基于增强现实技术的燃气管网自动建模方法及系统与流程

本发明属于城镇化建设领域，具体涉及一种基于增强现实技术的燃气管网自动建模方法及系统。

背景技术

市政管网是包含多个市政部门(水、电、气、热)地下管道系统的集合，现代城市设计会采用“共同管沟”的方案铺设地下管网，而对于没有“共同管沟”的管道，往往错综复杂、缺乏条例的铺设在地下。在地下作业施工过程中，城市地下管线的定位对施工单位、工人而言是一个巨大的挑战，即使部分管线经过测绘，并存在图纸，仍旧不便于观察和理解，而由错误理解管线图纸或从根本上缺乏图纸的施工作业将可能造成重大的事故。

燃气管线是高危管线的一种，对燃气管线的错误施工可能导致爆炸或爆燃，因此精确的掌握所处位置的燃气管线的准确信息是燃气从业者的刚性需求。

增强现实技术简称ar，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。这种技术不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段，这种技术随着随身电子产品运算能力的提升，增强现实的用途越来越广。

技术实现要素：

基于增强现实技术在三维立体的展示能力和将虚拟信息与现实信息融合的特性，发明人力图开发一种更够精确立体展示燃气管网的系统。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种基于增强现实技术的燃气管网自动建模方法，其包括：

获取精确定位信息、朝向信息、高度信息；

获取设备运动状态及偏转角度；

根据定位信息调取燃气管线数据库的管网信息；

根据设定的范围参数绘制管网三维模型；

根据朝向信息、高度信息和偏转角度对三维模型的位置进行修正。

优选地，通过gps、北斗、或cors站获取当前精确定位信息。

优选地，通过陀螺仪、电子罗盘获取精确的朝向信息。

优选地，通过压力传感器，结合gps定位数据与海拔参照数据库，获取当前高度信息。

优选地，通过陀螺仪，获取设备的运动状态以及偏转角度。

优选地，通过绘制参考平面，形成正确的地面透视相对关系。

优选地，在附近设置相对定位点，在定位信息不够精确时，使用相对定位方案。

根据本发明的第二个方面，本发明提供一种基于增强现实技术的燃气管网自动建模系统，其包括：

定位单元，用于获取精确定位信息；

ar设备信息采集单元，用于获取朝向信息、设备运动状态及偏转角度；

管网数据库，存储有关管网的gis信息、管网完整性信息及管线属性信息；

中央处理单元，根据定位信息调取燃气管线数据库的管网信息，根据设定的范围参数绘制管网三维模型。

优选地，所述管线属性信息包括但不限于：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息。

优选地，所述系统还包括高度测量单元。

附图说明

通过阅读参考一下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是示意地表示本发明的一些实施方式的方法的流程图。

图2是示意地表示本发明的一些具体实施方式的系统结构图。

图3是示意地表示本发明的一些实施方式的数据流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明中，术语“混合跟踪技术”是指利用多种传感器进行定位的技术，所述多种传感器包括但不限于机械、超声波、电磁跟踪器、全球定位系统(globalpositioningsystem,gps)、数字罗盘、视觉摄像机或惯性跟踪器。

术语“gis系统”gis属于信息系统的一类，不同在于它能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间要素的位置和属性，在gis中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。

地理信息系统(gis)与全球定位系统(gps)、遥感(rs)合称3s。一个地理信息系统是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上，这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。

gis数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象(公路、土地利用、海拔)。现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念：离散对象(如房屋)和连续的对象领域(如降雨量或海拔)。这二种抽象体在gis系统中存储数据主要的二种方法为：栅格(网格)和矢量。

栅格(网格)数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。它与栅格(网格)图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组(例如土地使用状况)、一个连续的值(例如降雨量)或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。栅格数据既可以用来代表一块区域，也可以用来表示一个实物。

矢量数据利用了几何图形例如点、线(一系列点坐标)，或是面(形状决定于线)来表现客观对象。例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。利用等高线和不规则三角形格网(tin)来表示海拔或其他连续变化的值。tin的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。三角形所在的面代表地形表面。

除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非空间数据也可以被存储。在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值及有关树木种类的信息。在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。

在本发明中，所涉及的数据信息包括管网的gis信息、管网完整性信息、管线属性信息等。所述管线属性信息包括但不限于：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息等等。这些信息可以被辅助绘制成为三维管线，从而形成可视化的效果。

在本发明中，术语“cors”是指连续运行(卫星定位服务)参考站(continuouslyoperatingreferencestations)，缩写为cors)。其利用多基站网络rtk技术建立，是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。cors系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。

在本发明的一些实施方式中，如图1所示，本发明的基于增强现实技术的燃气管网自动建模方法包括：

s110获取精确定位信息、朝向信息、高度信息、以及获取设备运动状态及偏转角度。

通过gps、北斗、或cors站获取当前精确定位信息；通过陀螺仪、电子罗盘获取精确的朝向信息；通过压力传感器，结合gps定位数据与海拔参照数据库，获取当前高度信息；通过陀螺仪，获取设备的运动状态以及偏转角度。

在附近设置相对定位点，在定位信息不够精确时，使用相对定位方案。例如，可以根据地面标记物对增强现实内容中对应的ar标记物进行校准。

所述地面标记物包括但不限于：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。优选地，所述地面标记物为市政地面设施。

可以根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的ar标记物进行校准。优选至少三个地面标记物对增强现实内容中对应的ar标记物进行校准。

在所述地面标记物正上方，调整ar中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的ar标记物重合。

s120根据定位信息调取燃气管线数据库的管网信息；

燃气管线数据库存储有关管网的gis信息、管网完整性信息及管线属性信息。所述管线属性信息包括但不限于：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息。

根据定位信息，调取定位点附近的管网信息。所述“附近”可以通过ar设备人为调节，也可根据使用习惯预先设置。

s130根据设定的范围参数绘制管网三维模型；

通过绘制参考平面，形成正确的地面透视相对关系。

在本发明的一些实施方式中，利用3d图形引擎，包括但不限于unity3d、unreal，通过例如以下步骤进行建模：

a)计算当前位置参考平面：根据所在坐标、高度，在软件中绘制一个“附近”的透明网格；

b)通过燃气管线数据库，计算以当前位置为原点的附近相对管网坐标，包括：设备坐标、管线起止坐标、转向、耦合位置坐标；

c)结合位置坐标、对应设备管线属性信息，在软件中绘制三维管线、三维设备。

s140根据朝向信息、高度信息和偏转角度对三维模型的位置进行修正。

在本发明的一些实施方式中，所述修正包括：

1、根据朝向的方向，将视野中的三维影像调整到正确的视角；

2、根据高度，调整视野中图形的高度。例如：人高1.8米，头显位于地面相对高度1.7米，在这种情况下，原本位于地下-3米位置的管线，应该被绘制为-4.7米，抵消人的身高；而如果人位于平面之上20米，还应该在绘制时再减掉20米。

3、人头部的左右偏转会改变视角，头向左偏转30度，三维空间的y轴就要从0度调整为30度，如向右偏转30度，则y轴调整为-30度，从而抵消头部偏转带来的影响。

本发明中的ar显示设备包括但不限于ar眼镜、ar头戴显示设备、智能手机、平板电脑等。

通过无线通讯模块与卫星、网络或移动基站联络，获得定位信息，进行数据传输。

图2和图3分别从系统单元和数据流的角度示意性地对本发明一些具体实施方式进行了说明。在此不再赘述。

实施例1

通过gps、北斗、cors站获取当前精确定位信息(亚米级)；

通过9轴陀螺仪、电子罗盘获取精确的朝向信息；

通过压力传感器，结合gps定位数据与海拔参照数据库，获取当前高度信息；

通过9轴陀螺仪，获取设备的运动状态以及偏转角度；

根据定位信息，查询云端燃气管线数据库，获取管网信息；

在屏幕上，基于设定的范围参数绘制管网三维模型，并根据朝向、高度、偏转角度对三维模型位置进行修正；

在屏幕上绘制参考平面，形成正确的地面透视相对关系。

可在附近设置相对定位点，在定位信息不够精确时，可使用相对定位方案。例如，寻找一根管线作为校准管线；找到一个地面校准点，找到正上方，微调ar中的x、y、z轴，进行三维逼近，直到位置重合。

在另一个地面校准点执行同样的操作，直至ar管线与实际两个地面定位点所对应的管线重合。

本发明使用增强现实技术，通过在屏幕、全息屏幕上叠加显示管线实现了在接在可见的地上区域叠加不可见的地下管网。对于使用智能手机、平板电脑而言，通过gps定位或其他定位方案获取当前位置信息，随后通过摄像头取景，将基于位置信息的管线绘制于摄影头取回的影像上，从而实现增强现实的效果。

对于使用新型增强现实设备(典型实例为微软公司hololens设备)而言，采用的定位及绘制方式与手机、平板方式类似，但管网将被直接全息投影在全息屏幕中，因此可具备更强的临场感。

本发明不限于上述实施方式，在本发明思想的范围内可以进行各种变更。本发明已通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。