CN112132964A - 基于介导现实技术的数字乡村建设管控***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于介导现实技术的数字乡村建设管控***及方法,包括以下步骤:1、采集预建区域的原始地形地貌的三维数据,对待建区域的目标形态进行三维预建模,得到预建区域目标模型;2、将预建区域模型与建设区域原始点云数据进行叠加,得到建设区域未来三维图(目标模型);3、实时采集建设区域点云数据,对建设区域现状三维图进行动态更新,实时可视化显示建设最新状态;通过建设的状态(实时现状图)与预建区域目标模型进行实时比对,通过视频叠加计算分析,判断是否存在违建或错建行为,若比对后存在则向监控人员发送预警信号。本发明可全程数字化实时管控乡村建设情况,助力于为管理部门提供数字乡村建设的实施高效精准管控服务。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型建模及管控的方法,属于三维建模领域,具体涉及一种基于介导现实技术的数字乡村建设管控***及方法。
背景技术
近年来,我国农村经济得到了快速的发展,城镇化建设的步伐也在逐级加速。然而,相比于城市建设,农村的建设还过于杂乱无序,制约了现代化乡村建设的健康发展。同时,违法占用耕地,违规建设等行为,不仅侵犯了国家利益,也给农村的绿色可持续发展带来了新的问题。因此,如何运用现代化技术手段,从源头有效的监控、预警乡村项目建设,显得尤为重要。
我国日益完善的卫星遥感服务、无人机技术,已能够较为精确、全面的实现农村目标区域的二三维数据采集。监控人员可以通过实时采集到的目标区域数据,以人工核查为主的方式实现监测。如何结合最新的人工智能、介导现实等最前沿的科技及技术,在实现全自动化的乡村建设的同时,又提供直观可视化的全流程监测及管控,具有较强的现实意义与应用价值。
发明内容
本发明主要是解决现有技术无法提供全面、直观、智能、可视化的农村建设全流程监控的问题,提出了一种基于介导现实技术的数字乡村建设管控***及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
基于介导现实技术的数字乡村建设管控方法,包括以下步骤:
步骤1、采集预建区域的原始地形地貌的三维数据,得到建设区域的原始点云数据;建设区域三维预建模,对建设区域的目标形态进行三维预建模,得到预建目标模型;
步骤2、将预建模型与建设区域的原始点云数据进行叠加,得到建设区域未来三维图(目标模型);
步骤3、在建设过程中,实时采集建设区域点云数据,对建设区域三维原始图进行更新,实时可视化显示在建区域的最新状态;在建设过程中,通过将在建的实时建设状态与预建目标模型进行比对,判断是否存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送报预警信号。
进一步的,还包括乡村建设修正及决策辅助步骤,具体包括以下步骤:
步骤4.1、判断在建设存在违建或错建行为时,通知整改;
步骤4.2、通过对在建区域点云数据的在线编辑,以可视化的形式告知最优整改方案;
步骤4.3、在整改完成后,再次采集在建区域的点云数据,检查整改后是否满足要求;若仍存在问题,则继续通知整改,直至整改完全合规。
进一步的,所述步骤1中的采集预建区域的原始地形地貌的三维数据具体包括以下步骤:
步骤1.1、运用机载激光雷达采集预建区域的三维数据,即原始点云数据;
步骤1.2、将采集到的原始点云数据进行预处理,分别提取地面数据和非地面数据;
步骤1.3、对于点云较为稀疏的区域,重新采集该区域点云数据;
步骤1.4、将所有数据整理、检查完成后,保存为LAS格式存储。
进一步的,所述步骤3具体包括以下步骤:
步骤3.1、定期对在建区域的数据扫描;
步骤3.2、采用无人机搭载的机载激光雷达,按照预设频率,定期扫描建设区域,获取实时的三维点云数据;
步骤3.3、实时采集的点云数据确定在建区域,与预建目标模型进行比对,判断在建区域是否超出预建目标模型所围成的闭合区域,若在建区域超出预建目标模型的闭合区域,则判断在建区域存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号;若未超出预建目标模型的闭合区域,则初步判断为建设合规,将点云中的点着色为预先设置的颜色,予以动态可视化显示判断是否按照预定的规划合理建设,并动态显示最新建设进度。
基于介导现实技术的数字乡村建设管控***,包括三维预建模模块、建设区域点云数据采集模块、叠加配准模块和基于MR技术的三维动态仿真模块,所述建设区域三维预建模模块用于对待建区域的目标形态进行三维预建模,得到预建目标模型;建设区域点云数据采集模块用于采集预建区域的原始地形地貌的三维数据,得到建设区域的原始点云数据;叠加配准模块用于将预建模型与建设区域的原始点云数据进行叠加,得到建设区域三维原始图;基于MR技术的三维动态仿真模块用于在建设过程中,实时采集建设区域点云数据,对建设区域三维原始图进行更新,实时可视化显示在建区域的最新状态;在建过程中,通过将实时建设状态与预建目标模型进行比对,判断是否存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号。
进一步的,还包括建设区域修正及决策辅助模块,所述建设区域修正及决策辅助模块用于判断在建区域存在违建或错建行为时,通知整改,通过对在建区域点云数据的在线编辑,以可视化的形式告知最优整改方案,在整改完成后,再次采集在建区域的点云数据,检查整改后是否满足要求;若仍存在问题,则继续通知整改,直至整改完全合规。
进一步的,建设区域点云数据采集模块用于运用机载激光雷达采集预建区域的三维数据,即原始点云数据;将采集到的原始点云数据进行预处理,分别提取地面数据和非地面数据;对于点云较为稀疏的区域,重新采集该区域点云数据;将所有数据整理、检查完成后,保存为LAS格式存储。
进一步的,基于MR技术的三维动态仿真模块用于定期对在建区域的数据扫描;采用无人机搭载的机载激光雷达,按照预设频率,定期扫描建设区域,获取实时的三维点云数据;实时采集的点云数据确定在建区域,与预建目标模型进行比对,判断在建区域是否超出预建目标模型所围成的闭合区域,若在建区域超出预建目标模型的闭合区域,则判断在建存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号;若未超出预建目标模型的闭合区域,则初步判断为建设合规,将点云中的点着色为预先设置的颜色,予以动态可视化显示判断是否按照预定的规划合理建设,并动态显示最新建设进度。
本发明的有益效果为:本发明通过申报的待建区域的三维预建模,之后通过在全流程采集到的实时数据,与预建模型比对,实时管理和跟踪建设情况,对违规加建、改建提供预警服务,可帮助管理部门全方位的管理和监控全流程建设情况,使用方便。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,本发明的基于介导现实技术的数字乡村建设管控方法主要通过以下技术方案,实现乡村建设的全流程三维可视化管控,具体实现步骤包括:
一、建设三维预建模步骤,用于对待建区域,半自动化的完成三维预建模,该建模的模型即为后续实建区域的依据。具体实现方法为:
1)提供1套以WebGL和Three.js库为支撑的半自动化建模工具软件;
2)工具软件将集成常用建设项目的基础部件模型,如墙壁、屋顶、楼梯、门窗等等;
3)用户通过拖动并组合基础部件,并制定其长宽高,逐步搭建成预建三维模型;
4)预建模型需要进行拓扑分析,看有没组合过程冲产生的拓扑错误;
5)三维模型采用OBJ格式保存,可旋转、缩放、修改基础部件;
6)最终,预建区域作为整体输出。
特别的,若不能熟练使用建模软件,可在乡村建设的主管部门的技术人员的指导、辅助下,以实时可视化的方式,逐步完成预建模型构建。
二、建设区域点云数据采集步骤,用于采集预建区域的原始地形地貌的三维数据,便于后续和预建模型的准确叠加。具体实现方法为:
1)运用机载激光雷达采集预建区域的三维数据;
2)将采集到的原始点云数据进行预处理,此类数据采用人工的方式,分别提取地面数据和非地面数据;
3)对于点云较为稀疏的区域,需要重新采集该区域数据;
4)将所有数据整理、检查完成后,保存为LAS格式存储。
三、建设区域叠加配准步骤,用于将预建模型和点云数据叠加在一起,便于后续的动态仿真和监控。具体实现方法为:
1)由于之前所构建的三维模型可自由旋转、缩放,且尺寸标注为真实的需建区域的尺寸,因此可直接将预建区域模型和点云数据按坐标位置叠加;
2)首先,确定LAS点云数据所采用的坐标系;
3)将预建模型在水平面上做平面投影;
4)选择平面投影的重心,作为预建模型与点云数据叠加的基准点;
5)将LAS点云数据和预建模型的OBJ格式,两者格式统一为OBJ格式;
6)确定LAS点云数据和预建模型的缩放比例;
7)借助OBJ文件可视化读取工具(如AutoCAD、Blender等),结合基准点坐标、缩放比例,将两者拖动到同一场景中,实现两类数据的一体化显示;
8)将场景中的三维数据,另存为OBJ单个文件,也即实现了三维地形点云数据和三维预建模型的配准和叠加。
特别的,在配准和叠加过程中,也可对预建模型作辅助评估,评估方法为:当基准点确定后,两者叠加过程中,若三维部分有所重叠,即出现拓扑错误,则表明预建模型需要调整。例如,当场地由于有其它建筑物遮挡,无法放下预建模型时,则会出现上述重叠情况。
四、基于MR技术的三维动态仿真步骤,前述步骤实现了预建区域的三维地形、环境模型与,预建完整三维模型的叠加显示,此步骤用于在建设过程中,按照数据采集频率,实时可视化显示建设的最新进度。具体实现方法为:
1)由于需要可视化监督实时的建设情况,因此需要定期完成对目标区域的数据扫描;
2)采用无人机搭载的机载激光雷达,按照既定频率(如每天),定期扫描建设区域,获取实时的三维点云数据;
3)将实时采集的点云数据,与前述步骤合并后的三维数据比对,判断是否按照预定的规划合理建设,并动态显示最新建设进度,具体步骤为:
a)对新扫描的点云数据做预处理,分割并提取在建区域部分的三维点云数据;
b)通过坐标转换和配准步骤,将新扫描的建设区域三维点云数据,和预先构建好的三维数据叠加;
c)通过MR技术中的虚拟现实技术,将预建模型的矢量模型加载并显示;
d)计算三维点云数据,是否超出预建矢量模型所围成的闭合区域;
e)若超出预建的矢量模型的闭合区域,则判断在建区域有违建嫌疑,将信息上报相关部门;
f)若未超出预建区域的矢量模型的闭合区域,则初步检测为建设合规,将点云中的点着色为预先设置的颜色,予以动态可视化显示。
4)同时,支持以智能移动设备为载体的实地勘察,当用平板电脑或智能手机对准待监测区域,则通过MR技术中的增强现实技术,自动加载预建模型,并显示各构件(墙壁、门窗、地板)的尺寸信息。在这种情况下,智能设备中将加载预建模型,并与实时的在建区域叠加,便于直观的观测是否有违建情况。
五、建设全流程精准监控及预警步骤,用于全流程监测建设情况,包括是否违建、是否有安全隐患等等。具体实现方法为:
1)将每天采集的在建区域三维数据均单独存储;
2)以建设区域叠加配准步骤构建好的三维地形模型和预建模型为底图,构建GIS地图服务;
3)将单独存储的每天的在建区域三维数据分别作为一个图层管理;
4)通过空间分析功能,可以精准的在不同的图层间分析差异,也即每天的在建进度和速度;
5)类似前述步骤和三维预建模型的比对方法,可以查出是否有超出预先申报建筑区域的违建行为;
6)通过人工辅助的方式,专业人员也可以通过比对分析,在建区域是否有影响建筑安全的漏建、错建行为;
7)所有的违建、漏建、错建行为,将通过网页推送的方式,及时通知监控人员,实现高效预警。
六、建设区域修正及决策辅助步骤,用于在建过程中,违建、漏建、错建的辅助整改和二次监测。具体实现方法为:
1)当监控人员发现在建区域存在违建、漏建、错建等行为时,将通知整改;
2)专业人员可通过对在建区域点云数据的在线编辑,以可视化的形式告知最优整改方案;
3)在整改完成后,需要通过机载激光雷达重新再次采集数据(或实地平板勘察)的方式,检查整改后是否满足要求;
4)若仍存在问题,则重复1)、2)、3)步骤,直至整改完全合规。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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。
Claims (8)
1.基于介导现实技术的数字乡村建设管控方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、采集预建区域的原始地形地貌的三维数据,得到建设区域的原始点云数据;建设区域三维预建模,对待建区域的目标形态进行三维预建模,得到预建区域目标模型;
步骤2、将预建区域模型与建设区域的原始点云数据进行叠加,得到建设三维原始图;
步骤3、在建设过程中,实时采集建设区域点云数据,对建设三维原始图进行更新,实时可视化显示在建区域的最新状态;在建设过程中,通过将在建区域的实时建设状态与预建区域目标模型进行比对,判断是否存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号。
2.根据权利要求1所述的基于介导现实技术的数字乡村建设管控方法,其特征在于,还包括建设修正及决策辅助步骤,具体包括以下步骤:
步骤4.1、判断在建区域存在违建或错建行为时,通知整改;
步骤4.2、通过对在建区域点云数据的在线编辑,以可视化的形式告知最优整改方案;
步骤4.3、在整改完成后,再次采集在建区域的点云数据,检查整改后是否满足要求;若仍存在问题,则继续通知整改,直至整改完全合规。
3.根据权利要求2所述的基于介导现实技术的数字乡村建设管控方法,其特征在于,所述步骤1中的采集预建区域的原始地形地貌的三维数据具体包括以下步骤:
步骤1.1、运用机载激光雷达采集预建区域的三维数据,即原始点云数据;
步骤1.2、将采集到的原始点云数据进行预处理,分别提取地面数据和非地面数据;
步骤1.3、对于点云稀疏的区域,重新采集该区域点云数据;
步骤1.4、将所有数据整理、检查完成后,保存为LAS格式存储。
4.根据权利要求2所述的基于介导现实技术的数字乡村建设管控方法,其特征在于,所述步骤3具体包括以下步骤:
步骤3.1、定期对在建区域的数据扫描;
步骤3.2、采用无人机搭载的机载激光雷达,按照预设频率,定期扫描建设区域,获取实时的三维点云数据;
步骤3.3、实时采集的点云数据确定在建区域,与预建区域目标模型进行比对,判断在建区域是否超出预建目标模型所围成的闭合区域,若在建区域超出预建目标模型的闭合区域,则判断在建区域存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号;若未超出预建目标模型的闭合区域,则初步判断为建设合规,将点云中的点着色为预先设置的颜色,予以动态可视化显示判断是否按照预定的规划合理建设,并动态显示最新建设进度。
5.基于介导现实技术的数字乡村建设管控***,其特征在于,包括建设区域三维预建模模块、点云数据采集模块、叠加配准模块和基于MR技术的三维动态仿真模块,所述三维预建模模块用于对待建区域的目标形态进行三维预建模,得到预建目标模型;建设区域点云数据采集模块用于采集预建区域的原始地形地貌的三维数据,得到建设区域的原始点云数据;叠加配准模块用于将预建区域模型与建设区域的原始点云数据进行叠加,得到建设区域三维原始图;基于MR技术的三维动态仿真模块用于在建设过程中,实时采集建设区域点云数据,对建设区域三维原始图进行更新,实时可视化显示在建区域的最新状态;在建设过程中,通过将在建设的实时建设状态与预建区域目标模型进行比对,判断是否存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号。
6.根据权利要求5所述的基于介导现实技术的数字乡村建设管控***,其特征在于,还包括建设修正及决策辅助模块,所述建设修正及决策辅助模块用于判断在建区域存在违建或错建行为时,通知整改,通过对在建区域点云数据的在线编辑,以可视化的形式告知最优整改方案,在整改完成后,再次采集在建设区域的点云数据,检查整改后是否满足要求;若仍存在问题,则继续通知整改,直至整改完全合规。
7.根据权利要求5所述的基于介导现实技术的数字乡村建设管控***,其特征在于,建设区域点云数据采集模块用于运用机载激光雷达采集预建区域的三维数据,即原始点云数据;将采集到的原始点云数据进行预处理,分别提取地面数据和非地面数据;对于点云较为稀疏的区域,重新采集该区域点云数据;将所有数据整理、检查完成后,保存为LAS格式存储。
8.根据权利要求5所述的基于介导现实技术的数字乡村建设管控***,其特征在于,基于MR技术的三维动态仿真模块用于定期对在建区域的数据扫描;采用无人机搭载的机载激光雷达,按照预设频率,定期扫描建设区域,获取实时的三维点云数据;实时采集的点云数据确定在建区域,与预建区域目标模型进行比对,判断在建区域是否超出预建目标模型所围成的闭合区域,若在建区域超出预建区域目标模型的闭合区域,则判断在建区域存在违建或错建行为,若存在违建或错建行为则向监控人员发送预警信号;若未超出预建目标模型的闭合区域,则初步判断为建设合规,将点云中的点着色为预先设置的颜色,予以动态可视化显示判断是否按照预定的规划合理建设,并动态显示最新建设进度。
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- 2020-08-18 CN CN202010829363.1A patent/CN112132964A/zh active Pending
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