一种土方施工三维实时导航方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种土方施工三维实时导航方法及系统，属于施工导航领域。该方法基于工程机械高精度定位数据计算工程机械的三维空间位姿，通过加载数据库中的施工场地三维实景模型数据和施工场地三维设计模型数据，依据当前工程机械三维空间位姿，匹配三维实景模型和三维设计模型。基于三维实景模型和三维设计模型之间的差异，高亮显示该部分三维模型。依据工程机械三维空间位姿，结合当前所处施工阶段，规划工程机械施工轨迹。在所显示的三维设计模型上添加施工轨迹的导航线和导航箭头，生成三维导航场景。本发明专利技术解决了长久以来土方施工面临的数字化程度低，施工导航展示不直观等问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种土方施工三维实时导航方法及系统


[0001]本专利技术属于施工导航领域，更具体地，涉及一种土方施工三维实时导航方法及系统。

技术介绍

[0002]土方施工是建筑工程中主要施工过程之一，长期以来土方施工面临着数字化程度低，施工导航展示不直观等问题的困扰，在现有的技术中缺少为土方施工提供导航的有效系统和工作方法。
[0003]在道路驾驶领域，各种形式的三维车载导航软件成为车辆驾驶中的有效导航手段。驾驶员可以通过三维地图判断所要前进的方向，找到行驶的道路。在土方施工过程中，工程机械的操作员缺少直观的施工任务实时获取和展示方法，施工要达到的效果缺少直观的展示方式，操作员对要行驶的方向和要完成的工程量难以有直观的认识。
[0004]随着三维建模，5G和大数据等技术的不断成熟，为土方施工的三维数字化导航提供了保障。在强夯机施工，盾构机施工等领域，施工导航技术已陆续实现，但在土方施工过程中，仍缺少有效直观的导航手段。因此本专利技术基于上述分析，提出了一种土方施工三维实时导航系统及其工作方法。

技术实现思路

[0005]针对现有土方施工三维导航技术缺失或改进需求，本专利技术旨在提供一种土方施工三维实时导航方法及系统，实现土方施工三维实时导航，以提升土方施工的数字化管理程度，进而提升施工效率。
[0006]为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种土方施工三维实时导航方法，包括：
[0007]离线建模阶段：
[0008]S1.加载施工场地的三维实景模型和设计模型；
[0009]S2.比较并存储和/或显示三维实景模型和设计模型的差异；
[0010]在线导航阶段：
[0011]S3.获取工程机械三维空间位姿，包括工程机械的位置信息和姿态信息；
[0012]S4.依据当前工程机械在三维空间内的位置信息，加载该工程机械当前位置和视角下的三维实景模型和施工场地设计模型，并读取该工程机械当前位置的三维实景模型和设计模型的差异；
[0013]S5.依据三维实景模型和设计模型的差异，结合当前位置的工程机械类型，匹配所要执行的施工工艺，规划工程机械施工轨迹；
[0014]S6.在施工场地的三维实景模型和设计模型中添加施工轨迹的导航信息，指引被导航工程机械从当前位置开始施工。
[0015]进一步地，所述施工场地三维实景模型数据，为包括施工场地三维实景模型高精
度信息的矢量数据和尺度信息数据，所述施工场地三维设计模型数据，为包含施工场地设计模型高精度信息的矢量数据和尺度信息数据。
[0016]进一步地，所述工程机械包括推土机、压路机、平地机、装载机、挖掘机、摊铺机或矿用卡车；所述施工工艺包括网格布土、摊铺粗平、精平或碾压。
[0017]进一步地，步骤S6包括结合所加载的施工场地三维实景模型数据生成三维导航场景，添加工程机械施工轨迹导航线、导航箭头，指引被导航工程机械从当前位置开始施工，生成三维导航场景并以大比例显示，实现土方施工三维实时导航。
[0018]进一步地，步骤S4中，高亮显示施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据，图5展示此视图的实例，其中以施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据的高程差ΔH
i
来确定高亮显示的颜色。
[0019][0020]其中，C1～C4表示不同的颜色，b1、b2为预设阈值。
[0021]进一步地，步骤S5中，结合高亮显示的施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据的高程差ΔH
i
来确定施工导航的具体内容。
[0022][0023]其中，D
i
代表结合施工工艺的导航内容，从土方工程机械施工工艺库中匹配和调取，所述土方工程机械施工工艺库用于存储、整理、分类和匹配不同土方机械所处施工过程，规划工程机械的施工轨迹。
[0024]进一步地，步骤S5包括：
[0025]S5.1将施工场地范围用n个坐标点(x1,y1,z1)
…
(x
i
,y
i
,z
i
)
…
(x
n
,y
n
,z
n
)表示；
[0026]S5.2假设已知作业面开始作业坐标点，将作业路径起点为距离该点偏移一预设位置量的坐标点，计算方法包括：
[0027]4)根据给定作业面的顶点坐标，确定机械作业方向；遍历所有组合情况，寻找最少的作业次数，以该组合情况确定作业方向和作业起点；
[0028][0029]6)路径长度以i,j为顶点的直线路径，其长度L
k
为
[0030][0031]式中：(x
i
,y
i
,z
i
)为i点坐标；(x
j
,y
j
,z
j
)为j点坐标；L
k
为多边形地块的第k条直线路径长，第k条直线路径上有的点个数为其中，a表示直线路径上相邻两个路径点的间距。
[0032]进一步地，还包括如下步骤：
[0033]S7.高亮显示包含三维实景模型和施工场地设计模型差异的三维模型，并以大比例尺度显示三维导航场景，实现三维实时导航。
[0034]为了实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述的土方施工三维实时导航方法。
[0035]为了实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种土方施工三维实时导航系统，包括如前所述的计算机可读存储介质以及处理器，处理器用于调用和处理计算机可读存储介质中存储的计算机程序。
[0036]总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0037]1、本专利技术的土方施工三维实时导航方法通过将施工场地三维实景模型数据和施工场地三维设计模型数据进行比较获取差异，依据工程机械所处位姿对差异信息进行加载和工艺匹配，并结合所处区域的施工工艺添加导航信息，指引被导航工程机械从当前位置开始施工，从而解决了长久以来土方施工面临的数字化程度低，施工导航展示不直观等问题。
[0038]2、本专利技术首先依据工程机械的空间坐标及位姿(航向角，仰俯角，倾斜角)信息，加载当前位置和视角下的施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据，结合工程机械类型和所要执行的施工工艺，规划工程机械施工轨迹，添加工程机械施工轨迹导航线、导航箭头，指引被导航工程机械从当前位置开始施工，提升土方施工的数字化管理程度，进而提升施工效率。
[0039]3、本专利技术所述的加载施工场地三维实景模型数据，以及加载施工场地设计模型数据，能够通过模型匹配进行模型对齐，能够高亮显示施工场地三维实景模型和工场地设计模型之间的差异，可视化展示所要完成的工程量，提升土方施工三维实时导航本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，包括：离线建模阶段：S1.加载施工场地的三维实景模型和设计模型；S2.比较并存储和/或显示三维实景模型和设计模型的差异；在线导航阶段：S3.获取工程机械三维空间位姿，包括工程机械的位置信息和姿态信息；S4.依据当前工程机械在三维空间内的位置信息，加载该工程机械当前位置和视角下的三维实景模型和施工场地设计模型，并读取该工程机械当前位置的三维实景模型和设计模型的差异；S5.依据三维实景模型和设计模型的差异，结合当前位置的工程机械类型，匹配所要执行的施工工艺，规划工程机械施工轨迹；S6.在施工场地的三维实景模型和设计模型中添加施工轨迹的导航信息，指引被导航工程机械从当前位置开始施工。2.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，所述施工场地的三维实景模型，包括施工场地三维实景模型高精度信息的矢量数据和尺度信息数据；所述施工场地的三维设计模型，包含施工场地设计模型高精度信息的矢量数据和尺度信息数据。3.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，所述工程机械包括推土机、压路机、平地机、装载机、挖掘机、摊铺机或矿用卡车；所述施工工艺包括网格布土、摊铺粗平、精平或碾压。4.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S6包括结合所加载的施工场地三维实景模型数据生成三维导航场景，添加工程机械施工轨迹导航线、导航箭头，指引被导航工程机械从当前位置开始施工，生成三维导航场景并以大比例显示，实现土方施工三维实时导航。5.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S4中，高亮显示施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据，图5展示此视图的实例，其中以施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据的高程差ΔH
i
来确定高亮显示的颜色。其中，C1～C4表示不同的颜色，b1、b2为预设阈值。6.依据权利要求5所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S5中，结合高亮显示的施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据的高程差ΔH
i
来确定施工导航的具体内容。

【专利技术属性】
技术研发人员：尤轲，丁烈云，周诚，陈维亚，彭刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：