化路径作为最优路径；

若否，则返回执行所述采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对所述最短路径进行迭代的步骤，直至优化权重矩阵满足预设的目标指标。

2.根据权利要求1所述的建筑修复方法，其特征在于，所述最短路径算法包括Dijkstra算法、Bellman‑Ford算法和Floyd‑Warshall算法中的任一种。

3.根据权利要求1所述的建筑修复方法，其特征在于，当最短路径算法为Dijkstra算法时，所述基于所述起点和/或终点，采用最短路径算法对所述路径网络进行处理，得到最短路径的步骤，包括：将所述起点到各个所述路径节点的距离赋为无穷大，将起点的距离赋为零；

计算所述起点到各邻接节点的邻接距离，根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点；

其中，所述邻接节点为除所述起点之外的所有路径节点，所述最短节点为所有邻接节点中邻接距离最小的邻接节点；

判断所述最新的最短节点是否为最后一个节点；

若否，则计算所述起点到除所有所述最短节点外的各邻接节点的邻接距离，根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点，并返回执行所述判断所述最新的最短节点是否为最后一个节点的步骤；

若是，则按照确定的顺序，将所述起点、所有所述最短节点连接，得到最短路径。

4.根据权利要求3所述的建筑修复方法，其特征在于，所述根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点的步骤，包括：从所有邻接距离中确定最小距离，将所述最小距离对应的邻接节点作为最短节点。

5.根据权利要求1所述的建筑修复方法，其特征在于，所述基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型的步骤，包括：基于待修复建筑的设计资料数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型；

基于待修复建筑的现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的现状模型。

6.一种建筑修复装置，其特征在于，包括建模模块、修复分析模块、路径生成模块、路径优化模块和切割模块；

所述建模模块，用于基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；

所述修复分析模块，用于将所述目标设计模型和所述现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；

所述路径生成模块，用于确定所述待修复构件的材料件，并根据所述待修复构件的形状结构，在所述材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；其中，所述路径网络包括多条路径线和多个路径节点，所述起点和所述终点均为所述多个路径节点中的节点；

所述路径优化模块，用于基于所述起点和/或终点，采用最短路径算法对所述路径网络进行处理，得到最短路径，确定每条所述路径线的权重值，并根据所有所述路径线的权重值，构建初始权重矩阵，并对所述最短路径进行优化，得到最优路径；

所述切割模块，用于将所述最优路径编码成代码，并控制数控机床执行所述代码，以对所述材料件进行切割，得到目标构件；

所述路径优化模块，还用于：

依据所述设计资料数据，确定所述待修复构件的各区域的切割参数；

针对每条所述路径线，从所述路径线在所述待修复构件中所属区域的切割参数中，提取出切割速度和切割深度；根据所述切割速度和所述路径线的长度，计算出切割时间，得到时间权重；根据所述切割深度，确定切割成本对应的成本权重；根据所述路径线的长度，确定距离权重；

所述路径优化模块，还用于：

采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对所述最短路径进行迭代；

当迭代达到结束条件时，计算当前迭代得到的优化路径的各路径线的权重值，并依据所述优化路径的各路径线的权重值对权重矩阵进行更新，得到优化权重矩阵；

判断所述优化权重矩阵是否满足预设的目标指标；

若是，则将所述优化路径作为最优路径；

若否，则返回执行所述采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对所述最短路径进行迭代的步骤，直至优化权重矩阵满足预设的目标指标。

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现如权利要求1至5中任一项所述的建筑修复方法。

说明书

建筑修复方法、装置及电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及数字修复技术领域，具体而言，涉及一种建筑修复方法、装置及电子设备。

背景技术

[0002] 古建筑展示了民族悠久的历史和辉煌的文化，是一种文化精神的载体，通过古建筑可以理解丰富的文化内涵。随着旅游业的迅速发展，古建筑的修复、保护和利用想的更为重要。

[0003] 目前，古建筑修复方法有多种。传统的修复技术，一般采用传统的木工技术、瓦工技术和石材修复技术。现代修复技术，一般采用钢筋混凝土结构、玻璃钢材料和硅藻泥材料进行修复。然而，这些修复技术均存在修复工期长和成本高的缺陷。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种建筑修复方法、装置及电子设备，其能够改善目前的修复技术所存在的修复工期长和成本高的缺陷。

[0005] 为了实现上述目的，本发明实施方式采用的技术方案如下：

[0006] 第一方面，本发明实施方式提供一种建筑修复方法，所述方法包括：

[0007] 基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；

[0008] 将所述目标设计模型和所述现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；

[0009] 确定所述待修复构件的材料件，并根据所述待修复构件的形状结构，在所述材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；其中，所述路径网络包括多条路径线和多个路径节点，所述起点和所述终点均为所述多个路径节点中的节点；

[0010] 基于所述起点和/或终点，采用最短路径算法对所述路径网络进行处理，得到最短路径，并对所述最短路径进行优化，得到最优路径；

[0011] 将所述最优路径编码成代码，并控制数控机床执行所述代码，以对所述材料件进行切割，得到目标构件。

[0012] 进一步的，在所述生成切割的路径网络的步骤之后，在所述对所述最短路径进行优化，得到最优路径的步骤之前，所述方法还包括：

[0013] 确定每条所述路径线的权重值，并根据所有所述路径线的权重值，构建初始权重矩阵；

[0014] 所述对所述最短路径进行优化，得到最优路径的步骤，包括：

[0015] 采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对所述最短路径进行迭代；

[0016] 当迭代达到结束条件时，计算当前迭代得到的优化路径的各路径线的权重值，并依据所述优化路径的各路径线的权重值对权重矩阵进行更新，得到优化权重矩阵；

[0017] 判断所述优化权重矩阵是否满足预设的目标指标；

[0018] 若是，则将所述优化路径作为最优路径；

[0019] 若否，则返回执行所述采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对所述最短路径进行迭代的步骤，直至优化权重矩阵满足预设的目标指标。

[0020] 进一步的，所述确定每条所述路径线的权重值的步骤，包括：

[0021] 依据所述设计资料数据，确定所述待修复构件的各区域的切割参数；

[0022] 针对每条所述路径线，根据所述路径线在所述待修复构件中所属区域的切割参数，确定所述路径线的时间权重和成本权重，并根据所述路径线的长度，确定距离权重。

[0023] 进一步的，所述根据所述路径线在所述待修复构件中所属区域的切割参数，确定所述路径线的时间权重和成本权重的步骤，包括：

[0024] 从所述路径线在所述待修复构件中所属区域的切割参数中，提取出切割速度和切割深度；

[0025] 根据所述切割速度和所述路径线的长度，计算出切割时间，得到时间权重；

[0026] 根据所述切割深度，确定切割成本对应的成本权重。

[0027] 进一步的，所述最短路径算法包括Dijkstra算法、Bellman‑Ford算法和Floyd‑Warshall算法中的任一种。

[0028] 进一步的，当最短路径算法为Dijkstra算法时，所述基于所述起点和/或终点，采用最短路径算法对所述路径网络进行处理，得到最短路径的步骤，包括：

[0029] 将所述起点到各个所述路径节点的距离赋为无穷大，将起点的距离赋为零；

[0030] 计算所述起点到各邻接节点的邻接距离，根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点；其中，所述邻接节点为除所述起点之外的所有路径节点，所述最短节点为所有邻接节点中邻接距离最小的邻接节点；

[0031] 判断所述最新的最短节点是否为最后一个节点；

[0032] 若否，则计算所述起点到除所有所述最短节点外的各邻接节点的邻接距离，根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点，并返回执行所述判断所述最新的最短节点是否为最后一个节点的步骤；

[0033] 若是，则按照确定的顺序，将所述起点、所有所述最短节点连接，得到最短路径。

[0034] 进一步的，所述根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点的步骤，包括：

[0035] 从所有邻接距离中确定最小距离，将所述最小距离对应的邻接节点作为最短节点。

[0036] 进一步的，所述基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型的步骤，包括：

[0037] 基于待修复建筑的设计资料数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型；

[0038] 基于待修复建筑的现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的现状模型。

[0039] 第二方面，本发明实施方式提供一种建筑修复装置，包括建模模块、修复分析模块、路径生成模块、路径优化模块和切割模块；

[0040] 所述建模模块，用于基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；

[0041] 所述修复分析模块，用于将所述目标设计模型和所述现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；

[0042] 所述路径生成模块，用于确定所述待修复构件的材料件，并根据所述待修复构件的形状结构，在所述材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；其中，所述路径网络包括多条路径线和多个路径节点，所述起点和所述终点均为所述多个路径节点中的节点；

[0043] 所述路径优化模块，用于基于所述起点和/或终点，采用最短路径算法对所述路径网络进行处理，得到最短路径，并对所述最短路径进行优化，得到最优路径；

[0044] 所述切割模块，用于将所述最优路径编码成代码，并控制数控机床执行所述代码，以对所述材料件进行切割，得到目标构件。

[0045] 第三方面，本发明实施方式提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现如第一方面所述的建筑修复方法。

[0046] 第四方面，本发明实施方式提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的建筑修复方法。

[0047] 本发明实施方式提供的建筑修复方法、装置及电子设备，基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模得到目标设计模型和现状模型，根据目标设计模型和现状模型的比较分析，确定待修复构件，在确定待修复构件的材料件后，根据待修复构件的形状结构，在材料件上确定切割的起点、终点和路径网络，进而基于起点和/或终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径，从而将最优路径编码成代码，控制数控机床执行代码对材料件进行切割，得到目标构件，通过对路径网络处理得到最短路径，并对最短路径进行优化的方式，极大地减少了切割路径和切割成本，并缩短了修复工期以及降低了修复成本。

[0048] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0049] 为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0050] 图1示出了本发明实施方式提供的建筑修复系统的方框示意图。

[0051] 图2示出了本发明实施方式提供的建筑修复方法的流程示意图之一。

[0052] 图3示出了图2中步骤S17的部分子步骤的流程示意图之一。

[0053] 图4示出了本发明实施方式提供的建筑修复方法的流程示意图之二。

[0054] 图5示出了图2中步骤S17的部分子步骤的流程示意图之二。

[0055] 图6示出了本发明实施方式提供的建筑修复装置的方框示意图。

[0056] 图7示出了本发明实施方式提供的电子设备的方框示意图。

[0057] 附图标记说明：100‑建筑修复系统；10‑修复设备；20‑采集设备；30‑数控机床；40‑建筑修复装置；401‑建模模块；402‑修复分析模块；403‑路径生成模块；404‑路径优化模块；405‑切割模块；50‑电子设备。

具体实施方式

[0058] 下面将结合本发明实施方式中附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0059] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

[0060] 需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0061] 传统的修复技术，一般采用传统的木工技术、瓦工技术和石材修复技术。木工技术，主要采用拼接、雕刻和榫卯等技术，修复木构件。瓦工技术主要采用拼接、修补、调整和更换等技术，修复古建筑的瓦面。石材修复技术，主要采用传统的石工技术，如切割、打磨、粘接和修补等技术，修复石构件和石雕。传统修复技术需要较长的时间和高超的工艺技能，修复成本较高，且修复效果依赖于修复工匠的经验和技能。

[0062] 现代修复技术，一般采用钢筋混凝土结构、玻璃钢材料和硅藻泥材料进行修复。目前，一般采用3D打印技术打印修复构件，但是3D打印技术在打印大型件时，可能存在精度损失的问题，导致打印出的模型与原件存在一定的差异。对于需要高精度修复的古建筑构件，3D打印技术可能无法满足需求。同时打印过程所使用的材料成本也比较高，加上需要进行后续处理、涂装等步骤，使得成本相对较高。3D打印技术所需的打印时间相对较长，对于修复工作周期比较紧迫的古建筑修复任务可能存在时间压力。

[0063] 基于上述考虑，本发明实施方式提供一种建筑修复方法，其能够改善目前的修复技术所存在的修复工期长和成本高的问题。

[0064] 本发明实施方式提供的建筑修复方法，可以应用于图1所示的建筑修复系统100中，建筑修复系统100包括修复设备10、采集设备20和数控机床30，采集设备20可以通过有线或无线的方式与修复设备10通信连接，修复设备10可以通过网络与数控机床30通信连接。

[0065] 采集设备20包括但不限于是扫描设备、测量仪器和平板电脑等。

[0066] 采集设备20，用于对待修复建筑进行扫描，得到待修复建筑的现状扫描数据，并发送至修复设备10。其中，现状扫描数据包括待修复建筑的形状、大小和细节数据等。

[0067] 采集设备20，还用于搜集待修复建筑的设计资料数据，并上传至修复设备10。设计资料数据为待修复建筑的相关资料和数据，包括但不限于是历史资料、图纸、照片、测量数据和设计数据等。

[0068] 修复设备10可以是但不限于是：独立服务器、服务器集群、笔记本电脑、个人计算机和量子计算机等。

[0069] 修复设备10，用于：

[0070] 基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；

[0071] 将目标设计模型和所述现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；

[0072] 确定待修复构件的材料件，并根据待修复构件的形状结构，在材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；其中，路径网络包括多条路径线和多个路径节点，起点和终点均为多个路径节点中的节点；

[0073] 基于起点和终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径；

[0074] 将最优路径编码成代码，并将代码写入数控机床30。

[0075] 数控机床30，用于执行代码，以对材料件进行切割，得到目标构件。

[0076] 在本实施方式中，数控机床30可以是CNC机床。

[0077] 在一种可能的实施方式中，提供了一种建筑修复方法，参照图2，可以包括以下步骤。在本实施方式中，以该建筑修复方法应用于图1中的修复设备10来举例说明。

[0078] S11，基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型。

[0079] S13，将目标设计模型和现状模型进行比较分析，确定出待修复构件。

[0080] 应当理解的是，确定出的待修复构件至少为一个，一般的，都有多个待修复构件。针对每个待修复构件，均执行步骤S15‑S19。

[0081] S15，确定待修复构件的材料件，并根据待修复构件的形状结构，在材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络。

[0082] 在本实施方式中，路径网络包括多条路径线和多个路径节点，起点和终点均为多个路径节点中的节点。路径节点指的是路径中的关键点，路径线表示路径节点间的连线，一般的，一条路径线为两个路径节点的连线。

[0083] S17，基于起点和/或终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径。

[0084] S19，将最优路径编码成代码，并控制数控机床执行代码，以对材料件进行切割，得到目标构件。

[0085] 修复人员采用采集设备20（测量设备和扫描设备）对待修复建筑进行测量和扫描，得到待修复建筑的形状、大小和细节数据等，并打包成现状扫描数据发送至修复设备10。以及，修复人员采用采集设备20搜集到待修复建筑的历史资料、图纸、照片、测量数据和设计数据，并打包成设计资料数据上传至修复设备10。

[0086] 修复设备10接收到现状扫描数据和设计资料数据后，分别进行3D建模，得到待修复建筑的现状模型和目标设计模型。进而，将目标设计模型和现状模型进行对比分析，确定出待修复建筑的所有待修复构件。

[0087] 针对每个待修复构件，修复设备10可以对待修复构件进行结构分析，选择力学性能合适的材料件，例如木材、有机复合材料或金属材料。并根据待修复构件的形状结构和大小，在材料间上确定路径规划范围。进而根据待修复构件的形状结构，在材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络。

[0088] 在本实施方式中，路径网络的大小和形状可以与待修复构件的轮廓大小和形状相同。起点和终点可以是任意选定的不重合的两个路径节点，也可以是采用最短路径算法，从路径网络的所有路径节点中确定出的两个节点。

[0089] 针对每个待修复构件，修复设备10可以基于该修复构件对应的起点和终点，采用最短路径算法对该修复构件的路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径。从而，修复设备10将最优路径编码成代码，并将代码写入至数控机床30，将材料件实物放置至数控机床30上，数控机床30执行代码，对材料件进行七个，得到目标构件。

[0090] 不同的数控机床30的CNC机器控制系统支持的编码格式可能不同，需要选择支持所需编码格式的CNC机器控制系统。将路径信息转换成CNC机器控制系统所支持格式的代码。例如，可以是G代码，G代码是CNC机器常用的控制指令语言，可以用于描述CNC机器在工作时需要执行的操作，包括移动、加工和停止等。

[0091] 将优化输出的最优路径转换成代码格式，按照预定的格式进行编码，以便CNC机器进行识别和执行。并对转换得到的代码添加辅助指令，为了确保CNC机器能够正确地执行编码的指令，需要添加一些辅助指令，包括启动指令、停止指令、加工速度指令、进给速度指令等。这些指令可以保证CNC机器在执行加工任务时能够按照预定的方式进行移动和加工，从而实现优化输出的最优路径。

[0092] 最后，检查添加了辅助指令的代码的编码格式。在生成CNC机器可读取的编码之前，需要对编码格式进行检查和验证，以确保编码的正确性和可读性。可以使用专门的软件工具对编码格式进行检查和验证，确保编码的准确性和可靠性。

[0093] 上述建筑修复方法中，在确定出待修复构件的材料件的切割用的网络路径后，通过对路径网络处理得到最短路径，并对最短路径进行优化的方式，极大地减少了切割路径和切割成本，并缩短了修复工期以及降低了修复成本。

[0094] 进一步的，对于步骤S11，为了提高目标设计模型和现状模型的准确度，可以引入渲染、检查和修正。

[0095] 修复设备10可以基于待修复建筑的设计资料数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型，基于待修复建筑的现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的现状模型。在得到目标设计模型和现状模型后，进行渲染展示，修复人员可以对展示的目标设计模型和现状模型进行检查和修正。

[0096] 对于步骤S17，最短路径算法的设置可以灵活选择，例如，可以是Dijkstra算法，也可以是Bellman‑Ford算法，还可以是Floyd‑Warshall算法，即可以是任一种最短路径算法，在本实施方式中，不作具体限定。

[0097] 在一种可能的实施方式中，对于步骤S17，当最短路径算法为Dijkstra算法时，参照图3，可以通过以下步骤得到最短路径。

[0098] S171A，将起点到各个路径节点的距离赋为无穷大，将起点的距离赋为零。

[0099] S172A，计算起点到各邻接节点的邻接距离，根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点。

[0100] 在本实施方式中，邻接节点指的是除起点之外的所有路径节点。

[0101] S173A，判断最新的最短节点是否为最后一个节点。若否，执行步骤S174A，若否，则执行步骤S175A。

[0102] S174A，计算所述起点到除所有最短节点外的各邻接节点的邻接距离，根据所有该邻接距离，确定最新的最短节点。在步骤S174A之后，执行步骤S73A。

[0103] S175A，按照确定的顺序，将起点和所有最短节点连接，得到最短路径。

[0104] 对于步骤S172A和S174A中，根据所有邻接节点，确定最新的最短节点的方式，可以实施为：从所有邻接距离中确定最小距离，将最小距离对应的邻接节点作为最短节点。

[0105] 通过上述步骤S171A至S175A，能够快速且准确地得到最短路径。

[0106] 进一步的，为了使最优路径具有切割时间短、切割成本小且切割路径短的效果，在优化时引入时间权重、成本权重和距离权重。具体的，参照图4，在步骤S15生成切割的路径网络之后，在步骤S17对最短路径进行优化，得到最优路径之前，本发明实施方式提供的建筑修复方法还可以包括步骤S16。

[0107] S16，确定每条路径线的权重值，并根据所有路径线的权重值，构建初始权重矩阵。

[0108] 在本实施方式中，每条路径线的权重值可以包括时间权重、成本权重和距离权重。确定每条路径线的权重值的方式可以灵活设置，例如，可以是按预设规定确定，也可以是采用机器学习算法确定，在本实施方式中，不作具体限定。

[0109] 在一种可能的实施方式中，确定每条路径线的权重值的方式可以进一步实施为：依据设计资料数据，确定待修复构件的各区域的切割参数，针对每条路径线，根据路径线在所述待修复构件中所属区域的切割参数，确定路径线的时间权重和成本权重，并根据路径线的长度，确定距离权重。

[0110] 根据路径线在待修复构件中所属区域的切割参数，确定路径线的时间权重和成本权重的方式，可以进一步实施为：从路径线在待修复构件中所属区域的切割参数中，提取出切割速度和切割深度，根据切割速度和路径线的长度，计算出切割时间，得到时间权重，根据切割深度，确定切割成本对应的成本权重。

[0111] 需要说明的是，切割参数可以从设计资料数据中直接提取，也可以为认为设定的值，在本实施方式中，不作具体限定。

[0112] 通过上述方法得到每条路径线的权重值后，构建出路径网络的初始权重矩阵。

[0113] 在上述基础上，步骤S17中，在对最短路径进行优化时，引入权重矩阵。具体的，参照图5，可以包括以下步骤。

[0114] S171B，采用遗传算法，以权重矩阵为优化目标，对最短路径进行迭代。

[0115] 需要说明的是，在执行步骤S171B之前，需要根据最短路径，更新初始权重矩阵，得到权重矩阵。

[0116] 遗传算法是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，遗传算法是成熟的算法，以及可以使用任一种遗传算法，本实施方式中，不再赘述。

[0117] S172B，当迭代达到结束条件时，计算当前迭代得到的优化路径的各路径线的权重值，并依据优化路径的各路径线的权重值对权重矩阵进行更新，得到优化权重矩阵。

[0118] 结束条件的设置也可以灵活选择，例如，可以是权重值优化到预设的目标指标，也可以是迭代次数达到预设的迭代上限值，在本实施方式中，不作具体限定。

[0119] S173B，判断优化权重矩阵是否满足预设的目标指标。若是，执行步骤S174B，若否，则返回执行步骤S171B，直至优化权重矩阵满足预设的目标指标。

[0120] S174B，将优化路径作为最优路径。

[0121] 其中，预设目标指标包括目标加工时间、目标加工成本、目标加工距离、安全距离、加工精度和表面质量，是根据加工要求和目标设定的值。

[0122] 在步骤S172B中，当迭代达到结束条件后时，计算出优化权重矩阵中的所有时间权重的时间权重和，所有成本权重的成本权重和，以及所有距离权重的距离权重和，并得到优化路径的最外围路径，计算出最外围路径与材料件边缘的最短距离。还可以根据优化路径，确定出采用该优化路径对材料件进行切割后得到的构件的几何参数（包括尺寸、形状和表面相互位置等）。

[0123] 进而根据时间权重和、成本权重和、距离权重和、最短距离以及几何参数，判断是否满足预设指标。例如，时间权重和、是否小于或等于目标加工时间，成本权重和书否小于或等于目标加工成本，距离权重和是否小于或等于目标加工距离，最短距离是否小于安全距离，以及几何参数是否符合加工精度要求。若都满足，则优化路径为最优路径，否则，还需要继续优化。

[0124] 通过上述步骤S171B至步骤S174B的优化，对最优路径进行优化，得到优化路径，能够优化数控机床的刀具路径、刀具轨迹和工件装夹方式，减少刀具的切削力、刀具损耗和加工成本，缩短加工时间，并提高加工精度和安全性，以使数控机床能够达到更好的加工效果和效率。

[0125] 本发明实施方式提供的建筑修复方法，在确定出待修复构件后，结合材料件，确定出在材料件上切割的路径网络，并根据路径网络确定出最短路径，并引入路径线的成本权重、时间权重和距离权重等值，构成权重矩阵，以权重矩阵为优化目标，采用遗传算法对最短路径进行优化，得到优化后的权重矩阵满足目标指标的优化路径，实现优化数控机床30的刀具路径、刀具轨迹和工件装夹方式，从而能够极大地减少刀具的切削力、刀具损耗和加工成本，缩短加工时间，并提高加工精度和安全性，以使数控机床30能够达到更好的加工效果和效率。

[0126] 同时，利用数控机床30（CNC）执行优化路径转换成的G代码，来对材料件进行加工、制造和修复古建筑的构件。通过数字化建模和CNC加工技术，可以更好地制造和修复古建筑的构件，能够极大地提高构件的精度和质量，并可以更好地保留古建筑的原始结构和特点。并且，通过CNC机床进行钻孔和榫卯加工，可以提高精度和速度，同时减少人力劳动和误差。
此外，CNC技术具有数字化的特点，可以将古建筑修复的数据进行数字化处理，方便存储、管理和传递，为后续的修复工作提供更好的支持和保障。

[0127] 基于与上述建筑修复方法相同的构思，在一种可能的实施方式中，还提供了一种建筑修复装置40，可以应用于图1中的修复设备10。参照图6，建筑修复装置40可以包括建模模块401、修复分析模块402、路径生成模块403、路径优化模块404和切割模块405。

[0128] 建模模块401，用于基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型。

[0129] 修复分析模块402，用于将目标设计模型和现状模型进行比较分析，确定出待修复构件。

[0130] 路径生成模块403，用于确定待修复构件的材料件，并根据待修复构件的形状结构，在材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络。其中，路径网络包括多条路径线和多个路径节点，起点和所述终点均为多个路径节点中的节点。

[0131] 路径优化模块404，用于基于起点和/或终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径。

[0132] 切割模块405，用于将所述最优路径编码成代码，并控制数控机床执行代码，以对材料件进行切割，得到目标构件。

[0133] 上述建筑修复装置40中，通过建模模块401、修复分析模块402、路径生成模块403、路径优化模块404和切割模块405的协同作用，在确定出待修复构件的材料件的切割用的网络路径后，通过对路径网络处理得到最短路径，并对最短路径进行优化的方式，极大地减少了切割路径和切割成本，并缩短了修复工期以及降低了修复成本。

[0134] 关于建筑修复装置40的具体限定可以参见上文中对于建筑修复方法的限定，在此不再赘述。上述建筑修复装置40中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于电子设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于电子设备的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

[0135] 在一种实施方式中，提供了一种电子设备50，该电子设备50可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该电子设备50包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口和输入装置。其中，该电子设备50的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备50的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备
50的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信（NFC）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式提供的建筑修复方法。

[0136] 图7中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的电子设备50的限定，具体的电子设备50可以包括比图7中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

[0137] 在一种实施方式中，本发明提供的建筑修复装置40可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图7所示的电子设备50上运行。电子设备50的存储器中可存储组成该建筑修复装置40的各个程序模块，比如，图6所示的建模模块401、修复分析模块402、路径生成模块403、路径优化模块404和切割模块405。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的建筑修复方法中的步骤。

[0138] 例如，图7所示的电子设备50可以通过如图6所示的建筑修复装置40中的建模模块401执行步骤S11。电子设备50可以通修复分析模块402执行步骤S13。电子设备50可以通过路径生成模块403执行步骤S15。电子设备50可以通过路径优化模块404执行步骤S17。电子设备50可以通过切割模块405执行步骤S19。

[0139] 在一种实施方式中，提供了一种电子设备50，包括存储器和处理器，该存储器存储有机器可执行指令，该处理器执行机器可执行指令时实现以下步骤：基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；将目标设计模型和现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；确定待修复构件的材料件，并根据待修复构件的形状结构，在材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；基于起点和/或终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径；将最优路径编码成代码，并控制数控机床执行所述代码，以对材料件进行切割，得到目标构件。

[0140] 在一种实施方式中，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：基于待修复建筑的设计资料数据和现状扫描数据，进行3D建模，得到待修复建筑的目标设计模型和现状模型；将目标设计模型和现状模型进行比较分析，确定出待修复构件；确定待修复构件的材料件，并根据待修复构件的形状结构，在材料件的路径规划范围内，确定切割的起点和终点，并生成切割的路径网络；基于起点和/或终点，采用最短路径算法对路径网络进行处理，得到最短路径，并对最短路径进行优化，得到最优路径；将最优路径编码成代码，并控制数控机床执行所述代码，以对材料件进行切割，得到目标构件。

[0141] 在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

[0142] 另外，在本发明各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

[0143] 所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read‑Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0144] 以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。