CN110222137A - 一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统 - Google Patents
一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，包括二维地形成图系统、倾斜摄影实景三维系统、地下管网线路系统、导航系统、AR增强现实识别系统，上述系统分别通过相应交换机与智慧校园管理总机相连接。其中二维地形成图系统含空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统；倾斜摄影实景三维系统含可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统；地下管网线路系统含节点编辑分析系统、动态监测预警系统；导航系统含室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统；AR增强现实识别系统含AR图像识别跟踪系统、空间方位感知系统、AR手势、语音识别系统。
Description
技术领域：
本发明涉及测绘技术与计算机技术结合技术领域，尤其涉及一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统。
背景技术：
随着教育事业的发展，教育逐渐向素质教育转变，这对教学工作提出更高的要求，学校等教育事业者采取了很多措施来改进教学手段，其中，智慧校园的建设成为一个必不可少的部分。
智慧校园概念是在智慧加互联网的基础上，把学校数字化并与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控与管理的一种网络化管理。将其用户端延伸和进行扩展到校园内物体之间，进行交流和通信。
目前对智慧校园的研究主要在教学管理系统、图书馆管理系统、一卡通管理系统，传统三维数字化校园等领域，而将BIM建筑信息模型、SLAM同步定位与地图构建、OSGB倾斜摄影模型与AR增强现实技术应用在智慧校园GIS平台的探讨不多。虽然很多学校都建立起自己的智慧校园体系，但其利用潜力远未开发，特别是倾斜摄影建模技术与BIM建筑信息模型相结合，BIM建筑信息模型与AR增强现实技术深度融合，构建虚拟校园与现实世界深度融合。传统的校园网只用来做计算机课程的教具，而网络的根本特性传播、存储、共享等功能还未能充分运用，使得更多本来可以纳入信息化GIS平台管理的工作需要大量的人力资源来进行管理，不但不能做到实时管理，而且造成了许多不必要的浪费。传统的导航对建筑物内部导航会受到信号减弱导致精度误差大，对于校园内大型结构复杂建筑物实行三维室内导航可以很好解决室内导航问题。传统的数字化校园对校园进行展示停留在人工建模阶段，耗时耗力，利用倾斜摄影建模技术可以快速实现校园实景复原。利用BIM建筑信息模型、SLAM同步定位与地图构建、OSGB倾斜摄影技术和AR增强现实技术结合可以进一步增强现实世界与三维世界的交互融合。因此对于如何建设新型智慧校园GIS管理平台，急需提供基于一种二三维一体化展示，智能规划校园设计、智能校园导航、BIM技术、SLAM技术、OSGB倾斜摄影技术与AR增强现实技术相结合的解决方案。
发明内容：
本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统。
本发明提供的技术方案是：一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，其特殊之处在于，该系统包括二维地形成图系统、倾斜摄影实景三维系统、地下管网线路系统、导航系统、AR增强现实识别系统；上述系统分别通过相应交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述二维地形成图系统为智慧校园二维地形成图控制系统，包括空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统；是根据校园范围面积实地测量获取校园内的基础地理数据，通过测量绘图软件绘制而成校园地形图，获取绘制成的校园地形信息数据均通过智慧校园系统的二维地形成图系统进行分析、展示；其中空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统通过校园二维地形成图系统的后台服务器、二维地形成图系统交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述倾斜摄影实景三维系统为智慧校园倾斜摄影实景三维控制系统，包括可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统，是根据倾斜摄影建模技术实现校园实景复原，通过无人机搭载五镜头摄像机对校园进行航拍，获取校园的航拍影像数据，接着将影像数据导入自动化建模软件Smart 3D进行自动化建模；其中可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统通过倾斜摄影实景三维系统的后台服务器、倾斜摄影实景三维系统交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述地下管网线路系统为智慧校园地下管网线路控制系统，包括节点编辑分析系统、动态监测预警系统，是根据校园地下管网图并基于三维建模技术制作三维地下管网模型，三维地下管网模型由AR增强现实识别系统进行识别触发，通过AR增强现实识别系统可以智能加载地下管网线路模型；其中节点编辑分析系统、动态监测预警系统通过地下管网线路系统的后台服务器、地下管网线路系统的交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述导航系统为智慧校园导航控制系统，包括室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统，是根据室内传感器、移动设备搭载的GPS、移动网络设备、室内三维BIM建筑信息模型、行业导航数据共同实现；室内三维导航系统包括多个室内传感器、室内信号发射器，实现建筑物内信号全覆盖；所述的室内传感器包括多个距离传感器方向传感器、线性加速度传感器；所述室内三维BIM建筑信息模型包括建筑物内各楼层基础数据与属性信息；所述行业导航数据包括校内精细化基础信息数据；室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统通过导航系统的后台服务器、导航系统的交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述AR增强现实识别系统为智慧校园AR增强现实控制系统，包括AR图像识别跟踪系统、空间方位感知系统、AR手势语音识别系统，是根据室内三维BIM建筑信息模型、SLAM同步定位与地图构建、OSGB倾斜摄影模型与AR增强现实物理引擎、外置传感器IMU、GPS、移动设备摄像头相结合实现；其中AR图像识别跟踪系统、AR手势、语音识别系统、空间方位感知系统通过AR增强现实识别系统的后台服务器、AR增强现实识别系统的交换机与智慧校园管理总机相连接。
进一步的，所述导航系统中的行业导航系统的数据制作，满足如下条件：
1）采集校园内地物基础地理数据；
2）拓扑构网；
3）拓扑检查；
4）构建网络数据源；
5）添加交通规则；
6）创建网络分析索引；
7）使用FME空间数据转换处理
8）上传行业导航系统服务器。
进一步的，所述导航系统中室内三维BIM建筑信息模型的制作，满足如下条件：
1）楼层展示数据制作，新建平面场景；
2）楼层面数据制作，导入校园建筑物基础信息数据，为楼层面数据添加属性信息；
3）楼层点数据制作，导入校园建筑物基础信息数据，为楼层点数据添加属性信息；
4）导入建筑物基础信息数据；
5）导航路径数据制作：基于构建好的楼层点、面数据，进行网络分析、拓扑构网，构建二维网络；
6）相机属性数据制作：经度、纬度、高度、方位角、倾斜角、楼层索引、楼层名称、楼层ID七个属性；
7）FME空间数据转换处理工具；使用FME空间数据转换处理将制作好的模型转换为BIM建筑信息模型数据格式；
8）并上传至导航系统服务器。
本发明的有益效果：1、对于校园内大型结构复杂建筑物充分利用倾斜摄影技术和BIM建筑信息模型结合实行三维室内导航，可以很好解决三维室内导航定位问题；2、利用倾斜摄影建模技术可以快速实现校园实景复原，并利用校园实景模型用于规划设计，对校园实景模型进行分析测量可以大大减少人工测量工作量，模型精度可达5cm以内；3、利用BIM建筑信息模型、SLAM同步定位与地图构建、OSGB倾斜摄影技术和AR增强现实技术结合可以进一步增强现实世界与三维世界的交互融合；4、导航系统可以自定义道路导航，不在依赖第三方地图的导航数据，丰富了数据源、帮助用于便捷的获取和更新导航数据，摆脱了传统导航数据更新不及时、小范围区域内路线不全面的困扰，提供了更加准确的导航信息，智慧校园行业导航是自定义导航服务，具有数据更新快，导航成本小特点，AR步行导航提升用户实现虚拟世界与现实世界交互的多样性，与传统导航相比具有更加直观方便，导航精确；5、可以方便学校的日常管理规划和学生日常生活，具有一定的社会效益和经济效益。
附图说明：
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明的AR增强现实识别系统的结构图；
图3为本发明的导航系统的结构图；
图4为本发明的倾斜摄影实景三维系统的结构图；
图5为本发明的二维地形成图系统的结构图；
图6为本发明的地下管网线路系统的结构图；
图7为本发明的AR增强现实识别系统物理引擎坐标系图；
图8为本发明的室内三维BIM建筑信息模型制作流程图；
图9为本发明的行业导航系统导航数据制作流程图。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述。应该理解的是，此处所描述的是具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定于本发明。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9所示，一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，包括二维地形成图系统、倾斜摄影实景三维系统、地下管网线路系统、导航系统、AR增强现实识别系统，将上述系统分别通过相应的交换机与智慧校园管理总机相连接；其中二维地形成图系统含空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统；倾斜摄影实景三维系统含可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统；地下管网线路系统含节点编辑分析系统、动态监测预警系统；导航系统含室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统；AR增强现实识别系统含AR图像识别跟踪系统、空间方位感知系统、AR手势、语音识别系统；
AR增强现实识别系统为智慧校园AR增强现实识别控制系统，包括 AR图像识别跟踪系统、AR手势语音识别系统、空间方位感知系统，是根据BIM建筑信息模型、SLAM同步定位与地图构建、OSGB倾斜摄影模型与AR增强现实物理引擎、外置传感器IMU、GPS、移动设备摄像头相结合实现；AR图像识别跟踪系统、AR手势、语音识别系统、空间方位感知系统通过AR增强现实识别系统的后台服务器、校园实景AR增强现实系统交换机与智慧校园管理总机相连接，其中外置传感器IMU、GPS、摄像头将所获取到的场景信息通过无线通讯装置传输到控制中心，控制中心对信息进行计算处理与校园实景AR增强现实后台服务器、交换机相交互；
本实施例中，智慧校园AR增强现实识别系统的无线通讯装置为Wifi、4G网络中的一种或多种；
优选方案，AR增强现实识别系统具有以下组成方式：
1）控制中心，系统使用计算机作为控制中心，通过无线通讯装置对传感器回馈实时信号进行分析计算和三维感知，并基于三维感知对校园进行SLAM同步定位与地图构建、BIM建筑信息模型、OSGB倾斜摄影模型的三维重建渲染、实现虚拟融合；
2）无线通讯装置，控制中心与系统模块之间信号传输的枢纽，实现传感器与计算机之间的信号传递和转换，在校园内部能够大范围信号传递，并且具有网络自我诊断功能，保证了信号的稳定性；
3）传感器，在智慧校园AR增强现实识别系统中运用到的是外置传感器IMU、GPS、移动设备摄像头，通过传感器对校园场景理解，基于 AR图像识别跟踪系统、AR手势语音识别系统、空间方位感知系统对AR模型智能触发，并将其感应信号通过无线通讯装置转换传递给控制中心，实现智能探测和智能识别；
考虑到校园各功能区AR增强现实功能使用情况都不尽相同，对于不同的功能区的实施方面也会有所出入；在优选方案中，为了使AR增强现实识别系统能最大限度的智能识别校园地物，更好的实现虚拟与现实融合，将校园内每个功能区根据其用途特点以及不同时间段校园各功能区使用时间条件而分别制作不同类型的三维模型，不同类型的三维模型在控制中心的调控下也会有不同的加载策略；例如：对于学校整体来说，通过校园内放置二维识别图，当传感器接收到校园识别图的信号并将信号通过无线通讯装置传送给控制中心，控制中心将对识别图进行判断，如果是学校整体识别图，AR图像识别跟踪则加载OSGB倾斜摄影模型，如果是学校建筑物识别图，AR图像识别跟踪则进行SLAM同步定位与地图构建，如果是学校建筑物内部识别图，AR图像识别跟踪则加载BIM建筑信息模型，以减少对移动设备性能的消耗，以最大限度的确保校园实景AR增强现实模块实现虚拟与现实的人机交互；
对于AR图像识别跟踪系统，AR图像识别跟踪系统作为校园实景AR增强现实系统的子系统，有着快速识别校园内各种二维识别图能力，识别正确率达到98%，对于学校整体识别图，AR图像识别跟踪系统将将加载OSGB倾斜摄影模型，对于学校建筑物识别图，AR图像识别跟踪系统将进行SLAM同步定位与地图构建，对于学校建筑物内部识别图，AR图像识别跟踪系统将加载BIM建筑信息模型；对于OSGB倾斜摄影模型，作为AR增强现实模型的重要组成部分，采用无人机搭载五镜头摄像机对校园进行航拍，获取校园的航拍影像数据，接着将影像数据导入自动化建模软件Smart 3D进行自动化建模，接着制作学校二维识别图，通过传感器识别，无线通讯装置传输信号，控制中心进行计算分析和动态加载；对于SLAM同步定位与地图构建，作为AR增强现实模型的重要组成部分，通过实时估计相机的位置和朝向，把相机拍过的场景实时记录下来，来构建周围环境的三维结构；对于BIM建筑信息模型，作为AR增强现实模型的重要组成部分，通过校园建筑物内部识别图，传感器获取校园建筑物内部信息，无线通讯装置传输信号，控制中心进行分析计算和动态加载校园建筑物内部管线信息，并与校园建筑物进行匹配；
对于识别图，识别图作为AR图像识别跟踪系统的重要组成部分，满足如下条件：
1）格式规范，识别图应为不小于960*960像素、识别图格式应为JPG、识别图内容应小于3M；
2）图形规范，识别图必须是2D平面图形，不支持实体物作为识别物；
3）纹理规范，特征丰富原则，识别图的特征点要尽可能的丰富突出，可通过不同形态、不同形状的设计元素构造丰富的特征点； 纹理相似度原则，识别图的纹理相似度高会导致识别率下降，可通过组合、叠加、手绘等形式减少相似度高的纹理，识别图纹理分布均匀;纹理对比度原则，识别图相邻像元间的灰度值差别应尽量大；
4）材质规范; 识别图使用高分辨率、高清晰度、高像素的识别图，反光、图像过暗、有噪点、强曝光的图片不能作为识别图；
5）特别的，对于校园整体识别图，校园整体识别图的制作先通过无人机获取校园的影像数据，接着使用自动化建模软件Smart 3D 生成OSGB倾斜摄影模型，接着由OSGB倾斜摄影模型生成数字正射影像DOM，然后将数字正射影像DOM转换为JPG格式；
对于AR手势识别系统，AR手势识别系统作为校园实景AR增强现实模块的子系统，有着快速识别手势能力，识别正确率达到98%，对于手势识别系统，AR手势识别系统预定义单手手掌（五指伸展）、点赞（拇指向上）、OK（食指和拇指扣环）、比心（食指与拇指交叉）、单手比一（食指伸出）等五种手势；手势识别的模型由模型库封装而成，适用于外置传感器IMU、GPS、摄像头的空间识别。首先通过外置传感器IMU、GPS、摄像头识别手势，接着传感器获取对应手势的场景模型信息，再通过无线通讯装置传输信号，控制中心进行分析计算和动态加载场景模型信息；
对于AR语音识别系统，AR语音识别系统作为校园实景AR增强现实模块的子系统，提升用户实现虚拟世界与现实世界交互的多样式，校园实景AR增强现实系统集成AR语音识别系统，通过语音交互来识别校园内的地物，并与现实世界深度融合。先通过移动设备获取必要的系统权限，AR语音识别系统将智能识别用户所用的语句命令，无线通讯装置将信号传输至控制中心，控制中心根据语句命令与模型库进行匹配，最后加载相对应的场景模型；
对于空间方位感知系统，空间方位感知系统作为校园实景AR增强现实系统的子系统，结合AR增强现实物理引擎，向校园场景三维模型添加物理属性，让三维模型在虚拟与现实中实现碰撞与被碰撞、重力下落以及约束等效果；
实现空间方位感知系统需在AR增强现实物理引擎中建立物理世界坐标系，并预设重力系数为9.8；如图7所示，物理世界坐标系使用的是右手坐标系，接着对校园场景模型基于右手坐标系构建物理碰撞体，构建完成的碰撞体拥有质量、弹性系数、摩擦系数、碰撞体类型、碰撞体形状、形状缩放系数属性。碰撞体的类型在AR增强现实物理引擎中预定义了静态、运动、动态类型。碰撞体的形状在AR增强现实物理引擎中预定义了长方体、球体、胶囊体、圆柱体、圆锥体、网格表面六种碰撞体形状。传感器获取对应的场景模型碰撞信息，再通过无线通讯装置传输信号，控制中心进行分析计算，动态为场景模型加载碰撞体类型信息；
导航系统为智慧校园导航控制系统，包括室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统，是根据室内传感器、移动设备搭载的GPS、移动网络设备、室内三维BIM建筑信息模型共同实现，室内三维模拟导航系统包括多个室内传感器、室内信号发射器，实现建筑物内信号全覆盖，所述的室内传感器包括多个距离传感器方向传感器、线性加速度传感器，所述室内三维BIM模型包括建筑物内各楼层基础数据与属性信息，所述室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统通过导航系统后台服务器、导航系统交换机与智慧校园管理总机相连接，其中室内传感器与GPS、移动设备摄像头通过无线通讯装置传输信息到控制中心，控制中心对信息进行处理并与后台服务器交换机相交互；
在本实施例中，智慧导航系统中的无线通讯装置为Wifi、4G网络中的一种或多种；
优选方案，智慧导航系统具有以下组成方式：
1）控制中心，系统使用计算机作为控制中心，通过无线通讯装置对传感器回馈实时信号进行分析计算和三维感知,并基于三维感知对室内三维BIM建筑信息模型实现三维室内导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统；
2）无线通讯装置，控制中心与各系统模块之间信号传输的枢纽，实现传感器与计算机之间的信号传递和转换，在校园内部能够大范围信号传递，并且具有网络自我诊断功能，保证了信号的稳定性；
3）传感器，在智慧校园导航模块中主要运用到的是室内传感器，室内传感器包括距离传感器、方向传感器、线性加速度传感器，GPS、移动设备摄像头，传感器通过接收室内三维BIM建筑信息模型场景信息，并将其感应信号通过通讯装置转换传递给控制中心，实现室内三维导航系统、AR步行导航系统；
4）室内三维BIM建筑信息模型，室内三维模拟导航系统的重要组成部分，室内三维BIM建筑信息模型包含各楼层的基础信息数据，基于室内三维BIM建筑信息 模型在室内三维导航中设置起点和终点、途径地点，通过路径分析功能计算出最佳导航路径实现室内三维导航系统；
考虑到校园各功能区室内三维导航功能使用情况都不尽相同，对于不同的功能区的实施方面也会有所出入。在优选方案中，为了使导航系统能最大限度的完成校园建筑物室内三维导航，更好的实现虚拟与现实的融合，将校园内每个功能区根据其用途特点以及不同时间段校园各功能区使用时间条件而分别制作不同类型的室内三维BIM建筑信息模型；不同类型的室内三维BIM建筑信息模型在控制中心的调度下也会有不同的加载策略。以减少对移动设备性能的消耗，以最大的限度确保室内三维导航功能实现虚拟与现实的人机交互；
对于室内三维模拟导航系统，室内三维导航系统作为导航系统的子系统，有着快速室内精确定位并实现室内三维导航能力，对于学校内的大型实验楼，楼层结构复杂，则室内三维BIM建筑信息模型的精细程度高，基础信息数据丰富；对于学校内的宿舍楼，楼层结构较简单，则室内三维BIM建筑信息模型的精细化程度一般，基础信息数据次之；对于学校内的普通楼房，楼层结构简易、则室内三维BIM建筑信息模型精细化程度低，基础信息数据少；安置在建筑物内的传感器开始接收感应使用者位置信息，距离传感器用于感应距离远近状态，方向传感器用于感应方向状态，线性加速度传感器用于感应运动状态。传感器将信息传输到无线通讯装置，无线通讯装置将信号进行转换和传输至控制中心，控制中心对信息进行分析计算处理并与导航系统后台服务器、交换机进行连接，实现基于室内三维BIM建筑信息模型的三维导航；
对于室内三维BIM建筑信息模型，室内三维BIM建筑信息模型作为室内三维模拟导航系统重要组成部分，如图8所示，室内三维BIM建筑信息模型制作步骤为：
1）楼层展示数据制作；新建平面场景，
2）楼层面数据制作，导入校园建筑物基础信息数据，为楼层面数据添加属性信息；
3）楼层点数据制作，导入校园建筑物基础信息数据，为楼层点数据添加属性信息；
4）导入建筑物基础信息数据；
5）导航路径数据制作：基于构建好的楼层点、面数据，进行网络分析、拓扑构网，构建二维网络；
6）相机属性数据制作：经度、纬度、高度、方位角、倾斜角、楼层索引、楼层名称、楼层ID七个属性；
7）FME空间数据转换处理工具；使用FME空间数据转换处理将制作好的模型转换为BIM建筑信息模型数据格式；
8）并上传至导航系统服务器；
对于智慧校园行业导航系统，智慧校园行业导航系统作为智慧导航系统的子系统，适用于学校小范围区域导航模式，它与传统导行最大区别是可以自定义道路导航，不在依赖第三方地图的导航数据，丰富了数据源、帮助用于便捷的获取和更新导航数据，摆脱了传统导航数据更新不及时、小范围区域内路线不全面的困扰，提供了更加准确的导航信息，智慧校园行业导航是自定义导航服务，具有数据更新快，导航成本小特点。通过设置对应的地理坐标系下的线数据，制作网络数据集，生成路网信息，用户在进行校园行业导航时无线通讯装置将用户信息传输至控制中心，控制中心进行基于路网的分析计算，与导航系统后台服务器、交换机相连接。
智慧校园行业导航数据源，智慧校园行业导航数据源作为智慧校园行业系统的重要组成部分，如图9所示，行业导航系统导航数据源制作步骤为：
1）采集校园内地物基础地理数据；
2）拓扑构网；
3）拓扑检查；
4）构建网络数据源；
5）添加交通规则；
6）创建网络分析索引；
7）使用FME空间数据转换处理
8）上传行业导航系统服务器；
对于AR步行导航系统，AR步行导航系统为智慧校园导航系统子系统，可以提升用户实现虚拟世界与现实世界交互的多样式，将校园内建筑物的绝对经纬度、校园内的道路分布数据在AR增强现实校园步行导航系统中进行预定义，基于校园内建筑物、道路数据信息进行拓扑构网，将建筑物信息集成为POI兴趣点，当用户选择AR步行导航系统时，将校园内所有建筑物信息显示在移动设备屏幕上，通过点击屏幕定位信息，开始AR步行导航，AR步行导航系统采用GPS、传感器辅助、SLAM同步定位与地图构建技术，通过移动设备摄像头实时感应场景信息，用户可以通过移动设备看到增强后的周边环境，通过虚拟三维校园助手在前方道路上指引该朝哪里走，如果偏离航向，三维校园助手会提供语音播报和方向纠正，无线通讯装置将场景信息传输至控制中心，控制中心对信息进行分析计算，与导航系统后台服务器、交换机相连接，实现校园内虚拟与现实融合；
如图4所示，倾斜摄影实景三维系统为智慧校园倾斜摄影实景三维控制系统，包括可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统，是根据倾斜摄影建模技术实现校园实景复原，通过无人机搭载五镜头摄像机对校园进行航拍，获取校园的航拍影像数据，接着将影像数据导入自动化建模软件Smart 3D进行自动化建模，所述可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统通过倾斜摄影实景三维系统的后台服务器、倾斜摄影实景三维系统交换机与智慧校园管理总机相连接，其中用户在倾斜摄影实景三维系统中的交互信息通过无线通讯装置传输至控制中心，控制中心对信息进行分析计算与倾斜摄影实景三维系统后台服务器、交换机相交互；
在本实施例中，可视化分析系统还包括通视分析系统、动态淹没分析系统和图层分屏显示系统；
在本实施例中，智慧倾斜摄影实景三维系统的无线通讯装置为Wifi、4G网络中的一种或多种；
优选方案，智慧倾斜摄影实景三维系统具有以下组成方式；
1）控制中心，系统使用计算机为控制中心，用户与场景的交互信息通过无线通讯装置传输至控制中心进行分析计算和三维感知，并基于三维感知对倾斜摄影实景三维模型实现空间三维分析、图层分屏显示、测绘态势标绘、属性查询；
2）无线通讯装置，控制中心与各系统模块之间信号传输的枢纽，实现传感器与计算机之间的信号传递和转换，在校园内部能够大范围信号传递，并且具有网络自我诊断功能，保证了信号的稳定性；
3）OSGB倾斜摄影实景三维模型，智慧倾斜摄影实景三维系统的重要组成部分，采用无人机搭载五镜头摄像机对校园进行航拍，获取校园的航拍影像数据，接着将影像数据导入自动化建模软件Smart 3D进行自动化建模，生成模型；
考虑到校园各功能区属性查询功能系统使用情况都不尽相同，对于不同的功能区的实施方面也会有所出入。在优选方案中，为了使属性查询功能系统能最大限度的完成校园建筑物模型属性查询，更好的实现虚拟与现实的融合，我们将校园内每个功能区根据其用途特点以及不同时间段校园各功能区使用时间条件而分别制作不同类型的倾斜摄影单体化模型。不同类型的倾斜摄影单体化模型在控制中心的调度下也会有不同的加载策略。以减少对移动设备性能的消耗，以最大的限度确保属性查询功能系统实现虚拟与现实的人机交互；
对于属性查询功能系统，属性查询功能系统是智慧倾斜摄影实景三维系统的子系统，可以快速查询倾斜摄影模型建筑物属性信息，用于提升用户实现虚拟世界与现实世界交互的多样性，通过对校园倾斜摄影实景三维模型进行单体化，单体化对于校园内大型实验楼，楼层结构复杂，则进行分层分户单体化，录入相应属性信息；对于校园内的宿舍楼，楼层结构较简单，则进行各楼层分层单体化，录入对应属性信息；对于校园内普通楼房，楼层结构简易、则对建筑物进行整体单体化，并录入属性信息；用户在场景交互信息通过无线通讯装置传输到控制中心，控制中心对场景信息进行分析计算处理；
对于空间三维分析系统，空间三维分析系统是智慧倾斜摄影实景三维系统子系统，空间三维分析系统包括通视分析系统、动态淹没分析系统和图层分屏显示系统。基于OSGB倾斜摄影模型的通视分析系统通过在校园模型上构造两个模型点连线，线段中的红色代表不可见，绿色代表可见；基于OSGB倾斜摄影模型的动态淹没分析系统通过在校园模型上形成构造面，设置构造面的上升时间、循环次数、透明度来动态模拟淹没分析，实现智慧校园应急模拟演练；基于OSGB倾斜摄影模型的图层分屏显示系统通过将校园模型单体化分割，将校园模型分成教学楼、宿舍楼、饭堂、道路、绿化带等多个图层，图层分屏显示系统将多个图层分屏显示实现校园的智慧动态管理；用户在场景交互信息通过无线通讯装置传输到控制中心，控制中心对场景信息进行分析计算处理；
对于测绘填方分析系统，测绘填方分析系统是智慧倾斜摄影实景三维系统的子系统，对于测绘填方分析系统包括模型测距系统、模型压平规划系统、填方分析系统。OSGB倾斜摄影模型基于实景复原，具备地理坐标系，模型纹理逼真，模型精度在2-5cm之间，通过在模型空间中构造点、线、面要素，实现在场景中测量模型距离、面积、体积，精度达到厘米级；基于OSGB倾斜摄影模型的模型压平规划系统通过在场景空间中构造矢量面要素，将矢量面附着在对应建筑物上，通过设置矢量面高度值为0，实现将建筑物模型压平，实现在压平区域进行新的设计规划，基于OSGB倾斜摄影模型的填方分析系统通过在场景空间中构造多边体要素，将多边体要素附着在对应场景区域中，通过设置多边体要素的高度值为负数，实现对应场景区域的土石填方估算，实现在对应场景区域进行土地填方造价估算，便于学校规划设计；用户在场景交互信息通过无线通讯装置传输到控制中心，控制中心对场景信息进行分析计算处理；
如图5所示，二维地形成图系统为智慧校园二维地形成图控制系统，包括空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统，是根据校园范围面积实地测量获取校园内的基础地理数据，通过专业的测量绘图软件绘制而成校园地形图，获取绘制成的校园地形信息数据均通过智慧校园地理信息平台的二维地形图系统进行分析、展示。其中空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统通过校园二维地形成图系统的后台服务器、二维地形成图系统交换机与智慧校园管理总机相连接；
如图6所示，地下管网线路系统为智慧校园地下管网线路控制系统，包括节点编辑分析系统、动态监测预警系统，是根据校园地下管网图并基于三维绘制技术制作三维地下管网模型，三维地下管网模型由AR增强现实识别系统进行触发，通过AR增强现实识别系统可以智能加载管网线路模型，实现虚拟与现实交互的多样性。其中节点编辑分析系统、动态监测预警系统并通过地下管网线路系统的后台服务器、地下管网线路系统交换机与智慧校园管理总机相连接；
二维地形成图系统、地下管网线路系统组成部分包括数据采集装置、无线通讯装置、控制中心装置、显示装置，数据采集模块包括传感器，传感器通过无线通讯装置连接到控制装置，控制装置连接到显示装置；
本实施例中，二维地形成图系统、地下管网线路系统与其对应的服务器之间的连接方式为Wifi、4G网络通讯中的一种或多种；
一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统实现主要分为三个层次：第一层是传感器层，通过技术手段，实现虚拟与现实融合的相关信息识别和采集；第二层是通信网络层，包括现在的互联网、通信网、广电网以及各种介入网和专用网，目的是对采集好的信息进行可靠的传输和处理；第三层是应用层，即输入和输出控制终端；
一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园的二维地形成图系统和地下管网线路系统实施例中：
传感器层包括空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统、节点编辑分析系统和动态监测预警系统的信息识别和采集；
通信网络层包括空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统、节点编辑分析系统和动态监测预警系统与二维地形成图系统的后台服务器和地下管网线路系统的后台服务器之间的联系方式，其为Wifi、4G网络、线缆通信中的一种或多种。目前，高校校园内主干网络带宽和校园网经过多次改造，已形成较大规模，一般可以达到“千兆主干”，部分高校甚至可以实现“万兆主干”的网络规模，为数字化校园和智慧校园的建设奠定硬件基础。可以基于现有校园以太网来构建动态监测网络，根据制定的策略在接入各级路由器和各层交换机划分的虚拟局域网，可以预防网络风暴，提高网络安全性，避免对校园网络的影响。网络传输数据介质数据关系到整个二维地形成图系统、地下管网线路系统的监控图像质量和显示效果，对于不同场合、不同信号传输距离、应该选择不同的传输介质；
应用和业务层主要部署在监控中心，主要有以下部分组成：
1）管理服务器，实现对数据采集设备及用户的管理，实现动态监测管理、存储管理、日志管理、报警管理等功能；
2）存储服务器，采用云服务器，负责动态监测管线网络数据、校园资源专题图、校园云图备份存储，支持分布式存储，能够存储海量数据，并支持快速数据检索；
3）web服务器，发布和部署基于B/S的web管理系统，通过网页访问方式，实现对数据采集的统一管理；
4）客户端，通过访问web服务器实时查看所有数据采集和展示效果；
基于移动设备的信息交流系统包括移动设备、多个移动信号塔和一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统参照图1所示，每个移动设备通过信号塔与智慧校园管理总机相通信；
本实施例中，基于移动设备包括基于Android系统的移动设备，基于IOS系统的移动设备，信号塔包括中国移动信号塔、中国联通信号塔、中国电信信号塔、基于其它信号的信号塔；
基于移动设备的一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统将使学生和教师不受时间、地域范围的限制、方便快捷的实现校园导航、实景AR漫步校园、查询校园建筑物信息；
本实施例中，服务器端负责提供智慧校园系统的基础功能，接受、处理、存储模型数据，同时针对移动手机终端的特点对智慧校园系统进行升级改进；客户端安装在用户手机，分别为面向学生教师端的普通版和面向学校端的管理版本；
普通版是公开发布到应用商店的，学生和教师可在应用商店自行下载，并提供智慧校园倾斜摄影实景三维浏览、智慧校园导航、智慧校园实景AR识别浏览、智慧校园属性查询功能、智慧校园个人信息管理、选课管理、课程查询、成绩查询、师生交流等功能。其中智慧校园导航系统提供室内三维模拟导航、行业导航、AR增强现实步行导航等功能，智慧校园实景AR识别系统提供 AR图像识别跟踪、空间方位感知、AR手势、语音识别等功能。管理版本对外是非公开的，只用于学校管理规划人员使用，提供智慧校园地下管网线路、智慧校园二维地形图、智慧校园成绩信息管理、课程信息管理、选课信息管理等功能。其中智慧校园倾斜摄影三维系统包括可视化分析、动态淹没分析、测量填方分析等功能，智慧校园地下管网线路包括节点编辑分析、动态监测预警功能，二维地形成图系统包括空间分析、态势标绘、资产分布等功能。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术发明范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，其特征在于，该系统包括二维地形成图系统、倾斜摄影实景三维系统、地下管网线路系统、导航系统、AR增强现实识别系统；上述系统分别通过相应交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述二维地形成图系统为智慧校园二维地形成图控制系统，包括空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统；是根据校园范围面积实地测量获取校园内的基础地理数据，通过测量绘图软件绘制而成校园地形图，获取绘制成的校园地形信息数据均通过智慧校园系统的二维地形成图系统进行分析、展示；其中空间分析系统、态势标绘系统、资产分布图系统通过校园二维地形成图系统的后台服务器、二维地形成图系统交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述倾斜摄影实景三维系统为智慧校园倾斜摄影实景三维控制系统，包括可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统，是根据倾斜摄影建模技术实现校园实景复原，通过无人机搭载五镜头摄像机对校园进行航拍，获取校园的航拍影像数据，接着将影像数据导入自动化建模软件Smart 3D进行自动化建模；其中可视化分析系统、测绘填方分析系统、属性查询功能系统通过倾斜摄影实景三维系统的后台服务器、倾斜摄影实景三维系统交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述地下管网线路系统为智慧校园地下管网线路控制系统，包括节点编辑分析系统、动态监测预警系统，是根据校园地下管网图并基于三维建模技术制作三维地下管网模型，三维地下管网模型由AR增强现实识别系统进行识别触发，通过AR增强现实识别系统可以智能加载地下管网线路模型；其中节点编辑分析系统、动态监测预警系统通过地下管网线路系统的后台服务器、地下管网线路系统的交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述导航系统为智慧校园导航控制系统，包括室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统，是根据室内传感器、移动设备搭载的GPS、移动网络设备、室内三维BIM建筑信息模型、行业导航数据共同实现；室内三维导航系统包括多个室内传感器、室内信号发射器，实现建筑物内信号全覆盖；所述的室内传感器包括多个距离传感器方向传感器、线性加速度传感器；所述室内三维BIM建筑信息模型包括建筑物内各楼层基础数据与属性信息；所述行业导航数据包括校内精细化基础信息数据；室内三维导航系统、行业导航系统、AR步行导航系统通过导航系统的后台服务器、导航系统的交换机与智慧校园管理总机相连接；
所述AR增强现实识别系统为智慧校园AR增强现实控制系统，包括AR图像识别跟踪系统、空间方位感知系统、AR手势语音识别系统，是根据室内三维BIM建筑信息模型、SLAM同步定位与地图构建、OSGB倾斜摄影模型与AR增强现实物理引擎、外置传感器IMU、GPS、移动设备摄像头相结合实现；其中AR图像识别跟踪系统、AR手势、语音识别系统、空间方位感知系统通过AR增强现实识别系统的后台服务器、AR增强现实识别系统的交换机与智慧校园管理总机相连接。
2.根据权利要求书1所述的一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，其特征在于，所述导航系统中的行业导航系统的数据制作，满足如下条件：
1）采集校园内地物基础地理数据；
2）拓扑构网；
3）拓扑检查；
4）构建网络数据源；
5）添加交通规则；
6）创建网络分析索引；
7）使用FME空间数据转换处理
8）上传行业导航系统服务器。
3.根据权利要求书1所述的一种基于倾斜摄影与增强现实技术智慧校园系统，其特征在于，所述导航系统中室内三维BIM建筑信息模型的制作，满足如下条件：
1）楼层展示数据制作，新建平面场景；
2）楼层面数据制作，导入校园建筑物基础信息数据，为楼层面数据添加属性信息；
3）楼层点数据制作，导入校园建筑物基础信息数据，为楼层点数据添加属性信息；
4）导入建筑物基础信息数据；
5）导航路径数据制作：基于构建好的楼层点、面数据，进行网络分析、拓扑构网，构建二维网络；
6）相机属性数据制作：经度、纬度、高度、方位角、倾斜角、楼层索引、楼层名称、楼层ID七个属性；
7）FME空间数据转换处理工具；使用FME空间数据转换处理将制作好的模型转换为BIM建筑信息模型数据格式；
8）并上传至导航系统服务器。
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