CN113418511B - 水利水电工程地质的数字化测绘系统及测绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水利水电工程地质的数字化测绘系统及测绘方法，属于数字化测绘技术领域，该测绘系统包括：航拍设备，用于采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备；所述处理终端设备，用于根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；外接定位设备，用于获取地质对象的位置信息；手持终端设备，用于接收所述融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给所述处理终端设备，以便所述处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析。

Description

水利水电工程地质的数字化测绘系统及测绘方法

技术领域

本公开涉及数字化测绘技术领域，具体地涉及一种水利水电工程地质的数字化测绘系统及测绘方法。

背景技术

在水利水电工程中，地质勘察是工程建设的保障，是工程建设中不可或缺的基础性流程，需要对工程地质信息的详细情况进行编录，为工程设计复核，工程运行安全鉴定提供基础数据。

传统的地质勘察工作主要以人工编录为主，室外作业编录时使用纸质与电子图片联合记录，然后再室内作业整合信息，编录方式繁琐，勘测过程复杂，编录结果受限于勘测人员自身经验，无电子化室内室外联合作业。

随着计算机技术和数字化的发展，水利水电工程地质勘察工作也逐步进入了信息化与智能化的时代，目前国内外相关勘察设计院和研究机构已经开发了一些地质编录系统。

相关技术中测绘系统的相关研究侧重于测绘，对钻孔平硐编录等勘察方面的功能较少，而且都不支持三维底图的导入，不支持现场勘察的分析功能。由于二维底图精度较低，智能化程度不高，数据采集与分析过程仍依赖大量的人工操作，效率低下，无法满足勘察需求。

发明内容

本公开提供了一种水利水电工程地质的数字化测绘系统及测绘方法，以解决上述背景技术中提出的不支持三维底图、缺少地质信息分析功能的问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种水利水电工程地质的数字化测绘系统，包括：

航拍设备，用于对待测量区域进行拍摄工作，用于采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备；

上述处理终端设备，用于根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；

外接定位设备，用于获取地质对象的位置信息，得到地质信息；

手持终端设备，用于接收上述融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给上述处理终端设备，以便上述处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；

上述外接定位设备与上述处理终端设备、上述手持终端设备之间通讯连接，上述航拍设备、上述手持终端设备与上述处理终端设备之间通讯连接；

上述航拍设备、上述手持终端设备、上述外接定位设备均设置在室外作业，上述处理终端设备设置在室内/室外作业。

根据本公开的实施例，上述外接定位设备包括以下至少之一：便携式RTK测量仪、电子罗盘、外接摄像设备、外接录音设备。

根据本公开的实施例，上述处理终端设备上设有数据管理子系统、底图处理子系统、第一坐标系统管理子系统、第一测绘数据采集子系统、第一勘察数据采集子系统、辅助分析子系统。

根据本公开的实施例，上述数据管理子系统，将现场所编录的地质对象和地质信息按照指定格式存储成数据文件，并将关键地质对象和地质信息同时显示于三维场景和二维场景中；

上述底图处理子系统，提供了原始底图数据的坐标系统配置、修改与转换的功能；

上述第一测绘数据采集子系统，根据工程地理坐标和底图信息，将所编录工程三维倾斜摄影数据和地形数据配准耦合，为勘察数据记录与显示提供三维场景和二维场景，同时对地质界线进行编辑，增加/删除地质界线上的控制点或平滑地质界线；

上述第一勘察数据采集子系统，提供编录地质对象的方法，通过采集的编录地质信息，绘制地质区域，实时保存地质数据；

上述辅助分析子系统，负责读取解析实时保存的地质数据，对测绘信息和勘察信息统计汇总，使用智能算法分析地质点、地质对象和地质区域。

根据本公开的实施例，上述手持终端设备上设有底图管理子系统、第二坐标系统管理子系统、第二测绘数据采集子系统、第二勘察数据采集子系统。

根据本公开的实施例，上述底图管理子系统，基于CAD矢量图、jpg格式图片、tiff格式栅格图或shp格式生成底图，并提供多种底图实时操作功能，上述底图管理子系统通过上述外接定位设备解析GPS信息并定位，并将不同底图坐标点进行校正；

上述第二测绘数据采集子系统，嵌入了电子素描图功能，可在拍摄地质现象照片上进行描绘和标注；

上述第二勘察数据采集子系统，协同上述外接定位设备/上述手持终端设备中的自带摄像头与录音机，将现场实际地质信息编录成文件。

根据本公开的实施例，上述第一勘察数据采集子系统、第二勘察数据采集子系统用于记录地质属性信息的编录数据集合，编辑地质对象中地质界线，增删地质界线上点个数，更改地质界线线型，采用分层数据模型为数据框架结构，其中，分层数据模型是以地质点、地质线和地质面为层次的数据索引结构。

根据本公开的实施例，上述处理终端设备、上述手持终端设备采用点放样、线放样的方式，形成地质勘察室内和室外环境联合编录。

根据本公开的实施例，上述处理终端设备、上述手持终端设备在编录过程的过程中能够实现二三维联动，当二维或三维场景的任意一个场景中编录、修改数据时，另外一个场景的地质信息同步得到改动；

上述处理终端设备、上述手持终端设备内嵌深度学习算法。

根据本公开的另一个方面，提供了一种水利水电工程地质的数字化测绘方法，包括：

利用航拍设备对待测量区域进行拍摄工作，采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备；

利用上述处理终端设备根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；

利用外接定位设备获取地质对象的位置信息，得到地质信息；

利用手持终端设备接收上述融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给上述处理终端设备，以便上述处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析。

本公开的测绘系统，是融合倾斜摄影数字化测绘技术、二维三维多底图融合建模技术和地质数据分析技术的跨平台系统，其中，航拍设备采用倾斜摄影技术生成三维底图，处理终端设备根据三维底图生成融合底图，从而实现了三维场景的采集及导入，提高了测绘的精度，利用外接定位设备，方便快速编录地质信息，从而提高编录的精度和效率，处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析，并提供了对数据智能分析的解决方案，为现场勘察人员提供了辅助地质分析，处理终端设备包括台式电脑、平板电脑，其中台式电脑可用于室内作业，平板电脑可用于室外作业，手持终端设备包括手机、平板电脑，可用于室外作业，整体测绘系统实现了水利水电地质勘察工作的室内室外作业一体化。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了本公开的架构示意图；

图2示意性示出了本公开的处理终端设备操作流程示意图；

图3示意性示出了本公开的手持终端设备操作流程示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

如图1所示，根据本公开的实施例，提供了一种水利水电工程地质的数字化测绘系统，包括：航拍设备、处理终端设备、外接定位设备、手持终端设备。

航拍设备用于对待测量区域进行拍摄工作，用于采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备。

处理终端设备用于根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析。

外接定位设备用于获取地质对象的位置信息，得到地质信息。

手持终端设备用于接收融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给处理终端设备，以便处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析。

外接定位设备与处理终端设备、手持终端设备之间通讯连接，航拍设备、手持终端设备与处理终端设备之间通讯连接。

航拍设备、手持终端设备、外接定位设备均设置在室外作业，处理终端设备设置在室内/室外作业。

本公开的测绘系统，是融合倾斜摄影数字化测绘技术、二维三维多底图融合建模技术和地质数据分析技术的跨平台系统，其中，航拍设备采用倾斜摄影技术生成三维底图，处理终端设备根据三维底图生成融合底图，从而实现了三维场景的采集及导入，提高了测绘的精度，利用外接定位设备，方便快速编录地质信息，从而提高编录的精度和效率，处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析，并提供了对数据智能分析的解决方案，为现场勘察人员提供了辅助地质分析，处理终端设备包括台式电脑、平板电脑，其中台式电脑可用于室内作业，平板电脑可用于室外作业，手持终端设备包括手机、平板电脑，可用于室外作业，整体测绘系统实现了水利水电地质勘察工作的室内室外作业一体化。

如图1所示，根据本公开的实施例，外接定位设备包括以下至少之一：便携式RTK测量仪、电子罗盘、外接摄像设备、外接录音设备。

采用便携式RTK测量仪、电子罗盘获取地质对象的位置信息，可以提高编录的精度和效率，采用外接摄像设备、外接录音设备，适用于野外环境比较恶劣的情况下，用于辅助获取地质信息，从而提高地质信息的准确度。

如图2所示，根据本公开的实施例，处理终端设备上设有数据管理子系统、底图处理子系统、第一坐标系统管理子系统、第一测绘数据采集子系统、第一勘察数据采集子系统、辅助分析子系统。

数据管理子系统，将现场所编录的地质对象和地质信息按照指定格式存储成数据文件，并将关键地质对象和地质信息同时显示于三维场景和二维场景中。

底图处理子系统，提供了原始底图数据的坐标系统配置、修改与转换的功能。原始底图的格式包括以下中的一种：CAD矢量图、jpg格式图片、tiff格式栅格图或shp格式。实现利用已有的底图数字资源进行多底图融合，避免底图格式不同而带来的重复劳动，提高处理效率。

第一测绘数据采集子系统，根据工程地理坐标和底图信息，将所编录工程三维倾斜摄影数据和地形数据配准耦合，为勘察数据记录与显示提供三维场景和二维场景，同时对地质界线进行编辑，增加/删除地质界线上的控制点或平滑地质界线。

第一勘察数据采集子系统，提供编录地质对象的方法，通过采集的编录地质信息，绘制地质区域，实时保存地质数据。其中，地质对象包括以下至少之一：钻孔、平硐、坑探、井探、槽探。

辅助分析子系统，负责读取解析实时保存的地质数据，对测绘信息和勘察信息统计汇总，使用智能算法分析地质点、地质对象和地质区域。

处理终端设备根据三维底图生成融合底图，从而实现了三维场景的采集及导入，提高了测绘的精度，建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析，并提供了对数据智能分析的解决方案，为现场勘察人员提供了辅助地质分析。

如图3所示，根据本公开的实施例，手持终端设备上设有底图管理子系统、第二坐标系统管理子系统、第二测绘数据采集子系统、第二勘察数据采集子系统。

底图管理子系统，基于CAD矢量图、jpg格式图片、tiff格式栅格图或shp格式生成底图，并提供多种底图实时操作功能，底图管理子系统通过外接定位设备解析GPS信息并定位，并将不同底图坐标点进行校正。

第二测绘数据采集子系统，嵌入了电子素描图功能，可在拍摄地质现象照片上进行描绘和标注。

第二勘察数据采集子系统，协同外接定位设备/手持终端设备中的自带摄像头与录音机，将现场实际地质信息编录成文件。

手持终端设备用于接收融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，编录功能齐全，操作便捷，提高了编录的效率及准确度。

如图1所示，根据本公开的实施例，第一勘察数据采集子系统、第二勘察数据采集子系统用于记录地质属性信息的编录数据集合，编辑地质对象中地质界线，增删地质界线上点个数，更改地质界线线型，采用分层数据模型为数据框架结构，其中，分层数据模型是以地质点、地质线和地质面为层次的数据索引结构。地质属性信息包括地质基本信息、地层岩性、构造分段、结构面、风化、卸荷、地下水分段等地质信息。

采用分层数据模型为数据框架结构，布局合理，层次分明，便于索引，提高编录的效率。

如图1所示，根据本公开的实施例，处理终端设备、手持终端设备采用点放样、线放样的方式，形成地质勘察室内和室外环境联合编录。

采用点放样、线放样的方式，不仅操作便捷，而且精确度较高。

如图1所示，根据本公开的实施例，处理终端设备、手持终端设备在编录过程的过程中能够实现二三维联动，当二维或三维场景的任意一个场景中编录、修改数据时，另外一个场景的地质信息同步得到改动。

采用二三维联动的功能，不仅使修改过程更为简便，而且使修改的数据更为准确。

处理终端设备、手持终端设备内嵌深度学习算法。

内嵌深度学习算法可以快速识别地质的岩性，用于野外快速辅助分析，提高编录效率。

如图1所示，根据本公开的实施例，提供了一种水利水电工程地质的数字化测绘方法，包括：

利用航拍设备对待测量区域进行拍摄工作，采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备；

利用处理终端设备根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；

利用外接定位设备获取地质对象的位置信息，得到地质信息；

利用手持终端设备接收融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给处理终端设备，以便处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析。

本公开的测绘方法，航拍设备采用倾斜摄影技术生成三维底图，处理终端设备根据三维底图生成融合底图，从而实现了三维场景的采集及导入，提高了测绘的精度，利用外接定位设备，方便快速编录地质信息，从而提高编录的精度和效率，处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析，并提供了对数据智能分析的解决方案，为现场勘察人员提供了辅助地质分析。

本公开的一个具体实施例如下：

某水利水电工程处于设计施工阶段，需要对工程所在地质和库区地质做出详细的勘察，以排查相关地质隐患，确定工程设计方案。利用本公开提供的一种水利水电工程地质的数字化测绘系统及测绘方法，对该区域实施数字化地质对象编录，需准备如下设备：

1安装Android 9及以上系统的智能手机，搭载底图管理子系统、第二坐标系统管理子系统、第二测绘数据采集子系统、第二勘察数据采集子系统；

2便携式RTK测量仪、电子罗盘；

3安装Windows 7及以上系统的电脑，搭载数据管理子系统、底图处理子系统、第一坐标系统管理子系统、第一测绘数据采集子系统、第一勘察数据采集子系统、辅助分析子系统；

4无人机。

在电脑端以.NET为平台，WinForm为技术搭建系统前端，GIS平台采用SuperMap，从而实现数据管理子系统、底图处理子系统、第一坐标系统管理子系统、第一测绘数据采集子系统、第一勘察数据采集子系统、辅助分析子系统的模块化开发。手机端以Java为平台，GIS平台采用SuperMap，包括底图管理子系统、第二坐标系统管理子系统、第二测绘数据采集子系统、第二勘察数据采集子系统。上述两个平台的子系统均使用模块化开发方式，便于开发维护与用户使用。

本实施例按照如下方式开展工程地质野外编录作业：

在电脑端加载二维三维底图，将无人机进行航拍得到的遥感区域和倾斜摄影模型地形数据，生成融合底图，并进行匹配校准、基本地质标注和属性赋值。

将生成的底图从电脑端导出，传入手机端，利用智能手机设备，在野外根据实际地质状况进行地质信息编录，其中地质对象的位置信息，可通过手机屏幕选点或连接便携式RTK测量仪获取，产状信息可连接电子罗盘精确获取。按照预制表格样式和提供的规范化表单字典在手机中完成地质信息编录。

在电脑端数据整合分析，对多源野外地质数据关联耦合，建立地质三维模型，实现地质界面延伸分析、块体组合分析、以及相关地质评价与计算分析。

以上对本公开的实施例进行了描述，但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (7)

1.一种水利水电工程地质的数字化测绘系统，包括：

航拍设备，用于对待测量区域进行拍摄工作，用于采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备；

所述处理终端设备，用于根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；

外接定位设备，用于获取地质对象的位置信息，得到地质信息；

手持终端设备，用于接收所述融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给所述处理终端设备，以便所述处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析，所述手持终端设备上设有第二勘察数据采集子系统，用于记录地质属性信息的编录数据集合，编辑地质对象中地质界线，增删地质界线上点个数，更改地质界线线型，采用分层数据模型为数据框架结构，其中，分层数据模型是以地质点、地质线和地质面为层次的数据索引结构，所述手持终端设备上设有底图管理子系统、第二坐标系统管理子系统、第二测绘数据采集子系统，所述底图管理子系统，基于CAD矢量图、jpg格式图片、tiff格式栅格图或shp格式生成底图，并提供多种底图实时操作功能，所述底图管理子系统通过所述外接定位设备解析GPS信息并定位，并将不同底图坐标点进行校正，所述第二测绘数据采集子系统，嵌入了电子素描图功能，可在拍摄地质现象照片上进行描绘和标注，所述第二勘察数据采集子系统，协同所述外接定位设备/所述手持终端设备中的自带摄像头与录音机，将现场实际地质信息编录成文件；

所述外接定位设备与所述处理终端设备、所述手持终端设备之间通讯连接，所述航拍设备、所述手持终端设备与所述处理终端设备之间通讯连接；

所述航拍设备、所述手持终端设备、所述外接定位设备均设置在室外作业，所述处理终端设备设置在室内/室外作业；

所述处理终端设备、所述手持终端设备在编录过程的过程中能够实现二三维联动，当二维或三维场景的任意一个场景中编录、修改数据时，另外一个场景的地质信息同步得到改动，所述处理终端设备、所述手持终端设备内嵌深度学习算法。

2.根据权利要求1所述的测绘系统，所述外接定位设备包括以下至少之一：便携式RTK测量仪、电子罗盘、外接摄像设备、外接录音设备。

3.根据权利要求1所述的测绘系统，所述处理终端设备上设有数据管理子系统、底图处理子系统、第一坐标系统管理子系统、第一测绘数据采集子系统、第一勘察数据采集子系统、辅助分析子系统。

4.根据权利要求3所述的测绘系统，

所述数据管理子系统，将现场所编录的地质对象和地质信息按照指定格式存储成数据文件，并将关键地质对象和地质信息同时显示于三维场景和二维场景中；

所述底图处理子系统，提供了原始底图数据的坐标系统配置、修改与转换的功能；

所述第一测绘数据采集子系统，根据工程地理坐标和底图信息，将所编录工程三维倾斜摄影数据和地形数据配准耦合，为勘察数据记录与显示提供三维场景和二维场景，同时对地质界线进行编辑，增加/删除地质界线上的控制点或平滑地质界线；

所述第一勘察数据采集子系统，提供编录地质对象的方法，通过采集的编录地质信息，绘制地质区域，实时保存地质数据；

所述辅助分析子系统，负责读取解析实时保存的地质数据，对测绘信息和勘察信息统计汇总，使用智能算法分析地质点、地质对象和地质区域。

5.根据权利要求3所述的测绘系统，所述第一勘察数据采集子系统用于记录地质属性信息的编录数据集合，编辑地质对象中地质界线，增删地质界线上点个数，更改地质界线线型，采用分层数据模型为数据框架结构，其中，分层数据模型是以地质点、地质线和地质面为层次的数据索引结构。

6.根据权利要求1所述的测绘系统，所述处理终端设备、所述手持终端设备采用点放样、线放样的方式，形成地质勘察室内和室外环境联合编录。

7.一种利用权利要求1~6中任一项所述的水利水电工程地质的数字化测绘方法，包括：

利用航拍设备对待测量区域进行拍摄工作，采用倾斜摄影技术生成三维底图并传输给处理终端设备；

利用所述处理终端设备根据三维底图生成融合底图、建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析；

利用外接定位设备获取地质对象的位置信息，得到地质信息；

利用手持终端设备接收所述融合底图，并根据实际地质状况进行地质信息编录，以及将编录的地质信息传输给所述处理终端设备，以便所述处理终端设备建立地质三维模型、对地质数据进行关联耦合及分析。

Images