CN108955723B - 增强现实市政管网的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：对用户进行定位；通过增强现实显示用户所在地周围的市政管网；根据地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。

Description

增强现实市政管网的校准方法
技术领域
本发明属于城镇化建设领域，具体涉及一种增强现实市政管网的校准方法。
背景技术
市政管网是包含多个市政部门(水、电、气、热)地下管道系统的集合，现代城市设计会采用“共同管沟”的方案铺设地下管网，而对于没有“共同管沟”的管道，往往错综复杂、缺乏条例的铺设在地下。在地下作业施工过程中，城市地下管线的定位对施工单位、工人而言是一个巨大的挑战，即使部分管线经过测绘，并存在图纸，仍旧不便于观察和理解，而由错误理解管线图纸或从根本上缺乏图纸的施工作业将可能造成重大的事故。
增强现实技术简称AR，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。这种技术不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段，这种技术随着随身电子产品运算能力的提升，增强现实的用途越来越广。
基于增强现实技术在三维立体的展示能力和将虚拟信息与现实信息融合的特性，发明人提供一种市政管线的立体展示系统。该系统使用时需要先确定使用者的位置，再调取相关的数据信息。
现有定位技术都存在偏差，GPS偏差在米级，北斗精准定位也会在运动中达到米级偏差。使用陀螺仪等方案辅助定位，受磁场等因素影响，也会存在偏差。基于AR的管网需要与环境贴合，一条管线偏差超过1-3米已经属于严重偏差，影响使用。
发明内容
有鉴于此，需要一种简单易行的方法对AR管网系统基于传感器的定位进行校准。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：
在AR环境中显示三维管网；
寻找一根管线作为校准管线；
找到一个地面校准点，找到正上方，微调AR中的x、y、z轴，进行三维逼近，直到位置重合；
在另一个地面校准点执行同样的操作，直至AR管线与实际两个地面定位点所对应的管线重合。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：
对用户进行定位；
通过增强现实显示用户所在地周围的市政管网；
根据地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
优选地，所述地面标记物包括：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。
优选地，所述地面标记物为市政地面设施。
优选地，所述对用户的定位通过混合跟踪技术获得。
优选地，根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
更优选地，根据至少三个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
优选地，在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，进行校准。
优选地，在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合。
根据本发明的第三个方面，本发明提供一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：
对用户进行定位，确定用户坐标；
调取用户坐标周围选定距离内的市政管线数据；
将管线数据叠加在地图数据上并通过AR显示装置显示；
根据地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
优选地，所述地面标记物包括：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。
优选地，所述地面标记物为市政地面设施。
优选地，所述对用户的定位通过混合跟踪技术获得。
优选地，根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
更优选地，根据至少三个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
优选地，在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，进行校准。
优选地，在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合。
优选地，所述用户坐标包括用户的位置、高度、方向中的一种或多种。
优选地，所述市政管线数据包括管网类别、管径、埋深、流向、完整性属性中的一种或多种。
优选地，所述管网在显示时根据类别和/或材质有所区分。
优选地，所述对用户的定位通过混合跟踪技术获得。
优选地，通过用户所用展示设备的传感器获得用户地理坐标和用户视线。
优选地，根据用户视线调整管线展示的角度。
附图说明
通过阅读参考一下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是示意地表示本发明的一些实施方式的方法的流程图。
图2是示意地表示增强现实市政管网的原理图。
图3A和图3B是示意地表示本发明的一些实施方式的原理图。
图4是示意地表示本发明的另一些实施方式的方法的流程图。
图5是示意地表示本发明的又一些实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明中，术语“混合跟踪技术”是指利用多种传感器进行定位的技术，所述多种传感器包括但不限于机械、超声波、电磁跟踪器、全球定位系统(Global positioningsystem,GPS)、数字罗盘、视觉摄像机或惯性跟踪器。
本发明涉及的增强现实市政管网的实施状态如图2所示，使用者使用AR显示设备可以在地面观察到地下的管线。所述AR显示设备中内置传感器可以确定其姿态。
本发明中的AR显示设备包括但不限于AR眼镜、AR头戴显示设备、智能手机、平板电脑等。
通过无线通讯模块与卫星、网络或移动基站联络，获得定位信息，进行数据传输。
根据本发明的一些实施方式，本发明的一种市政管网的立体展示方法，其包括：
S310对用户进行定位，确定用户坐标；
利用混合跟踪技术对用户进行定位，所述用户坐标包括但不限于用户的位置、高度、方向。
利用地理定位模块，例如GPS、北斗等卫星定位系统或移动通通信的基站可确定用户的地理坐标。利用在AR设备或其其配套装置中安装的用户视线捕捉模块可得到用户的姿态特征，例如高度、方向，倾斜角等。
所述用户视线捕捉模块可以是以AR设备姿态作为用户视线，也可以捕捉用户眼动作为用户视线，例如市售的眼动追踪插件。
S320调取用户坐标周围选定距离内的市政管线数据；
市政管线数据库存储有关管网的GIS信息、管网完整性信息及管线属性信息。所述管线属性信息包括但不限于：管网类别、管径、长度、流向、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息。
根据定位信息，调取定位点周围的管网信息。所述“周围”可以通过AR设备人为调节，也可根据使用习惯预先设置。
S330将管线数据叠加在地图数据上；并通过AR显示装置显示。
根据用户坐标和捕捉到的用户视线，显示用户视线内的AR管线。
S340根据地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
所述地面标记物包括但不限于：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。优选地，所述地面标记物为市政地面设施。
可以根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。优选至少三个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合。
如图3A和图3B所示，使用者先找到一条地下管线。通常市政在铺设管线时会在某个地面设置明显标记物，例如某井盖或地钉，但这些标记物往往相距较远。使用者在地面标记物1处从AR显示其中看到AR模型中的该管线和对应的AR地面标记物1。在所述地面标记物1正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物1与增强现实内容中对应的AR标记物1重合。
然后，使用者移动到下一个地面标记物2，重复前述操作，使所述地面标记物2与增强现实内容中对应的AR标记物2重合，如此类推。
一般两点校准即可使用，必要情况下，也可以利用更多的校准点进行校准。
实施例1
采用混合跟踪方式，获取使用增强现实系统的用户的位置、高度、方向。
通过云技术，联机获取当前定位点周边的所有市政管线数据，包括但不限于管网类别、管径、埋深、流向、完整性属性等。
根据获取的市政管线信息绘制三维管线，并将三维管线以实际埋深叠加在屏幕中，不同的管线采用不同颜色、不同的材质。
向屏幕中绘制一个行政区划地图，采用1:20比例尺绘制，地图以当前定位位置为中心，以当前朝向为上方，随操作人员移动而变化。
向屏幕中绘制一个当前位置的从地面向下观看的顶视图，该视图表现以当前位置为中心的5米*5米正方形区域的地下管线，对于管线下方被遮盖的管线，采用将上面管线半透明显示的方案。
向屏幕中绘制一个三维立方体，显示以当前视场中心对应的地下管线区域的抬升立方体模型。
寻找一根管线作为校准管线。
找到一个地面校准点，找到正上方，微调AR中的x、y、z轴，进行三维逼近，直到位置重合。
在另一个地面校准点执行同样的操作，直至AR管线与实际两个地面定位点所对应的管线重合。
本发明使用增强现实技术，通过在屏幕、全息屏幕上叠加显示管线实现了在接在可见的地上区域叠加不可见的地下管网。对于使用智能手机、平板电脑而言，通过GPS定位或其他定位方案获取当前位置信息，随后通过摄像头取景，将基于位置信息的管线绘制于摄影头取回的影像上，从而实现增强现实的效果。
对于使用新型增强现实设备(典型实例为微软公司HoloLens设备)而言，采用的定位及绘制方式与手机、平板方式类似，但管网将被直接全息投影在全息屏幕中，因此可具备更强的临场感。
经过本发明校准方法，解决了由于定位误差造成的AR的管网与环境不贴合的问题，提高了AR管网的实用性。
本发明不限于上述实施方式，在本发明思想的范围内可以进行各种变更。本发明已通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (16)

1.一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：
对用户进行定位；
通过增强现实显示用户所在地周围的市政管网；
根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准，其中在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合；其中所述地面标记物为市政地面设施。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述地面标记物包括：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，进行校准。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述地面标记物正上方，微调AR中的x、y、z轴，进行三维逼近，直到显示与AR模型中对应的AR地面标记物位置重合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述对用户的定位通过混合跟踪技术获得。
6.一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：
在AR环境中显示三维管网；
寻找一根管线作为校准管线；
找到一个地面校准点，找到正上方，微调AR中的x、y、z轴，进行三维逼近，直到显示与AR模型中对应的位置重合，其中所述地面校准点选取的地面标记物为市政地面设施；
在另一个地面校准点执行同样的操作，直至AR管线与实际两个地面定位点所对应的管线重合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述地面标记物包括：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的方法，其中根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，进行校准。
10.根据权利要求6所述的方法，其中在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合。
11.一种增强现实市政管网的校准方法，其包括：
对用户进行定位，确定用户坐标；
调取用户坐标周围选定距离内的市政管线数据；
将管线数据叠加在地图数据上并通过AR显示装置显示；
将增强现实内容中对应的AR标记物与地面标记物进行校准，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合，其中所述地面标记物为市政地面设施。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述地面标记物包括：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。
13.根据权利要求11所述的方法，其中根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，进行校准。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述对用户的定位通过混合跟踪技术获得。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述市政管线数据包括管网类别、管径、埋深、流向、完整性属性中的一种或多种。
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