一种土方量计算方法、装置、设备和介质与流程

1.本申请涉及土方量计算技术领域，尤其涉及一种土方量计算方法、装置、设备和介质。


背景技术：

2.土方量的计算是工程施工的一个重要步骤，工程设计阶段必须对土石方量进行预算，它直接关系到工程的费用及方案选优。在进行土石方量计算时，必须对原始地形进行测绘，根据土方量计算精度和地形条件确定测图比例尺，并且必须标明原始地形高程、原设计高程和变更设计高程，该方法需要进行实时测量，以获取大量的野外测量点的真实平面坐标数据和高程数据来计算土方量，测量过程复杂，计算效率低。


技术实现要素：

3.本申请提供了一种土方量计算方法、装置、设备和介质，用于改善现有的土方量计算方法需要对原始地形实时测量大量的野外测量点的真实平面坐标数据和高程数据，存在测量过程复杂，计算效率低的技术问题。
4.有鉴于此，本申请第一方面提供了一种土方量计算方法，包括：
5.获取待测量区域的实景三维模型，并对所述实景三维模型进行三角网化，获取三角形的顶点，得到所述实景三维模型的顶点；
6.对所述实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的所述实景三维模型；
7.当过滤后的所述实景三维模型存在空洞区域时，对所述空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的所述空洞区域进行曲面拟合，得到拟合曲面；
8.提取过滤后的所述实景三维模型和所述拟合曲面的高程点，并基于所述高程点计算所述待测量区域的土方量。
9.可选的，所述对所述实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的所述实景三维模型，包括：
10.从所述实景三维模型的顶点中提取扫描线；
11.获取各所述扫描线上的最低顶点和最高顶点，所述最低顶点为地面点，所述最高顶点为非地面点；
12.基于各所述扫描线上的所述最低顶点对各所述扫描线上的顶点进行粗分类，得到非地面点集；
13.以各所述扫描线上的所述最高顶点为中心点设置预置大小的等高线，将所述等高线内的顶点加入到所述非地面点集，所述等高线的形状为矩形或不规则多边形；
14.基于所述非地面点集对所述实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的所述实景三维模型。
15.可选的，所述基于各所述扫描线上的所述最低顶点对各所述扫描线上的顶点进行
粗分类，得到非地面点集，包括：
16.将各所述扫描线上的所述最低顶点作为目标顶点；
17.计算各所述扫描线上的所述目标顶点和所述目标顶点的相邻顶点的坡度值，并基于所述坡度值判断所述目标顶点的相邻顶点是否为非地面点；
18.将所述目标顶点的相邻顶点作为新的所述目标顶点，返回所述计算各所述扫描线上的所述目标顶点和所述目标顶点的相邻顶点的坡度值，并基于所述坡度值判断所述目标顶点的相邻顶点是否为非地面点的步骤，直至遍历完各所述扫描线上的所述顶点，得到非地面点集。
19.可选的，所述将各所述扫描线上的所述最低顶点作为目标顶点，之前还包括：
20.检测各所述扫描线上的顶点中是否存在离群点，若是，则剔除所述离群点。
21.可选的，所述当过滤后的所述实景三维模型存在空洞区域时，对所述空洞区域进行插值，包括：
22.当过滤后的所述实景三维模型存在空洞区域时，将所述空洞区域的边界点与所述空洞区域周围预置大小的区域内的顶点构建三角网；
23.通过三角网插值法在所述空洞区域插入点，当所述空洞区域的边界特征以直线为主时，插入的该点的高程值为所述空洞区域的边界点的高程均值，当所述空洞区域的边界特征以曲线为主时，插入的该点的高程值通过距离该点最近的三角网插值得到。
24.可选的，所述基于所述高程点计算所述待测量区域的土方量，包括：
25.基于所述高程点生成三角网，得到若干三角锥；或，将所述待测量区域进行方格划分，通过插值获取各方格顶点的高程值，基于各方格顶点和所述高程点生成若干三角锥；
26.计算各所述三角锥的体积，并统计所有所述三角锥的体积，得到所述待测量区域的土方量。
27.本申请第二方面提供了一种土方量计算装置，包括：
28.获取单元，用于获取待测量区域的实景三维模型，并对所述实景三维模型进行三角网化，获取三角形的顶点，得到所述实景三维模型的顶点；
29.过滤单元，用于对所述实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的所述实景三维模型；
30.插值和拟合单元，用于当过滤后的所述实景三维模型存在空洞区域时，对所述空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的所述空洞区域进行曲面拟合，得到拟合曲面；
31.计算单元，提取过滤后的所述实景三维模型和所述拟合曲面的高程点，并基于所述高程点计算所述待测量区域的土方量。
32.可选的，所述过滤单元具体包括：
33.提取子单元，用于从所述实景三维模型的顶点中提取扫描线；
34.获取子单元，用于获取各所述扫描线上的最低顶点和最高顶点，所述最低顶点为地面点，所述最高顶点为非地面点；
35.分类子单元，用于基于各所述扫描线上的所述最低顶点对各所述扫描线上的顶点进行粗分类，得到非地面点集；
36.设置子单元，用于以各所述扫描线上的所述最高顶点为中心点设置预置大小的等
高线，将所述等高线内的顶点加入到所述非地面点集，所述等高线的形状为矩形或不规则多边形；
37.过滤子单元，用于基于所述非地面点集对所述实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的所述实景三维模型。
38.本申请第三方面提供了一种土方量计算设备，所述设备包括处理器以及存储器；
39.所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
40.所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的土方量计算方法。
41.本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的土方量计算方法。
42.从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
43.本申请提供了一种土方量计算方法，包括：获取待测量区域的实景三维模型，并对实景三维模型进行三角网化，获取三角形的顶点，得到实景三维模型的顶点；对实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的实景三维模型；当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，对空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的空洞区域进行曲面拟合，得到拟合曲面；提取过滤后的实景三维模型和拟合曲面的高程点，并基于高程点计算待测量区域的土方量。
44.本申请中，获取待测量区域的实景三维模型，对实景三维模型进行一系列处理，以过滤掉实景三维模型中的地表建筑和数木等非地面点，然后获取高程数据来计算土方量，不需要进行大量的复杂的测量工作，计算效率高；进一步，当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，对空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的空洞区域进行曲面拟合，形成符合真实地表形状的数字高程模型，保证了土方量计算结果的准确性，从而在保证土方量计算结果的准确性的基础上，改善了现有的土方量计算方法需要对原始地形实时测量大量的野外测量点的真实平面坐标数据和高程数据，存在测量过程复杂，计算效率低的技术问题。
附图说明
45.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
46.图1为本申请实施例提供的一种土方量计算方法的一个流程示意图；
47.图2为本申请实施例提供的一种土方量计算装置的一个结构示意图。
具体实施方式
48.本申请提供了一种土方量计算方法、装置、设备和介质，用于改善现有的土方量计算方法需要对原始地形实时测量大量的野外测量点的真实平面坐标数据和高程数据，存在测量过程复杂，计算效率低的技术问题。
49.为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的
附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
50.为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种土方量计算方法的一个实施例，包括：
51.步骤101、获取待测量区域的实景三维模型，并对实景三维模型进行三角网化，获取三角形的顶点，得到实景三维模型的顶点。
52.可以通过摄像头等采集待测量区域的图像数据，然后基于图像数据构建该待测量区域的实景三维模型。对该实景三维模型进行三角网化，提取三角形顶点，得到该实景三维模型的顶点。所有的顶点构成的三角形形成了该实景三维模型的最小的纹理贴图单位，可以根据实际需要进行三角形顶点的平滑插值或抽稀，以平衡计算精度和计算时间。其中，在进行三角网插值时，设定一个相对水平面的斜率阈值a，根据该阈值a划分若干个等级，在插值计算过程中，不同等级对应三角形顶点v1、v2、v3有不同的权重，以此来保证插入的点接近真实模型。
53.本申请实施例通过采集待测量区域的图像数据构建实景三维模型，来获取高程数据，不需要进行复杂的测量工作。
54.步骤102、对实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的实景三维模型。
55.在计算土方量之前，需过滤掉顶点中的非地面点。具体过程如下：
56.s1、从实景三维模型的顶点中提取扫描线。
57.可以通过扫描线方法从实景三维模型的顶点中提取扫描线。
58.s2、获取各扫描线上的最低顶点和最高顶点，最低顶点为地面点，最高顶点为非地面点。
59.s3、基于各扫描线上的最低顶点对各扫描线上的顶点进行粗分类，得到非地面点集。
60.基于各扫描线上的最低顶点对各扫描线上的顶点进行粗分类，得到非地面点集的具体过程为：
61.s30、将各扫描线上的最低顶点作为目标顶点；
62.在获取最低顶点之前，还可以根据离群点检测算法检测各扫描线上的顶点中是否存在离群点，若是，则剔除离群点，若否，则获取各扫描线上的最低顶点。
63.s31、计算各扫描线上的目标顶点和目标顶点的相邻顶点的坡度值，并基于坡度值判断目标顶点的相邻顶点是否为非地面点；
64.计算各扫描线上的目标顶点和目标顶点的相邻顶点的坡度值，通过将坡度值与坡度阈值进行比较判断目标顶点的相邻顶点是地面点还是非地面点，其中，坡度值的计算属于现有技术，在此不再进行赘述。
65.s32、将目标顶点的相邻顶点作为新的目标顶点，返回步骤s31，直至遍历完各扫描线上的顶点，得到非地面点集。
66.s4、以各扫描线上的最高顶点为中心点设置预置大小的等高线，将等高线内的顶点加入到非地面点集，等高线的形状为矩形或不规则多边形；
67.在进行上述的粗分类后，还可以进一步再进行精细的过滤，将各扫描线上的最高顶点作为标记点，该点通常为建筑物或树冠等的中心点位置，定义一个矩形或不规则多边形进行向外扩展，按等高线扩展，定义线间阈值l，以及圈内点集密度u，对非地面点进行再次过滤，过滤时调整线间阈值l及密度u，通过把往外扩张的阈值把满足条件的点(即在等高线内的顶点)加入非地面点集中。
68.s5、基于非地面点集对实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的实景三维模型。
69.根据获取的非地面点集，对于实景三维模型中为非地面点的顶点进行过滤，从而去除地表建筑物和数木等非地面点，保留地面点。
70.步骤103、当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，对空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的空洞区域进行曲面拟合，得到拟合曲面。
71.去除非地面点后的实景三维模型会存在空洞区域，需要对空洞区域进行插值。当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，将空洞区域的边界点与空洞区域周围预置大小的区域内的顶点构建三角网；通过三角网插值法在空洞区域插入点，当空洞区域的边界特征以直线为主时，插入的该点的高程值为空洞区域的边界点的高程均值，当空洞区域的边界特征以曲线为主时，插入的该点的高程值通过距离该点最近的三角网插值得到。空洞区域的插值方法有两种。根据空洞区域的边界特征来选择空洞区域内部高程的变化类型，若边界特征以直线为主，则认为空洞区域内部的高程值为均值；若边界特征以曲线为主，则插入空洞区域的点的高程值通过该点最近的三角网插值得到。最后采用最小二乘法进行曲面拟合，形成与去除非地面点后的真实地形接近的曲面。
72.步骤104、提取过滤后的实景三维模型和拟合曲面的高程点，并基于高程点计算待测量区域的土方量。
73.提取过滤后的实景三维模型和拟合曲面的高程点时，根据三维模型的存储模式，根据指定网格宽度来提取高程点。为了提高提取效率，可以采用多线程的方式分区域提取高程点，最后合并高程点。
74.基于高程点计算待测量区域的土方量有两种方法，在一种实施例中，基于高程点生成三角网，得到若干三角锥；计算各三角锥的体积，并统计所有三角锥的体积，得到待测量区域的土方量。根据上述获取的高程点生成三角网，使整个待测量区域的地形形成由三角锥组合的集合。根据用户给定的设计高程确定零平面，以“+”表示填方进行体积计算，以
“‑”
表示挖方进行体积计算，最后统计所有的三角锥的挖填方量，得到待测量区域的土方量。
75.在另一种实施例中，将待测量区域进行方格划分，通过插值获取各方格顶点的高程值，基于各方格顶点和高程点生成若干三角锥；计算各三角锥的体积，并统计所有三角锥的体积，得到待测量区域的土方量。将待测量区域按20m或40m等预置大小进行划分，形成方格，方格顶点的高程值通过插值产生，基于方格顶点与前述步骤提取的高程点生成三角锥，同样的，以“+”表示填方进行体积计算，以
“‑”
表示挖方进行体积计算，最后统计所有的三角锥的挖填方量，得到待测量区域的土方量。
76.本申请实施例中，获取待测量区域的实景三维模型，对实景三维模型进行一系列处理，以过滤掉实景三维模型中的地表建筑和数木等非地面点，然后获取高程数据来计算
土方量，不需要进行大量的复杂的测量工作，计算效率高；进一步，当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，对空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的空洞区域进行曲面拟合，形成符合真实地表形状的数字高程模型，保证了土方量计算结果的准确性，从而在保证土方量计算结果的准确性的基础上，改善了现有的土方量计算方法需要对原始地形实时测量大量的野外测量点的真实平面坐标数据和高程数据，存在测量过程复杂，计算效率低的技术问题。
77.以上为本申请提供的一种土方量计算方法的一个实施例，以下为本申请提供的一种土方量计算装置的一个实施例。
78.请参考图2，本申请实施例提供的一种土方量计算装置，包括：
79.获取单元，用于获取待测量区域的实景三维模型，并对实景三维模型进行三角网化，获取三角形的顶点，得到实景三维模型的顶点；
80.过滤单元，用于对实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的实景三维模型；
81.插值和拟合单元，用于当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，对空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的空洞区域进行曲面拟合，得到拟合曲面；
82.计算单元，提取过滤后的实景三维模型和拟合曲面的高程点，并基于高程点计算待测量区域的土方量。
83.作为进一步地改进，过滤单元具体包括：
84.提取子单元，用于从实景三维模型的顶点中提取扫描线；
85.获取子单元，用于获取各扫描线上的最低顶点和最高顶点，最低顶点为地面点，最高顶点为非地面点；
86.分类子单元，用于基于各扫描线上的最低顶点对各扫描线上的顶点进行粗分类，得到非地面点集；
87.设置子单元，用于以各扫描线上的最高顶点为中心点设置预置大小的等高线，将等高线内的顶点加入到非地面点集，等高线的形状为矩形或不规则多边形；
88.过滤子单元，用于基于非地面点集对实景三维模型的顶点中的非地面点进行过滤，得到过滤后的实景三维模型。
89.作为进一步地改进，分类子单元，具体用于：
90.将各扫描线上的最低顶点作为目标顶点；
91.计算各扫描线上的目标顶点和目标顶点的相邻顶点的坡度值，并基于坡度值判断目标顶点的相邻顶点是否为非地面点；
92.将目标顶点的相邻顶点作为新的目标顶点，返回计算各扫描线上的目标顶点和目标顶点的相邻顶点的坡度值，并基于坡度值判断目标顶点的相邻顶点是否为非地面点的步骤，直至遍历完各扫描线上的顶点，得到非地面点集。
93.作为进一步地改进，过滤单元还包括：
94.检测子单元，用于检测各扫描线上的顶点中是否存在离群点，若是，则剔除离群点。
95.本申请实施例中，获取待测量区域的实景三维模型，对实景三维模型进行一系列处理，以过滤掉实景三维模型中的地表建筑和数木等非地面点，然后获取高程数据来计算
土方量，不需要进行大量的复杂的测量工作，计算效率高；进一步，当过滤后的实景三维模型存在空洞区域时，对空洞区域进行插值，并通过最小二乘法对插值后的空洞区域进行曲面拟合，形成符合真实地表形状的数字高程模型，保证了土方量计算结果的准确性，从而在保证土方量计算结果的准确性的基础上，改善了现有的土方量计算方法需要对原始地形实时测量大量的野外测量点的真实平面坐标数据和高程数据，存在测量过程复杂，计算效率低的技术问题。
96.本申请实施例还提供了一种土方量计算设备，设备包括处理器以及存储器；
97.存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
98.处理器用于根据程序代码中的指令执行前述方法实施例中的土方量计算方法。
99.本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行前述方法实施例中的土方量计算方法。
100.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
101.在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
102.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
103.另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
104.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read
‑
only memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccess memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
105.以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。