本發(fā)明涉及礦山生態(tài)修復(fù)的智能測算，具體涉及一種基于cesium的礦山生態(tài)修復(fù)中土方量動態(tài)測算系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、地形地貌重塑作為礦山生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容之一，主要包括土地平整、礦坑回填、渣土回收等。礦山土方量變化情況對礦山生態(tài)修復(fù)進(jìn)度有著重要的意義，及時掌握礦山土方量變化總額和分布情況可以幫助制定后續(xù)修復(fù)計劃、評估邊坡穩(wěn)定性。目前的傳統(tǒng)技術(shù)中，礦山土方量變化情況通常采用人工測量和計算的方式確定，大范圍的礦山土方量測算勞動強(qiáng)度大、工作效率低，自動化程度不足，在礦山邊界和高陡邊坡等易產(chǎn)生滑坡裂隙地帶測量時，危險程度高，急需高效且安全的土方量測算方式代替人工測算。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利cn116012613b（公開日期為2023年4月25日）公開了一種基于激光點云的露天礦的土方量變化測算方法和系統(tǒng)，涉及礦物開采技術(shù)領(lǐng)域，包括：三維激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)獲取、點云數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維距離變換圖獲取、三角網(wǎng)構(gòu)建和土方量計算。在獲取目標(biāo)露天礦激光點云數(shù)據(jù)后，進(jìn)行配準(zhǔn)、抽稀、去噪等預(yù)處理，根據(jù)三維距離變換圖計算變化區(qū)域點云合集，使用逐點插入法構(gòu)建變化區(qū)域邊界的三角網(wǎng)，遍歷每個三角形計算變化區(qū)域?qū)?yīng)的土方量。

3、上述專利中所涉及的方案依賴于三維激光雷達(dá)掃描技術(shù)和復(fù)雜的點云處理算法，這需要較為先進(jìn)的硬件設(shè)施和軟件支持，可能在一些資源有限或技術(shù)條件不足的地區(qū)難以實現(xiàn)，引入高端激光雷達(dá)設(shè)備及配套的數(shù)據(jù)處理平臺將顯著增加項目初期投資成本，并且后期維護(hù)費用較高。

4、中國專利cn111783192a（公開日期為2020年10月16日）公開了一種基于傾斜攝影實景模型的復(fù)雜地形場地平整土方計算方法，本方法對現(xiàn)場外業(yè)勘踏，設(shè)置飛行數(shù)據(jù)；選定坐標(biāo)系以及相控點，采用無人機(jī)航拍，提取航拍照片、pos數(shù)據(jù)；導(dǎo)入處理平臺生成傾斜攝影模型；對傾斜攝影模型經(jīng)相控點進(jìn)行校核驗證，實現(xiàn)坐標(biāo)體系和高程的精準(zhǔn)定位；對傾斜攝影模型內(nèi)干涉物進(jìn)行過濾處理，得到場地平整現(xiàn)場的實景模型；將實景模型導(dǎo)入查看應(yīng)用工具，并根據(jù)實際場地平整標(biāo)高分割為開挖區(qū)域和填方區(qū)域；以場地平整標(biāo)高為基準(zhǔn)，計算開挖和填方區(qū)域的土方工程量，并進(jìn)行開挖和填方土方的自平衡利用。

5、上述專利中生成高質(zhì)量的傾斜攝影模型需要大量的計算資源，對于硬件配置有一定要求，并且該申請中所用的計算算法過時，此外，不同軟件之間的兼容性問題也可能增加處理難度，對實景三維模型的利用效率低，不能直觀查看土方量對比情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本技術(shù)利用當(dāng)前無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)快速、高精度地獲取大范圍歷史遺留礦山影像數(shù)據(jù)，制作實景三維模型，結(jié)合cesium引擎不僅能直觀展示礦山生態(tài)修復(fù)情況，而且能為土方量計算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，自動化計算土方量變化情況。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)利用cesium引擎的強(qiáng)大功能和實景三維模型的特點設(shè)計了一種基于cesium的礦山生態(tài)修復(fù)中土方量動態(tài)測算系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括：格式轉(zhuǎn)換模塊、模型加載模塊、區(qū)域繪制模塊、參數(shù)輸入模塊、土方計算模塊、制圖輸出模塊；

3、所述格式轉(zhuǎn)換模塊用于將采集的歷史遺留礦山的傾斜攝影三維實景模型轉(zhuǎn)換為cesium支持的3dtiles格式；

4、所述模型加載模塊用于加載不同時期3dtiles格式的歷史遺留礦山三維實景模型；

5、所述區(qū)域繪制模塊用于繪制生態(tài)修復(fù)土方量變化計算區(qū)域；

6、所述參數(shù)輸入模塊用于輸入土方量變化計算精度；

7、所述土方計算模塊封裝了土方量計算算法，用于計算相應(yīng)的土方量變化總額與土方量變化分布數(shù)據(jù)；

8、所述制圖輸出模塊用于輸出土方量變化總額和繪制展示土方量變化分布三維柱狀圖。

9、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括模型對比模塊；

10、所述模型對比模塊用于對比展示加載的不同時期的歷史遺留礦山三維實景模型；

11、進(jìn)一步的，所述模型對比模塊功能包括：可實現(xiàn)平移，旋轉(zhuǎn)、縮放加載的不同時期的歷史遺留礦山三維實景模型；

12、所述模型對比模塊包括左右分欄，所述左右分欄分別展示不同時期的歷史遺留礦山三維實景模型；

13、進(jìn)一步的，所述一種基于cesium的礦山生態(tài)修復(fù)中土方量動態(tài)測算系統(tǒng)的測算方法，包括以下步驟：

14、步驟s1：定期采集制作歷史遺留礦山的傾斜攝影三維實景模型，利用格式轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為cesium支持的3dtiles格式；

15、步驟s2：利用模型加載模塊在cesium中加載不同時期歷史遺留礦山三維模型，在區(qū)域繪制模塊輸入或繪制生態(tài)修復(fù)土方量變化計算區(qū)域；

16、步驟s3：利用參數(shù)輸入模塊輸入土方量變化計算精度，然后土方計算模塊根據(jù)精度采樣獲取計算區(qū)域內(nèi)不同時期歷史遺留礦山三維模型表面上的坐標(biāo)點數(shù)據(jù)；

17、步驟s4：將獲取的坐標(biāo)點數(shù)據(jù)輸入土方量計算算法，得到不同時期歷史遺留礦山土方量變化數(shù)據(jù)；

18、步驟s5：制圖輸出模塊最終輸出土方量變化總額，并繪制計算區(qū)域內(nèi)土方量變化分布三維柱狀圖。

19、進(jìn)一步的，所述步驟s2中的不同時期歷史遺留礦山三維模型可以為任意時期模型，計算不同時間間隔的土方量變化情況；

20、所述生態(tài)修復(fù)土方量變化計算區(qū)域的確認(rèn)方式包括：通過輸入首尾相連的拐點坐標(biāo)、模型上手動繪制。

21、進(jìn)一步的，所述步驟s3中的土方量變化計算精度包括5個等級，采樣間隔包括5m、4m、3m、2m、1m，對應(yīng)參數(shù)為1-5，當(dāng)設(shè)置的參數(shù)值增大時，對應(yīng)的采樣間隔減小。

22、進(jìn)一步的，所述步驟s4中的土方量計算算法步驟包括：

23、步驟s4.1：根據(jù)步驟s2輸入的計算區(qū)域生成多邊形邊界范圍；

24、步驟s4.2：根據(jù)步驟s3輸入的土方量變化計算精度確定采樣間隔；

25、步驟s4.3：使用cesium中的clamptoheightmostdetailed函數(shù)根據(jù)采樣間隔分別獲取不同時期模型上多邊形邊界范圍內(nèi)的坐標(biāo)點數(shù)據(jù)；

26、步驟s4.4：將獲取的不同時期坐標(biāo)點數(shù)據(jù)生成delaunay三角網(wǎng)，與預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面形成一個個不規(guī)則三棱柱，每個不規(guī)則三棱柱可以被三角片元高程最低的頂點劃分為規(guī)則三棱柱和不規(guī)則四棱錐，計算不同時期所有規(guī)則三棱柱和不規(guī)則四棱錐的體積合之差即為土方量變化總額，在設(shè)置其中一個三角片元頂點坐標(biāo)為、、的情況下，則b點為高程最低點，對應(yīng)高程為，則其對應(yīng)的不規(guī)則三棱柱體積計算公式為：

27、；

28、其中為規(guī)則三棱柱的體積，計算公式為：

29、；

30、；

31、其中為不規(guī)則四棱錐的體積，計算公式為：

32、；

33、；

34、計算不同時期所有不規(guī)則三棱柱的體積合之差即為土方量變化總額，不同時期單個不規(guī)則三棱柱體積之差可繪制土方量變化分布情況；

35、步驟s4.5：輸出土方量變化總額和土方量變化分布數(shù)據(jù)。

36、進(jìn)一步的，所述步驟s5中的土方量變化分布三維柱狀圖利用echarts插件繪制，以三角面元位置為底，對應(yīng)不同時期單個不規(guī)則三棱柱體積之差為值表示分布情況。

37、相比于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案的有益效果為：

38、1、本發(fā)明提出的一種基于cesium的歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)中土方量動態(tài)測算方法，采用傾斜攝影測量技術(shù)快速、高精度地采集和制作歷史遺留礦山三維實景模型，轉(zhuǎn)換為3dtiles格式后在cesium中根據(jù)計算區(qū)域和精度自動化計算出土方量變化結(jié)果，并輸出變化總額和土方量變化分布情況三維柱狀圖，有效提高了大范圍歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)中土方量變化測算的效率和安全性。

39、2、本發(fā)明結(jié)合所述方法提出的一種基于cesium的歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)中土方量動態(tài)測算系統(tǒng)有效簡化了歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)中人工測算土方量變化情況的繁瑣流程，還可結(jié)合三維實景模型直觀展示生態(tài)修復(fù)情況，為歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)中土方量動態(tài)測算提供了一種自動化的解決方案和數(shù)字化的展示方案，并且成本較低。

40、上述說明僅是本技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的技術(shù)手段，從而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本技術(shù)的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下以本技術(shù)的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明。

41、根據(jù)下文結(jié)合附圖對本技術(shù)具體實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本技術(shù)的上述及其他目的、優(yōu)點和特征。