[发明专利]一种基于无人机倾斜摄影辅助土方开挖施工的方法

权利要求书

1.一种基于无人机倾斜摄影辅助土方开挖施工的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、按照土方工程项目策划分配先遣无人机，设定全区域巡航任务；

S2、派遣所述先遣无人机进行全区域倾斜摄影与激光雷达定位；

S3、利用倾斜摄影数据与雷达定位数据进行三维建模，对全区域场景进行识别分析并构建数字孪生模型，再进行模型精度校验与重构优化；

S4、利用所述数字孪生模型进行施工仿真模拟，生成实际施工方案；

S5、依据所述实际施工方案分配工程施工任务，进行土方开挖施工；

S6、设定巡检周期，派遣巡检无人机对实际施工场地进行周期性监测；

S7、获取所述巡检无人机实时采集的摄影监测数据，同步至所述数字孪生模型，并对开挖进度及施工质量的进行分析评价；

所述利用倾斜摄影数据与雷达定位数据进行三维建模，对全区域场景进行识别分析并构建数字孪生模型，再进行模型精度校验与重构优化包括以下步骤：

S31、分别对所述倾斜摄影数据与所述雷达定位数据进行去噪预处理；

S32、利用点云分割算法对所述雷达定位数据中原始点云数据进行分类；

S33、利用所述原始点云数据分类后的地面点云数据，结合所述倾斜摄影数据生成的密集点云数据构建三维土方模型；

S34、利用人工智能对所述倾斜摄影数据中出现的障碍物进行识别与标注，并获取不同类型障碍物物理属性参数，在所述三维土方模型中进行定位；

S35、利用原始点云数据分类后的障碍点云数据构建三维场景模型，并利用所述倾斜摄影数据进行修饰，与所述三维土方模型整合得到数字孪生模型；

S36、利用模型校正点对所述数字孪生模型进行精度校验，根据校验结果对所述数字孪生模型进行重构优化；

所述利用原始点云数据分类后的障碍点云数据构建三维场景模型，并利用所述倾斜摄影数据进行修饰，与所述三维土方模型整合得到数字孪生模型包括以下步骤：

S351、对各个不同类型的所述障碍物在所述三维土方模型中进行定位；

S352、对各个所述障碍物的关键特征点进行提取，计算每个所述关键特征点最邻近的n个邻域点并拟合出局部抛物面，并利用最小二乘法计算各个抛物面的拟合系数，再利用拟合系数计算对应所述关键特征点的局部曲率；

S353、利用计算机自动捕捉所述局部曲率大于预设曲率阈值的所述关键特征点，并确定该所述关键特征点的位置；

S354、依据每个所述障碍物的类型及其对应的所述关键特征点，对模型数据库进行遍历，利用模板匹配的方式构建每个所述障碍物的三维场景模型，并根据该障碍物的类型匹配对应的物理属性参数；

S355、整合所述三维土方模型内所有障碍物及其所述物理属性参数，并利用所述倾斜摄影数据对所述三维场景模型进行纹理自动映射，最终构建内土方工程全区域的数字孪生模型；

所述利用模型校正点对所述数字孪生模型进行精度校验，根据校验结果对所述数字孪生模型进行重构优化包括以下步骤：

S361、确定每个所述模型校正点在所述数字孪生模型中对应的虚拟校正点，确定所述虚拟校正点的位置并计算数字物理量；

S362、获取所述模型校正点构成的立方体结构的实测物理量；

S363、利用误差分析数学模型计算所述数字物理量与所述实测物理量之间的误差量，实现所述数字孪生模型的精度校验；

S364、选取所述虚拟校正点及其对应的模型校正点计算模型方向向量与实测方向向量之间的偏移度；

S365、依据精度校验结果与所述偏移度结果对所述数字孪生模型进行修正调整及重构优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机倾斜摄影辅助土方开挖施工的方法，其特征在于，所述派遣所述先遣无人机进行全区域倾斜摄影与激光雷达定位包括以下步骤：

S21、选取土方工程全区域内任意区域作为校正区域，并在所述校正区域内设定八个组成立方体结构的模型校正点；

S22、设定测量得到的地面分辨率的最低标准，依据所述先遣无人机携带的摄像镜头焦距计算所述先遣无人机飞行高度，规划全区域巡航路线；

S23、派遣所述先遣无人机按照所述全区域巡航路线进行三角测量，实现全区域倾斜摄影及激光雷达定位。