CN116702428A - 一种基于Cesium填挖量的计算方法及系统 - Google Patents

一种基于Cesium填挖量的计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及填挖量计算技术领域，具体涉及一种基于Cesium填挖量的计算方法及系统，本发明基于开源的Cesium结合地形倾斜摄影数据，一方面能够将目标区域进行三维显示，使得更加直观地观察填挖区域，通过填挖区域确定填挖区域模型，同时根据需要调节填挖平面的高度确定待填挖的范围，满足实际填挖计算需求，适用范围更广；通过计算待填挖范围的体积从而得到填挖区域的填挖量，操作直观简单，提高工作效率，同时计算方便快捷，结果稳定可靠，满足实际填挖量计算的使用需求，提高施工效率，避免成本浪费。

Description

一种基于Cesium填挖量的计算方法及系统
技术领域
本发明涉及填挖量计算技术领域，具体涉及一种基于Cesium填挖量的计算方法及系统。
背景技术
在目前工程施工时，通常会遇到需要对原有的地形进行改造，例如对下凹地形填平、对地面挖掘为基坑、对凸起地势铲平和/或在底面堆积土方筑台等土方施工，通常在土方施工前需要预估土方施工量，从而方便安排土方车辆的数量以及施工时间等。
目前对土方挖掘量的计算通常为人工对当前位置进行勘探测量，计算得到当前填挖区域的填挖量，但是由于实际环境复杂多变，而且对于填挖区域存在危险风险的时候不能够通过人工进行实地勘测，一方面增加了实际勘测难度，降低工作效率，另一方面存在勘测不准确导致计算结果不精准，影响施工进度，使得对填挖量计算不能满足实际需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Cesium填挖量的计算方法及系统，解决目前填挖量计算难度高的问题。
本发明解决上述技术问题的方案：
一种基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集待测量目标区域的地形倾斜摄影数据并保存；
S2、将地形倾斜摄影数据导入Cesium，通过Cesium得到当前目标区域模型；
S3、在目标区域模型上根据填挖区域确定填挖区域模型，根据填挖区域模型构建填挖平面；
S4、调整填挖平面相对填挖区域模型的高度，得到填挖计算平面；
S5、通过填挖计算平面与填挖区域模型之间的高程，计算得到填挖量。
进一步限定，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、将步骤S1采集得到的地形倾斜摄影数据导入Cesium；
S22、利用Cesium将导入的地形倾斜摄影数据加载得到目标区域模型。
进一步限定，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、在目标区域模型上选择待填挖区域，得到填挖区域模型；
S32、沿填挖区域模型的轮廓依次构建n个区域点P，n个所述区域点P位于同一水平面内；
S33、将n个所述区域点P依次连接围绕形成填挖平面。
进一步限定，所述步骤S4具体为：
根据填挖需求，沿竖直方向调节填挖平面的高度，使填挖平面下方的填挖区域模型为待填埋的区域，使填挖平面上方的填挖区域模型为待挖掘的区域，得到填挖计算平面。
进一步限定，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51、根据填挖计算平面水平方向最大长度Bmax，将填挖计算平面沿长度方向等间距划分为多份；根据填挖计算平面水平方向最大宽度Amax，将填挖计算平面沿宽度方向等间距划分为多份，完成对填挖计算平面的网格划分，得到k个网格，其中，k为正整数；
S52、沿每一个网格的中心作垂直填挖计算平面的延长线，得到每一个延长线与填挖区域模型的交点Z1～Zk的坐标，根据交点Z1～Zk的坐标与对应网格中心的坐标得到每一个网格与填挖区域模型的高程H1～Hk，令位于填挖计算平面上方的高程通过负数表示，位于填挖计算平面下方的高程通过正数表示；
S53、根据Vi＝SiHi计算得到第i个网格对应的填挖量|Vi|，判断Vi是否为正值，若是，则|Vi|为填量，若否，则判断Vi是否为负值，若是，则|Vi|为挖量，若否，则不进行填挖；Si为第i个网格的面积，i＝1～k；
S54、重复执行步骤S53，直至完成n个网格对应填挖量的计算；
S55、将步骤S54计算的所有填量与挖量相加，得到填挖区域的填埋总量或挖掘总量。
进一步限定，所述步骤S55具体包括以下步骤：
S551、将步骤S54计算得到的所有填量相加，得到待填总量；
S552、将步骤S54计算得到的所有挖量相加，得到待挖总量；
S553、将待填总量与待挖总量相加得到填埋总量或挖掘总量。
一种基于Cesium填挖量的计算系统，其特征在于，包括：
地形倾斜摄影数据采集单元，用于采集待测量目标区域的地形倾斜摄影数据并保存；
目标区域模型建立单元，用于将地形倾斜摄影数据导入Cesium，通过Cesium得到当前目标区域模型；
填挖平面构建单元，用于在目标区域模型上根据填挖区域确定填挖区域模型，根据填挖区域模型构建填挖平面；
填挖计算平面构建单元，用于调整填挖平面相对填挖区域模型的高度，得到填挖计算平面；
填挖量计算单元，用于通过填挖计算平面与填挖区域模型之间的高程，计算得到填挖量。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明的有益效果在于：
本发明基于开源的Cesium结合地形倾斜摄影数据，一方面能够将目标区域进行三维显示，使得更加直观地观察填挖区域，通过填挖区域确定填挖区域模型，同时根据需要调节填挖平面的高度确定待填挖的范围，满足实际填挖计算需求，适用范围更广；通过计算待填挖范围的体积从而得到填挖区域的填挖量，操作直观简单，提高工作效率，同时计算方便快捷，结果稳定可靠，满足实际填挖量计算的使用需求，提高施工效率，避免成本浪费。
附图说明
图1为本发明实施例1基于Cesium填挖量的计算流程示意图；
图2为本发明填挖平面建立界面图；图2a为在填挖平面俯视图；图2b为填挖平面轴测图；
图3为本发明填挖区域示意图，其中图3a为待挖掘区域和待填埋区域同时存在示意图；图3b为只存在待填埋区域示意图；图3c为只存在待挖掘区域示意图；
图4为本发明填挖计算平面示意图，其中图4a为填挖计算平面的示意图，图4b为填挖计算平面最大长度和最大宽度示意图；图4c为填挖计算平面网格划分示意图；
图5为本发明第5个网格与对应填挖区域模型高程计算示意图；
图6为本发明实施例2基于Cesium地形变化趋势判断系统示意图。
具体实施方式
实施例1
参考图1，本实施例提供一种基于Cesium填挖量的计算方法，包括以下步骤：
S1、采集待测量目标区域的地形倾斜摄影数据并保存；
具体的，通常可以使用无人机或者卫星对某一区域进行图像采集，得到该区域的地形倾斜摄影数据，该地形倾斜摄影数据包括有采集时间以及目标区域的三维数据。
对目标区域的地形倾斜摄影数据采集通常位于待填挖区域的外侧，即目标区域的范围大于填挖量计算区域的范围，一方面避免对于不需要计算区域的数据加载增加加载时间，另一方面降低采集成本，减少采集时间，提高计算效率。
对目标区域的采集，可以根据设定的时间例如一周一次，也可以在需要的时候一小时采集一次，采集频次可以根据需要进行调整，而且采集区域也可以根据检测需求进行调整，通常在使用时会选用距离填挖量计算日期最接近的地形倾斜摄影数据，例如在计算前采集一遍，得到最新的地形倾斜摄影数据，保证计算准确可靠。
S2、将地形倾斜摄影数据导入Cesium，通过Cesium得到当前目标区域模型；
S3、在目标区域模型上根据填挖区域确定填挖区域模型，根据填挖区域模型构建填挖平面；
S4、调整填挖平面相对填挖区域模型的高度，得到填挖计算平面；
S5、通过填挖计算平面与填挖区域模型之间的高程，计算得到填挖量。
步骤S2具体包括以下步骤：
S21、将步骤S1采集得到的地形倾斜摄影数据导入Cesium；
S22、利用Cesium将导入的地形倾斜摄影数据加载得到目标区域模型。
其中，将步骤S1选取的目标区域最新的地形倾斜摄影数据导入Cesium，导入Cesium的地形倾斜摄影数据被以三维模型的形式展现在Cesium的三维界面中，得到目标区域模型。
一方面能够将目标区域直观地展现在三维界面中，方便工作人员的后续操作，提高工作效率。
参考图2，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、在目标区域模型上选择填挖区域，得到填挖区域模型；
其中，根据实际施工需求，工作人员通过三维界面在目标区域模型上选择待填挖的区域，例如根据施工需求，沿着目标区域模型的俯视图划定填挖区域，填挖区域沿地面竖直方向与目标区域模型接触的部分为填挖区域模型，即施工时在填挖区域模型的竖直方向进行填埋施工和/或挖掘施工；在进行填埋和挖掘施工时例如是将填挖区域中凸起的部分挖平，将凹下的部分填平，此时填量和挖量可能相等，也可能不相等，当填量为0时即最终得到的只有挖量，若挖量为0，则代表全部需要填埋，计算得到的为填量。
S32、沿填挖区域模型的轮廓依次构建n个区域点P，n个所述区域点P位于同一水平面内；
S33、将n个所述区域点P依次连接围绕形成填挖平面。
其中，参考图2a和图2b，施工时需要确定填埋的高度和/或挖掘的深度，所以需要建立填挖平面，方便计算填挖量；在建立填挖平面时，首先沿着填挖区域模型的边界依次构建n个区域点P，区域点P的数量越多，得到的填挖量越精准，即划定的填挖平面与填挖区域模型之间的体积计算越精准，区域点P的构建可以选择人工沿着填挖区域模型的边界依次构建，此时每一个区域点P分散在填挖区域模型边缘的竖直方向上，n个区域点P均位于同一水平面内，即n个区域点P的高度均相同，具体高度在后续步骤中调节，当n个区域P点全部构建完成后，将n个区域点P依次连接围绕形成填挖平面。
其中，将建立好的区域点P依次连接，形成与填挖区域模型轮廓在竖直方向正对的填挖计算平面填挖计算平面平行于水平面，填挖计算平面可以与目标区域模型相交和/或不相交。
步骤S4具体为：
根据填挖需求，沿竖直方向调节填挖平面的高度，使填挖平面下方的填挖区域模型为待填埋的区域，使填挖平面上方的填挖区域模型为待挖掘的区域，得到填挖计算平面。
参考图3，其中，根据施工需求，即需要对填挖区域进行改造得到的结果，例如需要对填挖区域施工后得到一个平面，即需要根据施工需求得到的平面相对于水平面的高度获取得到填挖平面相对于水平面的高度，从而确定填挖平面的位置，得到填挖计算平面，进而可以直观地从三维界面中查看待挖掘区域和/或待填埋区域；例如图3a，填挖计算平面与填挖区域模型存在交叉，此时即需要对该区域进行填埋也需要挖掘，此时可以在施工安排时将挖掘土方填埋在待填埋区域，从而方便计算还需要外调多少土方或者转移多少土方，提高施工进度；如图3b所示，填挖计算平面位于目标区域模型的下方，代表需要在该位置挖掘坑槽，挖掘坑槽的底面即为填挖计算平面所在高度，挖掘水平范围即为填挖计算平面的水平范围与填挖区域模型形成的空间；同样的，如图3c所示，填挖计算平面位于目标区域模型的上方，代表需要在该位置需要堆积土方筑台，同样的根据填挖计算平面确定筑台范围以及高度，从而方便确定填挖示意范围，提高工作效率。
步骤S5具体包括以下步骤：
S51、根据填挖计算平面水平方向最大长度Bmax，将填挖计算平面沿长度方向等间距划分为多份；根据填挖计算平面水平方向最大宽度Amax，将填挖计算平面沿宽度方向等间距划分为多份，完成对填挖计算平面的网格划分，得到k个网格，其中，k为正整数；
参考图4，其中，由于填挖区域模型通常表面凹凸不平，所以不能直接计算填挖区域模型与填挖计算平面之间的体积范围，通常是选择将填挖计算平面进行网格划分，得到多个网格，网格数量越多得到的计算结果越精准，同时产生的计算量也越大，例如将填挖计算平面沿长度方向等间距划分为100α份，将填挖计算平面沿宽度方向等间距划分为100α份，所以可以通过划分精度α来选择网格划分得到网格的大小，划分精度α越大，则会导致最终得到的判断结果越精准，为了满足大范围的使用需求，将划分精度的最低精度设定为1，同时为了满足判断的精准可靠，选择根据填挖计算平面在水平方向的最大长度和最大宽度来划分网格。
参考图4a，通过P1～P18共18个区域点先选取填挖计算平面，随后参考图4b，确定填挖计算平面水平方向最大长度Bmax和填挖计算平面水平方向最大宽度Amax，最后参考图4c，根据填挖计算平面水平方向最大长度Bmax，将填挖计算平面沿长度方向等间距划分为100α份；根据填挖计算平面水平方向最大宽度Amax，将填挖计算平面沿宽度方向等间距划分为100α份，完成对填挖计算平面的网格划分，得到k个网格，其中k个网格指的是位于填挖计算平面中的网格，由于填挖计算平面通常为规整的三角形或者四边形或者多边形或者圆形，所以位于填挖计算平面周边的网格面积也方便计算。
S52、沿每一个网格的中心作垂直填挖计算平面的延长线，得到每一个延长线与填挖区域模型的交点Z1～Zk的坐标，根据交点Z1～Zk的坐标与对应网格中心的坐标得到每一个网格与填挖区域模型的高程H1～Hk，令位于填挖计算平面上方的高程通过负数表示，位于填挖计算平面下方的高程通过正数表示；
参考图5，沿每一个网格的中心作垂直填挖计算平面的延长线，该延长线分别朝填挖计算平面的上方和下方同时延伸，直至该延长线在填挖计算平面上方、下方或者内部与填挖区域模型相交，得到与网格对应的交点Z，例如第5个网格的延长线与填挖区域模型相交得到交点Z5，此时根据Z5的坐标即可获得Z5的相对地表的高度值，由于每一个网格的高度与填挖计算平面的高度相同，所以能够根据Z1～Zk的坐标与对应网格中心的坐标得到每一个网格与填挖区域模型的高程H1～Hk。
为了方便对即存在待挖掘区域又存在待填埋区域的填挖量计算，优选令位于填挖计算平面上方的高程通过负数表示，位于填挖计算平面下方的高程通过正数表示；从而能够通过高程的正负值判断需要挖掘或者填埋。
S53、根据Vi＝SiHi计算得到第i个网格对应的填挖量|Vi|，判断Vi是否为正值，若是，则|Vi|为填量，若否，则判断Vi是否为负值，若是，则|Vi|为挖量，若否，则不进行填挖；Si为第i个网格的面积，i＝1～k；
其中，由于填挖量需要计算体积量，所以在计算得到填挖计算平面与填挖区域模型所围成填挖区域的高度后，需要计算其填挖区域的空间范围。
根据Vi＝SiHi计算得到第i个网格对应的填挖量|Vi|，判断Vi是否为正值，若是，则|Vi|为填量，即需要增加多少土方；若否，则判断Vi是否为负值，若是，则|Vi|为挖量，代表还需要移走多少土方；若否，则不进行填挖；即该位置与填挖计算平面重合，不需要填挖操作；Si为第i个网格的面积，i＝1～k；
每一个网格面积的计算可以将位于边角的不规则网格作为内部大小相同的矩形进行计算，降低计算难度，提高计算效率：
S54、重复执行步骤S53，直至完成n个网格对应填挖量的计算；
如此，直至完成所有网格对应的填挖量计算，从而完成填挖计算平面与填挖区域之间的空间范围大小。
S55、将步骤S54计算的所有填量与挖量相加，得到填挖区域的填埋总量或挖掘总量。
通过该步骤能够得到完成该区域的填挖总共需要的填埋总量或挖掘总量，当计算得到的为正值，即需要填埋，得到需要的填埋总量；若计算得到的为负值，代表挖掘的土方多于填埋土方，得到需要的挖掘总量。
具体的，步骤S55具体包括以下步骤：
S551、将步骤S54计算得到的所有填量相加，得到待填总量；
由于实际施工过程中，还存在挖掘的体积不能用作填埋体积，所以在计算时既需要挖掘总量，也需要计算填埋总量。
所以将步骤S54计算得到的所有正值相加，即将所有填量相加，得到待填总量；
S552、将步骤S54计算得到的所有挖量相加，得到待挖总量；
同样的，将步骤S54计算得到的所有负值相加，即将所有挖量相加，得到待挖总量；
S553、将待填总量与待挖总量相加得到填埋总量或挖掘总量。
通过本实施例提供的基于Cesium填挖量的计算方法，能够简单快速地实现对填挖区域填挖量的计算，提高工作效率。
实施例2
参考图6，基于实施例1所记载的方法，本实施例提供一种基于Cesium填挖量的计算系统，包括：
地形倾斜摄影数据采集单元，用于采集待测量目标区域的地形倾斜摄影数据并保存；
目标区域模型建立单元，用于将地形倾斜摄影数据导入Cesium，通过Cesium得到当前目标区域模型；
填挖平面构建单元，用于在目标区域模型上根据填挖区域确定填挖区域模型，根据填挖区域模型构建填挖平面；
填挖计算平面构建单元，用于调整填挖平面相对填挖区域模型的高度，得到填挖计算平面；
填挖量计算单元，用于通过填挖计算平面与填挖区域模型之间的高程，计算得到填挖量。
本实施例还提供一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1的所述方法。
本实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1的方法。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1的方法。

Claims (10)

1.一种基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集待测量目标区域的地形倾斜摄影数据并保存；
S2、将地形倾斜摄影数据导入Cesium，通过Cesium得到当前目标区域模型；
S3、在目标区域模型上根据填挖区域确定填挖区域模型，根据填挖区域模型构建填挖平面；
S4、调整填挖平面相对填挖区域模型的高度，得到填挖计算平面；
S5、通过填挖计算平面与填挖区域模型之间的高程，计算得到填挖量。
2.根据权利要求1所述的基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、将步骤S1采集得到的地形倾斜摄影数据导入Cesium；
S22、利用Cesium将导入的地形倾斜摄影数据加载得到目标区域模型。
3.根据权利要求2所述的基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、在目标区域模型上选择待填挖区域，得到填挖区域模型；
S32、沿填挖区域模型的轮廓依次构建n个区域点P，n个所述区域点P位于同一水平面；
S33、将n个所述区域点P依次连接围绕形成填挖平面。
4.根据权利要求3所述的基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
根据填挖需求，沿竖直方向调节填挖平面的高度，使填挖平面下方的填挖区域模型为待填埋的区域，使填挖平面上方的填挖区域模型为待挖掘的区域，得到填挖计算平面。
5.根据权利要求4所述的基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51、根据填挖计算平面水平方向最大长度Bmax，将填挖计算平面沿长度方向等间距划分为多份；根据填挖计算平面水平方向最大宽度Amax，将填挖计算平面沿宽度方向等间距划分为多份，完成对填挖计算平面的网格划分，得到k个网格，其中，k为正整数；
S52、沿每一个网格的中心作垂直填挖计算平面的延长线，得到每一个延长线与填挖区域模型的交点Z1～Zk的坐标，根据交点Z1～Zk的坐标与对应网格中心的坐标得到每一个网格与填挖区域模型的高程H1～Hk，令位于填挖计算平面上方的高程通过负数表示，位于填挖计算平面下方的高程通过正数表示；
S53、根据Vi＝SiHi计算得到第i个网格对应的填挖量|Vi|，判断Vi是否为正值，若是，则|Vi|为填量，若否，则判断Vi是否为负值，若是，则|Vi|为挖量，若否，则不进行填挖；Si为第i个网格的面积，i＝1～k；
S54、重复执行步骤S53，直至完成n个网格对应填挖量的计算；
S55、将步骤S54计算的所有填量与挖量相加，得到填挖区域的填埋总量或挖掘总量。
6.根据权利要求5所述的基于Cesium填挖量的计算方法，其特征在于，所述步骤S55具体包括以下步骤：
S551、将步骤S54计算得到的所有填量相加，得到待填总量；
S552、将步骤S54计算得到的所有挖量相加，得到待挖总量；
S553、将待填总量与待挖总量相加得到填埋总量或挖掘总量。
7.一种基于Cesium填挖量的计算系统，其特征在于，包括：
地形倾斜摄影数据采集单元，用于采集待测量目标区域的地形倾斜摄影数据并保存；
目标区域模型建立单元，用于将地形倾斜摄影数据导入Cesium，通过Cesium得到当前目标区域模型；
填挖平面构建单元，用于在目标区域模型上根据填挖区域确定填挖区域模型，根据填挖区域模型构建填挖平面；
填挖计算平面构建单元，用于调整填挖平面相对填挖区域模型的高度，得到填挖计算平面；
填挖量计算单元，用于通过填挖计算平面与填挖区域模型之间的高程，计算得到填挖量。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～6任一所述方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～6任一所述方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～6任一所述方法。
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