CN114791767B - 一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统。所述系统包括：地基原始数据采集单元，配置用于采集地基的原始数据，所述原始数据至少包括：面积、地基表面凹凸，天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；数据融合单元，配置用于使用预设的数据融合模型，对采集到的原始数据进行数据融合，以生成数据融合结果；地基分类单元，配置用于基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别。其通过虚拟现实技术建立地基的虚拟现实模型，然后通过模拟强夯地基的运行，来达到强夯地基的虚拟化关联，提升了管理效率，同时实现了可视化的强夯地基管理。
Description
技术领域
本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统。
背景技术
虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。
强夯地基是指用起重机械(起重机或起重机配三脚架、龙门架)将大吨位(一般8-30t)夯锤起吊到6-30m高度后，自由落下，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层空隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土料重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性的一种有效的地基加固方法，使表面形成一层较为均匀的硬层来承受上部载荷。工艺与重锤夯实地基类同，但锤重与落距要远大于重锤夯实地基。
现有技术中多数通过检测标志物的方式来测量强夯地基的数据，以此进行强夯地基的管理。但实质上，这种管理方法存在准确性较低的问题，因为标志物检测后还是通过公式计算的方式，这种计算无法适用于各种各样复杂的情况，且无法进行可视化的管理。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统，其通过虚拟现实技术建立地基的虚拟现实模型，然后通过模拟强夯地基的运行，来达到强夯地基的虚拟化关联，提升了管理效率，同时实现了可视化的强夯地基管理。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统，所述系统包括：地基原始数据采集单元，配置用于采集地基的原始数据，所述原始数据至少包括：面积、地基表面凹凸，天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；数据融合单元，配置用于使用预设的数据融合模型，对采集到的原始数据进行数据融合，以生成数据融合结果；地基分类单元，配置用于基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别；地基虚拟化模拟单元，配置用于基于得到的地基类别，生成与地基类别对应的至少三个虚拟现实模型；地基虚拟操作单元，配置用于使用虚拟的强夯设备，输入设定的强夯数据和环境数据，对每个地基的虚拟现实模型进行强夯操作；所述强夯数据包括：奔锤重量、尺寸、落距、夯击遍数和夯击范围；所述环境数据包括：温度和湿度；在进行强夯操作时，不同地基对应的虚拟现实模型所使用的强夯数据和环境数据互不相同；强夯结果分析单元，配置用于对每个虚拟现实模型进行操作后的模型进行分析，以判断被强夯后的虚拟现实模型与设定的理想强夯模型的差别，将差别最小时，对应的虚拟现实模型和强夯数据作为强夯最佳结果。
进一步的，所述地基原始数据采集单元包括：现场采集单元和远程图像采集单元；所述现场采集单元配置用于通过设置在地基的多个不同种类的传感器分别至少获取天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；所述远程图像采集单元配置用于通过摄像头远程获取地基的图像数据，并对图像数据进行图像识别，以得到地基的面积和地基上是否存在凹凸。
进一步的，所述远程图像采集单元的摄像头远程获取地基的图像数据，并对图像数据进行图像识别，以得到地基的面积和地基上是否存在凹凸的方法包括：基于获取到的图像数据进行面积计算，得到地基的面积；再提取所述图像数据的图像特征信息，并基于预设的识别模型，以所述图像数据的图像特征信息为输入参数，获得所述图像数据的凹凸识别结果；其中，所述识别模型为采用至少包括强标签训练地基图像样本的训练地基图像样本集进行训练至所述识别模型的强监督目标函数收敛，以确定凹凸识别结果；强标签训练地基图像样本表示有强标签信息的地基图像样本，所述强标签信息至少包括凹凸位置的标注信息，其中，所述凹凸位置的标注信息用于识别出属于凹凸的图像特征信息；显示设备，用于输出所述图像数据的凹凸识别结果。
进一步的，所述强监督目标函数是通过如下方式确定的：分别针对每个强标签训练地基图像样本，根据强标签训练地基图像样本对应的强标签信息中凹凸位置，分别确定强标签训练地基图像样本的图像特征信息中每个图像块与凹凸位置的重叠率，若重叠率不小于阈值，则将对应图像块标记为1，否则标记为0，获得强标签训练地基图像样本是否属于对应的强标签信息中凹凸的标记信息；并获得强标签训练地基图像样本是否属于除强标签信息中凹凸的其它预设凹凸的标记信息；分别根据每个强标签训练地基图像样本是否属于各凹凸的标记信息和图像特征信息，确定强监督目标函数。
进一步的，所述数据融合单元中的数据融合模型使用如下公式进行表示：
其中，S为面积；A为地基表面凹凸，若地基表面为凹，则取值为1；若地基表面为凸，则取值为0；Si分别表示现场采集单元采集到的数据，i为序号，n为现场采集单元采集到的数据的个数；所述现场采集单元采集到的数据至少包括：天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；K为类别码。
进一步的，地基分类单元，基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别的方法包括：将计算得到的类别码K分别与设定的判定值进行比较，根据比较的结果，将地基进行分类，得到地基类别。
进一步的，所述地基虚拟化模拟单元，基于得到的地基类别，生成与地基类别对应的至少三个虚拟现实模型的方法包括：基于地基类别，直接调用与地基类别一致的虚拟现实模型；所述虚拟现实模型通过预先建立的方式建立。
进一步的，所述虚拟现实模型预先建立的方法包括：输入预图像数据，所述预图像数据包括地理信息、三维信息和对应的参数信息；根据所述地理信息和所述三维信息，建立虚拟现实模型；利用虚拟现实生成装置实现所述虚拟现实模型的虚拟现实场景；所述参数信息与现场采集单元采集到的数据的类别一致，并基于参数信息，为虚拟现实场景分配唯一标识其的判定值。
进一步的，所述虚拟现实模型预先建立的方法还包括：根据地理信息和三维信息在一个空的虚拟现实场景中的增加对象的步骤，包括：根据三维信息和地理信息转换为坐标系信息；将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息；根据转换后的直角坐标系信息，在所述虚拟现实模型的虚拟现实场景中增加对象。
进一步的，将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息，包括：使用如下公式
将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息，式中，X，Y和Z分别为转换得到的直角坐标系信息的X轴，Y轴和Z轴的坐标；P，Q和
L分别为虚拟现实场景信息中坐标系信息的X轴，Y轴和Z轴的坐标；B为调整系数，取值范围为：1～3；e为自然底数。
本发明的一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统，具有如下有益效果：
1.效率高：本发明通过对强夯地基时的地基进行虚拟模拟，以实现强夯地基的虚拟现实，从而提升管理的效率。整个过程全程自动化，即可以完成地基的数据获取和建模，保证了强夯过程的智能化。
2.效果好：本发明在建立强夯地基时，通过多种措施保证建立的模型与地基一致，除了保证图像上一致以外，还保证了物理参数上的一致，使得后续强夯时基于该过程，可以显著提升效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统，所述系统包括：地基原始数据采集单元，配置用于采集地基的原始数据，所述原始数据至少包括：面积、地基表面凹凸，天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；数据融合单元，配置用于使用预设的数据融合模型，对采集到的原始数据进行数据融合，以生成数据融合结果；地基分类单元，配置用于基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别；地基虚拟化模拟单元，配置用于基于得到的地基类别，生成与地基类别对应的至少三个虚拟现实模型；地基虚拟操作单元，配置用于使用虚拟的强夯设备，输入设定的强夯数据和环境数据，对每个地基的虚拟现实模型进行强夯操作；所述强夯数据包括：奔锤重量、尺寸、落距、夯击遍数和夯击范围；所述环境数据包括：温度和湿度；在进行强夯操作时，不同地基对应的虚拟现实模型所使用的强夯数据和环境数据互不相同；强夯结果分析单元，配置用于对每个虚拟现实模型进行操作后的模型进行分析，以判断被强夯后的虚拟现实模型与设定的理想强夯模型的差别，将差别最小时，对应的虚拟现实模型和强夯数据作为强夯最佳结果。
具体的，由于地基表面的凹凸情况将会影响强夯设备的运行，因此，若地基表面明显存在凹凸不平时，需要进行处理，以保证强夯设备的运行。
同时，建立强夯地基的三维模型时，通过三个虚拟现实模型来进行模拟，以便找到最佳的结果，从而提升效率和效果。
实施例2
在上一实施例的基础上，所述地基原始数据采集单元包括：现场采集单元和远程图像采集单元；所述现场采集单元配置用于通过设置在地基的多个不同种类的传感器分别至少获取天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；所述远程图像采集单元配置用于通过摄像头远程获取地基的图像数据，并对图像数据进行图像识别，以得到地基的面积和地基上是否存在凹凸。
具体的，相较于现有技术，本发明通过虚拟现实模型的构建，在构建过程中考虑到考虑了地基的凹凸，提升了强夯地基的效果。
实施例3
在上一实施例的基础上，所述远程图像采集单元的摄像头远程获取地基的图像数据，并对图像数据进行图像识别，以得到地基的面积和地基上是否存在凹凸的方法包括：基于获取到的图像数据进行面积计算，得到地基的面积；再提取所述图像数据的图像特征信息，并基于预设的识别模型，以所述图像数据的图像特征信息为输入参数，获得所述图像数据的凹凸识别结果；其中，所述识别模型为采用至少包括强标签训练地基图像样本的训练地基图像样本集进行训练至所述识别模型的强监督目标函数收敛，以确定凹凸识别结果；强标签训练地基图像样本表示有强标签信息的地基图像样本，所述强标签信息至少包括凹凸位置的标注信息，其中，所述凹凸位置的标注信息用于识别出属于凹凸的图像特征信息；显示设备，用于输出所述图像数据的凹凸识别结果。
具体的，本发明在判断地基上是否存在凹凸时，通过强监督的图像识别过程来实现。
实施例4
在上一实施例的基础上，所述强监督目标函数是通过如下方式确定的：分别针对每个强标签训练地基图像样本，根据强标签训练地基图像样本对应的强标签信息中凹凸位置，分别确定强标签训练地基图像样本的图像特征信息中每个图像块与凹凸位置的重叠率，若重叠率不小于阈值，则将对应图像块标记为1，否则标记为0，获得强标签训练地基图像样本是否属于对应的强标签信息中凹凸的标记信息；并获得强标签训练地基图像样本是否属于除强标签信息中凹凸的其它预设凹凸的标记信息；分别根据每个强标签训练地基图像样本是否属于各凹凸的标记信息和图像特征信息，确定强监督目标函数。
实施例5
在上一实施例的基础上，所述数据融合单元中的数据融合模型使用如下公式进行表示：
其中，S为面积；A为地基表面凹凸，若地基表面为凹，则取值为1；若地基表面为凸，则取值为0；Si分别表示现场采集单元采集到的数据，i为序号，n为现场采集单元采集到的数据的个数；所述现场采集单元采集到的数据至少包括：天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；K为类别码。
具体的，本发明通过数据融合的方式来判断地基的类别，因为地基的类别不同，对应的虚拟现实模型也是不同的。如果通过采集到的数据，直接进行生成会导致整个过程较为冗长，效率较低。
本发明则是通过预先建立多个虚拟现实模型，这些虚拟现实模型均是通过现有的数据来建立的，在建立过程中通过不同的物理参数，来建立多个不同类别的。在后续检测到该类别对应的物理参数时，则可以直接生成。
实施例6
在上一实施例的基础上，地基分类单元，基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别的方法包括：将计算得到的类别码K分别与设定的判定值进行比较，根据比较的结果，将地基进行分类，得到地基类别。
具体的，在进行强夯地基前，应当：
1.施工前应进行试夯，选定夯锤重量、底面直径和落距，以便确定最后下沉量及相应的最少夯实遍数和总下沉量等施工参数。试夯的密实度和夯实深度必须到达设计要求。
2.基坑的夯实范围应大于基础底面。开挖时，基坑每边比设计宽度加宽不宜小于0.3米，以便于夯实工作的进行，基坑边坡适度放缓。夯实前，基坑底面应高出设计标高，预留土层的厚度可为试夯时的总下沉量加50至100毫米。夯实完毕，将基坑表面拍实至设计标高。
3.做好施工过程中的监测和记录工作，包括检查夯锤重和落距，对夯点放线进行复查，检查夯坑位置，按要求检查每个夯点的夯击次数、每夯的夯沉量等，对各项施工参数、施工过程实施情况做好详细记录，作为质量控制的依据。
实施例7
在上一实施例的基础上，所述地基虚拟化模拟单元，基于得到的地基类别，生成与地基类别对应的至少三个虚拟现实模型的方法包括：基于地基类别，直接调用与地基类别一致的虚拟现实模型；所述虚拟现实模型通过预先建立的方式建立。
实施例8
在上一实施例的基础上，所述虚拟现实模型预先建立的方法包括：输入预图像数据，所述预图像数据包括地理信息、三维信息和对应的参数信息；根据所述地理信息和所述三维信息，建立虚拟现实模型；利用虚拟现实生成装置实现所述虚拟现实模型的虚拟现实场景；所述参数信息与现场采集单元采集到的数据的类别一致，并基于参数信息，为虚拟现实场景分配唯一标识其的判定值。
实施例9
在上一实施例的基础上，所述虚拟现实模型预先建立的方法还包括：根据地理信息和三维信息在一个空的虚拟现实场景中的增加对象的步骤，包括：根据三维信息和地理信息转换为坐标系信息；将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息；根据转换后的直角坐标系信息，在所述虚拟现实模型的虚拟现实场景中增加对象。
实施例10
在上一实施例的基础上，将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息，包括：使用如下公式
将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息，式中，X，Y和Z分别为转换得到的直角坐标系信息的X轴，Y轴和Z轴的坐标；P，Q和
L分别为虚拟现实场景信息中坐标系信息的X轴，Y轴和Z轴的坐标；B为调整系数，取值范围为：1～3；e为自然底数。
需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元来完成，即将本发明实施例中的单元或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元，以完成以上描述的全部或者单元功能。对于本发明实施例中涉及的单元、步骤的名称，仅仅是为了区分各个单元或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件单元、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、QD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“另一部分”等是配置用于区别类似的对象，而不是配置用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者单元/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者单元/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术标记作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非配置用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于虚拟现实的强夯地基可视化管理系统，其特征在于，所述系统包括：地基原始数据采集单元，配置用于采集地基的原始数据，所述原始数据至少包括：面积、地基表面凹凸，天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；数据融合单元，配置用于使用预设的数据融合模型，对采集到的原始数据进行数据融合，以生成数据融合结果；地基分类单元，配置用于基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别；地基虚拟化模拟单元，配置用于基于得到的地基类别，生成与地基类别对应的至少三个虚拟现实模型；地基虚拟操作单元，配置用于使用虚拟的强夯设备，输入设定的强夯数据和环境数据，对每个地基的虚拟现实模型进行强夯操作；所述强夯数据包括：奔锤重量、尺寸、落距、夯击遍数和夯击范围；所述环境数据包括：温度和湿度；在进行强夯操作时，不同地基对应的虚拟现实模型所使用的强夯数据和环境数据互不相同；强夯结果分析单元，配置用于对每个虚拟现实模型进行操作后的模型进行分析，以判断被强夯后的虚拟现实模型与设定的理想强夯模型的差别，将差别最小时，对应的虚拟现实模型和强夯数据作为强夯最佳结果。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地基原始数据采集单元包括：现场采集单元和远程图像采集单元；所述现场采集单元配置用于通过设置在地基的多个不同种类的传感器分别至少获取天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；所述远程图像采集单元配置用于通过摄像头远程获取地基的图像数据，并对图像数据进行图像识别，以得到地基的面积和地基上是否存在凹凸。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述远程图像采集单元的摄像头远程获取地基的图像数据，并对图像数据进行图像识别，以得到地基的面积和地基上是否存在凹凸的方法包括：基于获取到的图像数据进行面积计算，得到地基的面积；再提取所述图像数据的图像特征信息，并基于预设的识别模型，以所述图像数据的图像特征信息为输入参数，获得所述图像数据的凹凸识别结果；其中，所述识别模型为采用至少包括强标签训练地基图像样本的训练地基图像样本集进行训练至所述识别模型的强监督目标函数收敛，以确定凹凸识别结果；强标签训练地基图像样本表示有强标签信息的地基图像样本，所述强标签信息至少包括凹凸位置的标注信息，其中，所述凹凸位置的标注信息用于识别出属于凹凸的图像特征信息；显示设备，用于输出所述图像数据的凹凸识别结果。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述强监督目标函数是通过如下方式确定的：分别针对每个强标签训练地基图像样本，根据强标签训练地基图像样本对应的强标签信息中凹凸位置，分别确定强标签训练地基图像样本的图像特征信息中每个图像块与凹凸位置的重叠率，若重叠率不小于阈值，则将对应图像块标记为1，否则标记为0，获得强标签训练地基图像样本是否属于对应的强标签信息中凹凸的标记信息；并获得强标签训练地基图像样本是否属于除强标签信息中凹凸的其它预设凹凸的标记信息；分别根据每个强标签训练地基图像样本是否属于各凹凸的标记信息和图像特征信息，确定强监督目标函数。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据融合单元中的数据融合模型使用如下公式进行表示：
其中，S为面积；A为地基表面凹凸，若地基表面为凹，则取值为1；若地基表面为凸，则取值为0；Si分别表示现场采集单元采集到的数据，i为序号，n为现场采集单元采集到的数据的个数；所述现场采集单元采集到的数据至少包括：天然重度、干重度、比重、饱和度、孔隙比、孔隙度、液隙和塑限；K为类别码。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，地基分类单元，基于数据融合结果，使用预设的分类规则，将地基进行分类，得到地基类别的方法包括：将计算得到的类别码K分别与设定的判定值进行比较，根据比较的结果，将地基进行分类，得到地基类别。
7.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地基虚拟化模拟单元，基于得到的地基类别，生成与地基类别对应的至少三个虚拟现实模型的方法包括：基于地基类别，直接调用与地基类别一致的虚拟现实模型；所述虚拟现实模型通过预先建立的方式建立。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实模型预先建立的方法包括：输入预图像数据，所述预图像数据包括地理信息、三维信息和对应的参数信息；根据所述地理信息和所述三维信息，建立虚拟现实模型；利用虚拟现实生成装置实现所述虚拟现实模型的虚拟现实场景；所述参数信息与现场采集单元采集到的数据的类别一致，并基于参数信息，为虚拟现实场景分配唯一标识其的判定值。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实模型预先建立的方法还包括：根据地理信息和三维信息在一个空的虚拟现实场景中的增加对象的步骤，包括：根据三维信息和地理信息转换为坐标系信息；将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息；根据转换后的直角坐标系信息，在所述虚拟现实模型的虚拟现实场景中增加对象。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息，包括：使用如下公式
将所述虚拟现实场景信息中的坐标系信息转换为直角坐标系信息，式中，X，Y和Z分别为转换得到的直角坐标系信息的X轴，Y轴和Z轴的坐标；P，Q和L分别为虚拟现实场景信息中坐标系信息的X轴，Y轴和Z轴的坐标；B为调整系数，取值范围为：1～3；e为自然底数。
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