本技術(shù)涉及地質(zhì)測繪的，尤其是涉及一種土石方三維計算模型建立方法及土石方方量計算方法。

背景技術(shù)：

1、在礦山地質(zhì)環(huán)境治理和礦山生態(tài)修復(fù)工程過程中，涉及大量土石方方量計算工作。土石方方量計算結(jié)果的精確度不僅影響工程的投資預(yù)算和設(shè)計方案的優(yōu)化，同時也影響到工程的結(jié)算和施工方案的實施程度。

2、目前的土石方方量計算方法是通過無人機低空攝影測量技術(shù)獲取土方石的點云數(shù)據(jù)，建立三角網(wǎng)土石方計算模型。

3、而無人機測得的點云數(shù)據(jù)為“規(guī)則無規(guī)律”數(shù)據(jù)，經(jīng)過抽稀之后得到的點云數(shù)據(jù)等間距分布，容易忽略土石方涵蓋的復(fù)雜地形，容易導(dǎo)致生成的土石方三維模型與實際情況相差較大，從而導(dǎo)致計算誤差大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了提高土石方計算精度，本技術(shù)提供一種土石方三維計算模型建立方法及土石方方量計算方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種土石方三維計算模型建立方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、獲取包含待測項目區(qū)內(nèi)土石方的頂面點云數(shù)據(jù)和底面點云數(shù)據(jù)；

4、抽稀所述頂面點云數(shù)據(jù)，得到在水平面的投影中等間距的多個初始三維坐標點；

5、確定所述初始三維坐標點在水平面上的第一投影點；

6、在水平面中將所述第一投影點進行同矩形等面積分區(qū)，生成多個矩形分區(qū)，其中，每個所述分區(qū)內(nèi)均包括至少四個所述初始三維坐標點；

7、根據(jù)所述初始三維坐標點的高程信息向待插入?yún)^(qū)域插入第二投影點，其中，所述待插入?yún)^(qū)包括分區(qū)內(nèi)部、分區(qū)邊界線和所述待測項目區(qū)邊界線中的至少一種，所述待測項目區(qū)邊界線為所述待測項目區(qū)內(nèi)土石方投影于水平面所形成的外部輪廓線；

8、將所述待測項目區(qū)內(nèi)距離最近的三個第二投影點和/或第二投影點確定為一組投影點集合，其中，各組所述投影點集合連線生成的三角形互不交叉；

9、在所述頂面點云數(shù)據(jù)中確定與每組所述投影點集合對應(yīng)的頂面三維坐標點、在所述底面點云數(shù)據(jù)中確定與每組所述投影點集合對應(yīng)的底面三維坐標點；

10、將每組所述頂面三維坐標點相連，形成頂面三角形，將每組所述底面三維坐標點相連，形成底面三角形，并將在水平面上坐標相同的所述頂面三維坐標點與所述底面三維坐標點相連，建立土石方三維計算模型。

11、通過采用上述技術(shù)方案，根據(jù)點云數(shù)據(jù)首先得到水平面上的投影點，進而對待測項目區(qū)進行分區(qū)，對抽稀后分區(qū)內(nèi)的投影點進行針對性的加密，高程差大的分區(qū)可能地形更為復(fù)雜，則對應(yīng)分區(qū)內(nèi)投影點更為密集，并通過投影點分別確定三棱柱的頂面和底面，這樣生成的土石方三維計算模型中，地形復(fù)雜的分區(qū)內(nèi)的土石方模型更為精細，對應(yīng)的斜截三棱柱更為密集，便于提高計算準確性。

12、進一步地，所述根據(jù)所述初始三維坐標點的高程信息向待插入?yún)^(qū)域插入第二投影點，其中，所述待插入?yún)^(qū)包括分區(qū)內(nèi)部、分區(qū)邊界線和所述待測項目區(qū)邊界線中的至少一種，所述待測項目區(qū)邊界線為所述待測項目區(qū)內(nèi)土石方投影于水平面所形成的外部輪廓線，包括：根據(jù)待測項目區(qū)內(nèi)初始三維坐標點的高程信息對待測項目區(qū)進行高差分析，得到待測項目區(qū)最大高差值，根據(jù)分區(qū)內(nèi)所述初始三維坐標點的高程信息對各個分區(qū)進行高差分析，得到分區(qū)內(nèi)最大高差值；

13、根據(jù)所述項目區(qū)最大高差值和所述分區(qū)內(nèi)最大高差值的關(guān)系，在分區(qū)中插入第二投影點；分別在所述待測項目區(qū)邊界線和所述分區(qū)邊界線上插入第二投影點。

14、通過采用上述技術(shù)方案，在插入第二投影點時，首先分析待測項目區(qū)內(nèi)最大高差值，進而確定分區(qū)內(nèi)最大高差值，通過將分區(qū)內(nèi)最大高差值與項目區(qū)最大高差值比較，在分區(qū)內(nèi)插入第二投影點，進而在待測區(qū)項目區(qū)邊界和分區(qū)邊界線上插入第二投影點，因此將待測項目區(qū)各個位置都進行投影點加密。

15、進一步地，所述根據(jù)所述項目區(qū)最大高差值和所述分區(qū)內(nèi)最大高差值的關(guān)系，在分區(qū)中插入第二投影點，包括：

16、若分區(qū)的所述分區(qū)內(nèi)最大高差值大于或等于所述項目區(qū)最大高差值的30％，則在分區(qū)內(nèi)相鄰兩個所述第一投影點之間插入兩個第二投影點；

17、若分區(qū)的所述分區(qū)內(nèi)最大高差值大于或等于所述項目區(qū)最大高差值的20％，則在分區(qū)內(nèi)相鄰兩個所述第一投影點之間插入一個第二投影點；

18、若分區(qū)的所述分區(qū)內(nèi)最大高差值小于所述項目區(qū)最大高差值的20％，則不插入第二投影點。

19、通過采用上述技術(shù)方案，電子設(shè)備根據(jù)分區(qū)內(nèi)最大高差值與項目區(qū)最大高差值的關(guān)系，設(shè)置三個不同的梯隊，相差越多，在相鄰兩個第一投影點之間插入的第二投影點越多，進而使后續(xù)生成土石方斜截三棱柱時更細化，便于提高計算精度。

20、進一步地，所述分別在所述項目區(qū)邊界線和所述分區(qū)邊界線上插入第二投影點，包括：

21、獲取分區(qū)邊界線兩側(cè)的分區(qū)中相鄰兩個投影點之間的最小間距，在所述分區(qū)邊界線上插入多個第二投影點，相鄰兩個所述第二投影點之間的間距與所述最小間距相等；

22、在所述待測項目區(qū)邊界線的拐點處插入第二投影點；

23、將所述待測項目區(qū)邊界線所在的任一分區(qū)作為當前分區(qū)，判斷位于當前分區(qū)內(nèi)待測項目邊界線上相鄰的兩個所述第二投影點之間的間距是否大于當前分區(qū)內(nèi)相鄰兩個投影點的間距；若是，則在相鄰兩個所述第二投影點之間插入新的第二投影點，使新的第二投影點與其中一個所述第二投影點或上一個新的第二投影點之間的間距與分區(qū)內(nèi)相鄰兩個投影點之間的間距相等；

24、確定所述待測項目區(qū)邊界線所在的下一分區(qū)為當前分區(qū)，重復(fù)判斷步驟，直至遍歷所述待測項目區(qū)邊界線所在的所有分區(qū)。

25、通過采用上述技術(shù)方案，電子設(shè)備在向分區(qū)邊界線上插入第二投影點時，根據(jù)兩側(cè)分區(qū)內(nèi)相鄰兩個投影點之間的間距設(shè)置插入點的間距；當在待測項目區(qū)邊界線上插入第二投影點時，先在拐點處插入點，進而在邊界線上大于分區(qū)內(nèi)點間距的區(qū)間再次插入第二投影點，因此，能夠使分區(qū)邊界線以及待測項目區(qū)邊界線上的點與分區(qū)對應(yīng)的點密度相同，便于在組成投影點結(jié)合時更為精細。

26、進一步地，所述在所述頂面點云數(shù)據(jù)中確定與每組所述投影點集合對應(yīng)的頂面三維坐標點，包括：

27、將所述投影點集合中的第一投影點對應(yīng)的初始三維坐標點確定為頂面三維坐標點；

28、判斷所述頂面點云數(shù)據(jù)中是否存在與所述投影點集合中的第二投影點對應(yīng)的原始三維坐標點，所述原始三維坐標點在水平面上的投影與投影點集合中的第二投影點重合；

29、若存在，則將與所述投影點集合中的第二投影點對應(yīng)的原始三維坐標點確定為頂面三維坐標點；

30、若不存在，則包括：

31、將所述投影點集合中不存在對應(yīng)的原始三維坐標點的第二投影點確定為待定點；

32、確定所述頂面點云數(shù)據(jù)在水平面上的第三投影點；

33、選取與所述待定點相鄰的預(yù)設(shè)數(shù)量個第三投影點為計算點；

34、根據(jù)各個所述計算點距離所述待定點的距離對所述計算點升序排列；

35、按照序列順序為各個所述計算點賦權(quán)值；

36、將各個所述計算點對應(yīng)的原始三維坐標點的高程信息按照權(quán)值計算加權(quán)平均值，得到所述待定點的高程信息，根據(jù)所述待定點的平面坐標和高程信息確定頂面三維坐標點。

37、通過采用上述技術(shù)方案，在確定與投影點集合對應(yīng)的頂面三維坐標點時，先包括初始三維坐標點，進而在頂面點云數(shù)據(jù)中查找與投影點集合的平面坐標一致的點，若未查找到平面坐標一致的點，則根據(jù)相鄰的多個點進行加權(quán)計算，估算高程信息，因此使頂面三維坐標點與對應(yīng)位置更相符。

38、進一步地，將所述待測項目區(qū)內(nèi)將距離最近的三個第二投影點和/或第二投影點確定為一組投影點集合，包括：

39、將待測項目邊界線上相鄰兩個所述第二投影點確定為一組投影點集合的基礎(chǔ)點；

40、將與兩個所述基礎(chǔ)點最近的第一投影點或第二投影點確定為所述投影點集合的第三點；

41、將所述第三點分別與每個所述基礎(chǔ)點作為新一組投影點集合的基礎(chǔ)點，重復(fù)將與兩個所述基礎(chǔ)點最近的第一投影點或第二投影點確定為所述投影點集合的第三點的步驟，得到新一組投影點集合，直至待測項目區(qū)內(nèi)所有的點均劃分至對應(yīng)的投影點集合中，且每個所述投影點集合中均包括三個點。

42、通過采用上述技術(shù)方案，電子設(shè)備按照一定的順序，先確定投影點集合的基礎(chǔ)點，進而通過最近原則確定第三點，進而再次在投影點集合中更換基礎(chǔ)點，重復(fù)尋找第三點的過程，進而能夠不遺漏每個點，使每個點都位于至少一個投影點集合內(nèi)，實現(xiàn)快速準確匹配。

43、第二方面，本技術(shù)提供一種土石方方量計算方法，其特征在于，應(yīng)用第一方面中任一項所述的土石方三維計算模型建立方法建立得到的土石方三維計算模型，包括：

44、獲取土石方三維計算模型中由同一組所述投影點集合對應(yīng)的頂面三角形和底面三角形連線組成的斜截三棱柱；

45、根據(jù)所述斜截三棱柱各個頂點的三維坐標，確定所述斜截三棱柱的直截面面積；

46、計算所述斜截三棱柱的三條側(cè)棱平均長度；

47、計算所述直截面面積與所述平均長度的乘積為斜截三棱柱的體積；

48、將各個所述斜截三棱柱的體積相加，計算得到土石方方量。

49、通過采用上述技術(shù)方案，建立的土石方三維計算模型，在地形復(fù)雜的區(qū)域?qū)?yīng)的斜截三棱柱更為密集，便于提高計算各個斜截三棱柱體積后土石方方量的準確度。

50、第三方面，本技術(shù)提供一種土石方三維計算模型建立裝置，采用如下的技術(shù)方案：點云數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取包含待測項目區(qū)內(nèi)土石方的頂面點云數(shù)據(jù)和底面點云數(shù)據(jù)；抽稀模塊，用于抽稀所述頂面點云數(shù)據(jù)，得到在水平面的投影中等間距的多個初始三維坐標點；

51、第一投影點確定模塊，用于確定所述初始三維坐標點在水平面上的第一投影點；

52、分區(qū)模塊，用于在水平面中將所述第一投影點進行同矩形等面積分區(qū)，生成多個矩形分區(qū)，其中，每個所述分區(qū)內(nèi)均包括至少四個所述初始三維坐標點；

53、第二投影點插入模塊，用于根據(jù)所述初始三維坐標點的高程信息向待插入?yún)^(qū)域插入第二投影點，其中，所述待插入?yún)^(qū)包括分區(qū)內(nèi)部、分區(qū)邊界線和所述待測項目區(qū)邊界線中的至少一種，所述待測項目區(qū)邊界線為所述待測項目區(qū)內(nèi)土石方投影于水平面所形成的外部輪廓線；

54、投影點集合組合模塊，用于將所述待測項目區(qū)內(nèi)距離最近的三個第二投影點和/或第二投影點確定為一組投影點集合，其中，各組所述投影點集合連線生成的三角形互不交叉；

55、三維坐標點確定模塊，用于在所述頂面點云數(shù)據(jù)中確定與每組所述投影點集合對應(yīng)的頂面三維坐標點、在所述底面點云數(shù)據(jù)中確定與每組所述投影點集合對應(yīng)的底面三維坐標點；

56、土石方三維計算模型建立模塊，用于將每組所述頂面三維坐標點相連，形成頂面三角形，將每組所述底面三維坐標點相連，形成底面三角形，并將在水平面上坐標相同的所述頂面三維坐標點與所述底面三維坐標點相連，建立土石方三維計算模型。

57、通過采用上述技術(shù)方案，根據(jù)點云數(shù)據(jù)首先得到水平面上的投影點，進而對待測項目區(qū)進行分區(qū)，對抽稀后分區(qū)內(nèi)的投影點進行針對性的加密，高程差大的分區(qū)可能地形更為復(fù)雜，則對應(yīng)分區(qū)內(nèi)投影點更為密集，并通過投影點分別確定三棱柱的頂面和底面，這樣生成的土石方三維計算模型中，地形復(fù)雜的分區(qū)內(nèi)的土石方模型更為精細，對應(yīng)的斜截三棱柱更為密集，便于提高計算準確性。

58、第四方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，采用如下的技術(shù)方案：

59、一種電子設(shè)備，包括：

60、至少一個處理器；

61、存儲器；

62、至少一個計算機程序，其中所述至少一個計算機程序被存儲在所述存儲器中并被配置為由所述至少一個處理器執(zhí)行，所述至少一個計算機程序配置用于：執(zhí)行如第一方面中任一項所述的方法。

63、第五方面，本技術(shù)提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，采用如下的技術(shù)方案：

64、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有能夠被處理器加載并執(zhí)行如第一方面中任一項所述的方法的計算機程序。

65、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

66、1.根據(jù)點云數(shù)據(jù)首先得到水平面上的投影點，進而對待測項目區(qū)進行分區(qū)，對抽稀后分區(qū)內(nèi)的投影點進行針對性的加密，高程差大的分區(qū)可能地形更為復(fù)雜，則對應(yīng)分區(qū)內(nèi)投影點更為密集，并通過投影點分別確定三棱柱的頂面和底面，這樣生成的土石方三維計算模型中，地形復(fù)雜的分區(qū)內(nèi)的土石方模型更為精細，對應(yīng)的斜截三棱柱更為密集，便于提高計算準確性；2.在插入第二投影點時，能夠使分區(qū)邊界線以及待測項目區(qū)邊界線上的點與分區(qū)對應(yīng)的點密度相同，便于在組成投影點結(jié)合時更為精細；

67、3.在確定與投影點集合對應(yīng)的頂面三維坐標點時，在頂面點云數(shù)據(jù)中查找與投影點集合的平面坐標一致的點，若未查找到平面坐標一致的點，則根據(jù)相鄰的多個點進行加權(quán)計算，估算高程信息，因此使頂面三維坐標點與對應(yīng)位置更相符。