CN115600281A - 一种基于osg的生态修复治理三维规划设计平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台及方法。其设计平台包括：项目管理模块、三维模型建设模块、工具模块、治理工程设计模块、成果输出模块；本发明采用开源OSG技术，可有效避免功能限制和后台代码安全隐患。本发明提供三维模型建设模块，通过多源数据导入接口，可无缝融合无人机航测获取的矿区高分辨率倾斜摄影数据(OSGB)、高程数据、矢量数据、地质钻孔等数据，构建矿区真三维场景，实现生态修复治理工程三维可视化设计，三维效果更为直观，搭建治理方案设计方、矿区方、生态环境管理方综合决策的桥梁，提高决策效率。

Description

一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台及方法

技术领域

本发明属于生态修复治理技术领域，具体涉及一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台及方法。

背景技术

生态环境修复意义重大，我国经济发展已开始从单纯追求效益的发展向注重社会与环境利益的协调发展转型。高强度的矿山开采带来了生态环境破坏，造成水土流失、泥石流、山体滑坡等自然灾害，危害人民群众生命财产安全。因此，矿山的生态修复治理，已经成为社会普遍关注的问题之一。

矿山生态环境修复治理，常规采用MapGIS、CAD等二维绘图软件进行治理工程布置设计，存在工作流程分散、土石方量计算工作量大、设计效率低、二维设计成果不直观不易被非专业人士理解等问题，因此需要建立专业的、三维的生态修复治理三维设计系统，用于进行治理工程设计和展示。

随着无人机航测技术与三维地理信息技术的发展，开始将三维实景技术应用到矿山环境恢复治理业务中，现有的方法之一是基于skyline三维平台进行二次开发，建立矿山生态修复三维实景规划设计系统，但是skyline三维平台为国外产品，为非开源性质，容易存在功能限制和后台代码安全隐患，技术和服务容易受制于人。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台及方法。其能够实现矿山生态环境修复治理工程三维可视化设计，有效解决采用二维绘图软件进行工程布设时，存在的工作流程分散、土石方量计算工作量大、设计效率低、二维设计成果不直观不易被非专业人士理解等问题，同时采用的开源OSG技术，可有效避免功能限制和后台代码安全隐患。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，包括：项目管理模块、三维模型建设模块、工具模块、治理工程设计模块、成果输出模块；

项目管理模块用于新建工程、打开已有工程和保存工程，支持同时新建多个工程、打开多个工程。

三维模型建设模块用于无缝融合无人机航测获取的矿区高分辨率倾斜摄影数据(OSGB)、高程数据、矢量数据、地质钻孔等数据建立矿区真三维场景。

工具模块用于进行治理工程设计前的稳定性分析，分析斜坡设计等方案是否稳定，用于进行地形、治理工程设计剖面分析，提供图形编辑工具，用于点、线、面编辑和绘制。

治理工程设计模块用于在建立的矿区真三维场景中，进行斜坡、地面平整、台阶、覆土、绿化、挂网、截排水、挡土墙等治理工程三维可视化设计和修改，并自动计算土石方量。

成果输出模块用于在完成治理工程设计后，导出治理工程平面设计图、工程总量报表、设计效果图等设计成果，并用于设计成果三维漫游展示。

进一步地，项目管理模块包括新建项目单元、打开项目单元、保存项目单元，新建项目单元用于新建工程，可同时新建多个工程用于设计多种方案，打开项目单元用于打开已有工程，打开已有工程后可对已有工程进行查看、修改，可同时打开多个已有工程，用于多方案比选择优，并可实现不同设计方案间的设施迁移，保存项目单元，用于保存工程和数据。

进一步地，三维模型建设模块包括三维实景模型单元、三维地形模型单元、三维地层模型单元：

三维实景模型单元用于构建三维实景模型，通过导入高分辨率倾斜摄影数据(OSGB)，构建三维实景模型。

三维地形模型单元用于构建三维地形模型，通过导入dxf格式等高线、高程点、地貌特征线等矢量数据，构建TIN网，并支持导入DEM数据，融合构建三维地形模型。

三维地层模型单元用于构建三维地层模型，导入钻孔、地质数据，并赋予地质矢量数据属性，通过拉剖面进行地层分界绘制，最终构建三维地层模型。将三维实景模型、三维地形模型和三维地层模型叠加融合，构建矿区真三维场景。

进一步地，工具模块包括稳定性分析单元、图形编辑单元、图形绘制单元、纵断面分析单元。稳定性分析单元采用赤平投影方法，采集地质参数，进行地质稳定性分析，分析该区域是否适合进行治理工程设计，采用的设计方式能否预防滑坡或倒塌。工具图形编辑单元用于通过节点编辑、添加节点、修线等图形编辑工具对治理工程设施进行修改编辑。纵断面分析单元用于通过任意绘制剖面线，进行地形、治理工程剖面分析，并可导出dxf格式剖面坐标。

进一步地，治理工程设计模块包括斜坡设计单元、场地平整设计单元、覆土设计单元、挡土墙设计单元、植草设计单元、植树设计单元、藤蔓设计单元、防护栏设计单元、沟渠设计单元、水利设施设计单元、耕地设计单元、道路设计单元：

(1)斜坡设计单元用于进行斜坡设计。根据现场设计的坡脚线或者导入设计好的坡脚线，通过整坡参数功能录入坡高、坡率、台阶宽、坡级数等参数批量添加斜坡。再通过子坡参数功能对各级子坡进行参数调整、图形编辑。实时自动计算选中子坡土石方量，并自动计算总体斜坡设计土石方量、面积并进行结果校验。依据计算方量及校验结果实时调整设计方案，并可导出dxf格式斜坡设计图，完成斜坡设计。

(2)场地平整设计单元用于场地平整设计，根据现场设计的平整范围线或者导入设计好的平整范围线，设置场地标高、平整方式等参数，可快速自动计算土石方量、面积及进行校验，依据计算方量结果及校验结果，编辑平整范围线、重设参数，实时调整设计方案，完成场地平整设计。

(3)覆土设计单元用于进行覆土设计，选择覆土区域，设计覆土厚度参数，自动计算覆土需要的土石方量，完成覆土设计。

(4)挡土墙设计单元用于绘制线段，设置挡土墙类等参数，编辑图形，完成挡土墙设计。

(5)植草设计单元用于进行植草绿化设计，选择植草区域，设置植草类型、纹理等参数，可快速计算草皮面积，完成植草设计。

(6)植树设计单元用于进行植树绿化设计，选择植树区域，选择提供的点、线、面三种植树方式，设置树木类型、树高、树间距等参数，进行植树绿化设计。

(7)藤蔓设计单元用于通过绘制或选择植藤蔓区域，设置藤蔓类型参数，完成藤蔓设计。

(8)挂网设计单元用于通过绘制或选择挂网区域，设置挂网类型、完成挂网栏设计。

(9)沟渠设计单元用于排水沟渠设计，通过绘制沟渠线，设置沟宽、沟底宽、沟深、沟壁厚度、沟渠位置等参数，自动计算土石方量，实时调整参数，完成沟渠设计或者跌水设计。

(10)水利设施设计单元用于通过绘制水利设施区域，设置洪水位线，完成水利设施设计。

(11)耕地设计单元用于通过绘制或选择耕地范围，设置类型、纹理参数，计算设计面积，完成耕地设计。

(12)道路设计单元用于通过绘制道路线，设置道路纹理类型、设置路宽、长度，完成道路设计。

进一步地，成果输出模块包括设计成果导出单元、方案比选单元、三维漫游单元。成果导出单元用于在完成治理工程设计后，导出治理工程平面设计图、工程总量报表等设计成果。方案比选单元用于支持打开多个设计方案，用于多方案比选择优，实现不同方案之间地设施迁移。三维漫游单元用于设计成果三维漫游展示。

提供一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台的设计方法，包括以下步骤：

S1、获取矿区高分辨率倾斜摄影数据、高程数据、矢量数据、地质钻孔数据，建立矿区真三维场景；

S2、进行治理工程设计前的稳定性分析，分析斜坡设计方案是否稳定，用于进行地形、治理工程设计剖面分析，提供图形编辑工具，用于点、线、面编辑和绘制；

S3、在建立的矿区真三维场景中，进行斜坡、地面平整、台阶、覆土、绿化、挂网、截排水、挡土墙治理工程三维可视化设计和修改，并自动计算土石方量；

S4、导出治理工程平面设计图、工程总量报表、设计效果图，并用于设计成果三维漫游展示。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用开源OSG技术，可有效避免功能限制和后台代码安全隐患。

(2)本发明提供三维模型建设模块，通过多源数据导入接口，可无缝融合无人机航测获取的矿区高分辨率倾斜摄影数据(OSGB)、高程数据、矢量数据、地质钻孔等数据，构建矿区真三维场景，实现生态修复治理工程三维可视化设计，三维效果更为直观，搭建治理方案设计方、矿区方、生态环境管理方综合决策的桥梁，提高决策效率。

(3)本发明提供稳定性分析功能，可在治理工程设计前，依据获取的地质参数，进行稳定性分析，可有效预防治理设施滑坡、塌方，让治理设计方案更安全、可靠。

(4)本发明提供治理工程设计模块，在进行治理工程设计前，智能化分析计算真三维场景数据，提供智能参考设计方案，便于快速进行斜坡、场地平整等治理工程三维可视化设计，同时实现三维效果和数据联动，实时参数修改，实时三维模型切割计算，降低设计工作量，提高工作效率。

(5)本发明提供多方案比选功能，实现多方案比选择优，并能实现不同方案间设施迁移，达到方案最优化，提升设计质量。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台的结构示意图；

图2是本发明提供的一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台的三维模型建设流程图；

图3是本发明提供的一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台的治理工程设计及成果导出流程图。

附图标记说明；100、项目管理模块；110、新建项目单元；120、打开项目单元；130、保存项目单元；200、三维模型建设模块；210、三维实景建设单元； 220、三维地形建设单元；230、三维地层建设单元；300、工具模块；310、稳定性分析单元；320、图形编辑单元；330、图形绘制单元；340、纵断面分析单元；400、治理工程设计模块；410、斜坡设计单元；420、场地平整设计单元； 430、覆土设计单元；440、挡土墙设计单元；450、植草设计单元；460、植树设计单元；470、藤蔓设计单元；480、挂网设计单元；490、沟渠设计单元；4100、水利设施设计单元；4110、耕地设计单元；4120、道路设计单元；500、成果输出模块；510、设计成果导出单元；520、方案比选单元；530、三维漫游单元。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

参照附图1所示，本发明提供一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，包括项目管理模块100、三维模型建设模块200、工具模块300、治理工程设计模块400、成果输出模块500。

参照附图1～3所示，项目管理模块100用于进行新建项目、打开项目和保存项目。当新建项目后，进行入三维模型建设模块200，开始三维模型建设。当打开已有项目后，进入工具模块300，对已有项目进行编辑修改。

进一步的，项目管理模块100包括新建项目单元110，打开项目单元120，保存项目单元130，新建项目单元110用于新建工程，可同时新建多个工程用于设计多种方案，并进入三维模型模型建设模块200。打开项目单元120用于打开已有工程，并通过图形编辑单元320，图形绘制单元330对已有工程进行查看、修改，可同时打开多个已有工程，通过方案比选单元520进行多方案比选，并可实现不同设计方案间的设施迁移。保存项目单元130，用于保存工程和数据。从而快速实现同时空多方案设计和管理。

参照附图1～3所示，三维模型建设模块200用于进行矿区真三维场景建设，当完成三维模型建设后进入工具模块300和治理工程设计模块400。

进一步的，三维模型建设模块200包括三维实景建设单元210、三维地形建设单元220、三维地层建设单元230。三维实景建设单元210，通过倾斜摄影模型导入接口，导入高分辨率倾斜摄影数据(OSGB)，构建三维实景模型。三维地形建设单元220，通过矢量数据导入接口，导入dxf格式等高线、高程点、地貌特征线等矢量数据，通过设置抽稀参数对等高线进行抽稀处理，并支持将地貌特征线等二维线转换为三维线，通过图形编辑单元320、图形绘制单元330修改矢量数据，构建TIN网，并支持导入DEM数据，融合构建三维地形模型。三维地层模型单元230，通过地质、钻孔数据导入接口，导入钻孔、地质数据，并赋予地质矢量数据属性，通过拉剖面进行地层分界绘制，最终构建三维地层模型。将三维实景模型、三维地形模型和三维地层模型融合，构建矿区真三维场景，随后通过工具模块300，进入治理工程设计模块400，进行治理工程设计。矿区真三维场景的搭建，为实现生态修复治理工程三维可视化设计提供基础数据支撑，三维效果更为直观，搭建治理方案设计方、矿区方、生态环境管理方综合决策的桥梁。

参照附图1～3所示，工具模块300用于进行地质稳定性分析，矢量数据及治理工程数据编辑修改。当三维模型建设模块200中矢量数据需要修改，或治理工程设计模块400设施数据需要修改时，采用工具模块300进行分析、编辑。

进一步的，工具模块300包括稳定性分析单元310、图形编辑单元320、图形绘制单元330，纵断面分析单元340。稳定性分析单元310用于设计前的地质稳定性分析，通过采集数据功能采集地质数据，通过赤平投影方式进行地质稳定性分析，当判定地质稳定时则进入治理工程设计模块400。

图形编辑单元320、图形绘制单元330用于图形编辑，当三维地形建设单元 220，导入的矢量数据图形需要修改时，或者治理工程设计模块400设施图形数据需要修改编辑时，则可用图形编辑单元320、图形绘制单元330进行图形修改。纵断面分析单元340用于地形、治理工程设施剖面分析。

参照附图1～3所示，治理工程设计模块400用于进行治理工程设施设计和修改。治理工程设计模块400包括斜坡设计单元410、场地平整设计单元420、覆土设计单元430、挡土墙设计单元440、植草设计单元450；植树设计单元460、藤蔓设计单元470、挂网设计单元480、沟渠设计单元490；水利设施设计单元 4100；耕地设计单元4110、道路设计单元4120。

(1)斜坡设计单元410用于进行斜坡设计。现场绘制坡脚线或者导入设计好的坡脚线进行斜坡设计，当整坡参数都一致时统一设置坡高、坡率、台阶宽、级数一键式批量添加斜坡，当整坡参数不一致时一级一级设置坡高、坡率、台阶宽参数单级添加斜坡。再对各级子坡进行坡高、坡率、扩展方式、地面贴合度等参数调整，如果需要对子坡图形进行编辑，则采用图形编辑单元320进行编辑修改。实时智能化计算选中子坡土石方量，智能化计算总体斜坡设计土石方量、面积及进行结果校验。依据计算方量及校验结果，快速调整设计方案，并可导出dxf格式斜坡设计图，完成斜坡设计。

(2)场地平整设计单元420用于场地平整设计，现场绘制平整范围线或者导入设计好的平整范围线，设置场地标高、平整方式等参数，可快速自动计算土石方量、面积及进行校验，依据计算方量结果及校验结果，采用图形编辑单元320编辑平整范围线、重设参数，快速调整设计方案，完成场地平整设计。

(3)覆土设计单元430用于进行覆土设计，选择覆土区域，设计覆土厚度参数，智能化计算覆土需要的土石方量，完成覆土设计。

(4)挡土墙设计单元440，绘制线段，设置挡土墙类型等参数，采用图形编辑单元320进行图形编辑，完成挡土墙设计。

(5)植草设计单元450用于进行植草绿化设计，选择植草区域，通过选择内置的多种草皮模型，设置植草类型、纹理等参数，可快速计算草皮面积，价钱，完成植草设计。

(6)植树设计单元460用于进行植树绿化设计，选择植树区域，选择提供的点、线、面三种植树方式，通过内置的树木模型，设置树木类型、树高、树间距等参数，快速计算所需树木量。

(7)藤蔓设计单元470，通过绘制或选择植藤蔓区域，设置藤蔓类型参数，完成藤蔓设计。

(8)挂网设计单元480，通过绘制或选择挂网区域，设置挂网类型、完成挂网栏设计。

(9)沟渠设计单元490用于排水沟渠设计，可智能化批量选线或现场绘制沟渠线，设置沟宽、沟底宽、沟深、沟壁厚度、沟渠位置等参数，计算土石方量，实时调整参数，完成沟渠设计或者跌水设计。

(10)水利设施设计单元4100，通过绘制水利设施区域，设置洪水位线，完成水利设施设计。

(11)耕地设计单元4110，绘制或选择耕地范围，设置类型、纹理参数，快速计算设计面积，完成耕地设计。

(12)道路设计单元4120，绘制道路线，设置道路纹理类型、路宽、长度，完成道路设计。

参照附图1～3所示，成果输出模块500用于设计成果输出、多方案比选。成果输出模块500包括设计成果导出单元510、方案比选单元520、三维漫游单元530。成果导出单元510用于在完成治理工程设计模块400后，一键式导出治理工程平面设计图、工程总量报表、设计效果图等设计成果。方案比选单元520，采用打开项目单元120批量打开多个设计方案，用于多方案比选择优，一键式实现不同方案土石方量、面积汇总比对，实现不同方案间设施智能化快速迁移，从而以最少的工作量，完成最优设计。三维漫游单元530用于设计成果三维漫游展示，通过设定漫路径、漫游参数进行自动漫游展示。

于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，其特征在于，包括项目管理模块(100)、三维模型建设模块(200)、工具模块(300)、治理工程设计模块(400)、成果输出模块(500)；

所述项目管理模块(100)用于新建工程、打开已有工程和保存工程，支持同时新建多个工程、打开多个工程；

所述三维模型建设模块(200)用于无缝融合无人机航测获取的矿区高分辨率倾斜摄影数据、高程数据、矢量数据、地质钻数据，建立矿区真三维场景；

所述工具模块(300)用于进行治理工程设计前的稳定性分析，分析斜坡设计方案是否稳定，用于进行地形、治理工程设计剖面分析，提供图形编辑工具，用于点、线、面编辑和绘制；

所述治理工程设计模块(400)用于在建立的矿区真三维场景中，进行治理工程三维可视化设计和修改，并自动计算土石方量；

所述成果输出模块(500)用于在完成治理工程设计后，导出治理工程平面设计图、工程总量报表、设计效果图设计成果，并用于设计成果三维漫游展示。

2.根据权利要求1所述的基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，其特征在于，所述项目管理模块(100)包括新建项目单元(110)，打开项目单元(120)，保存项目单元(130)；

新建项目单元(110)用于新建工程，同时新建多个工程用于设计多种方案，并进入三维模型建设模块(200)；

打开项目单元(120)用于打开已有工程，并通过图形编辑单元，图形绘制单元对已有工程进行查看、修改，同时打开多个已有工程，通过方案比选单元进行多方案比选，实现不同设计方案间的设施迁移；

保存项目单元(130)用于保存工程和数据。

3.根据权利要求1所述的基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，其特征在于，所述三维模型建设模块(200)包括三维实景建设单元(210)、三维地形建设单元(220)、三维地层建设单元(230)；

三维实景建设单元(210)用于通过倾斜摄影模型导入接口，导入高分辨率倾斜摄影数据，构建三维实景模型；

三维地形建设单元(220)用于通过矢量数据导入接口，导入dxf格式等高线、高程点、地貌特征线矢量数据，通过设置抽稀参数对等高线进行抽稀处理，并支持将地貌特征线等二维线转换为三维线，通过图形编辑单元、图形绘制单元修改矢量数据，构建TIN网，并支持导入DEM数据，融合构建三维地形模型；

三维地层建设单元(230)用于通过地质、钻孔数据导入接口，导入钻孔、地质数据，并赋予地质矢量数据属性，通过拉剖面进行地层分界绘制，最终构建三维地层模型。

4.根据权利要求1所述的基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，其特征在于，所述工具模块(300)包括稳定性分析单元(310)、图形编辑单元(320)、图形绘制单元(330)，纵断面分析单元(340)；

稳定性分析单元(310)用于设计前的地质稳定性分析，通过采集数据功能采集地质数据，通过赤平投影方式进行地质稳定性分析，当判定地质稳定时则进入治理工程设计模块(400)；

图形编辑单元(320)、图形绘制单元(330)用于图形编辑，当三维地形建设单元(220)导入的矢量数据图形需要修改时，或者治理工程设计模块(400)设施图形数据需要修改编辑时，用图形编辑单元(320)、图形绘制单元(330)进行图形修改；

纵断面分析单元(340)用于地形、治理工程设施剖面分析。

5.根据权利要求1所述的基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，其特征在于，所述治理工程设计模块(400)包括斜坡设计单元(410)、场地平整设计单元(420)、覆土设计单元(430)、挡土墙设计单元(440)、植草设计单元(450)；植树设计单元(460)、藤蔓设计单元(470)、挂网设计单元(480)、沟渠设计单元(490)、水利设施设计单元(4100)、耕地设计单元(4110)、道路设计单元(4120)。

6.根据权利要求1所述的基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台，其特征在于，所述成果输出模块(500)包括设计成果导出单元(510)、方案比选单元(520)、三维漫游单元(530)；

成果导出单元(510)用于在完成治理工程设计模块(400)后，一键式导出治理工程平面设计图、工程总量报表、设计效果图等设计成果；

方案比选单元(520)用于采用打开项目单元(120)批量打开多个设计方案，用于多方案比选择优，一键式实现不同方案土石方量、面积汇总比对，实现不同方案间设施智能化快速迁移，从而以最少的工作量，完成最优设计；

三维漫游单元(530)用于设计成果三维漫游展示，通过设定漫路径、漫游参数进行自动漫游展示。

7.一种如权利要求1-6任一所述的基于OSG的生态修复治理三维规划设计平台的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取矿区高分辨率倾斜摄影数据、高程数据、矢量数据、地质钻孔数据，建立矿区真三维场景；

S2、进行治理工程设计前的稳定性分析，分析斜坡设计方案是否稳定，用于进行地形、治理工程设计剖面分析，提供图形编辑工具，用于点、线、面编辑和绘制；

S3、在建立的矿区真三维场景中，进行治理工程三维可视化设计和修改，并自动计算土石方量；

S4、多方案比选择优，导出治理工程平面设计图、工程总量报表、设计效果图，并用于设计成果三维漫游展示。

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