1.基于三维建模的地质勘测模拟与可视化平台,其特征在于,所述平台包括数据采集模块、数据处理模块、坐标转换模块、三维建模模块和可视化模块;
数据采集模块,用于在指定地质区域内实时采集地质数据,并将数据传输至数据处理模块;
数据处理模块,用于实现点云数据的关键特征点提取、点云配准及点对匹配、坐标转换、去噪抽稀;
坐标转换模块,用于将点云数据中的控制点与其在大地坐标系中的坐标进行匹配,并生成坐标转换模型;
三维建模模块,用于构建三维地质模型,并在模型中标记地质特征;
可视化模块,用于提供三维可视化界面,展示三维地质模型,并允许用户进行交互式操作;
所述平台工作流程如下:
步骤一:确定三维建模的地质区域,并设置控制点;在所述区域内实时采集多种类型的地质数据,包括温度、湿度、土壤类型、地形陡峭度、植被覆盖率;基于采集到的地质数据,提取关键特征,生成地质危险系数和人员风险系数;计算每个候选风险点的地质危险系数和人员风险系数;将N1个候选风险点按综合风险系数Z从大到小进行排序,并选择前N2个候选风险点作为监测点;
步骤二:获取地质影像、三维点云数据和控制点三维坐标;
步骤三:数据处理,包括关键特征点提取、点云配准及点对匹配、转换点云坐标、去噪抽稀;
步骤四:在点云数据中标记控制点,并记录其坐标信息;
步骤五:根据控制点的大地坐标和像素坐标,生成大地坐标与像素坐标的转换校正模型;
步骤六:准备三维模型,识别地质特征,绘制地质标记,记录地质信息,并整合信息;
步骤七:读取地质标记线的三维坐标,利用三维坐标转换模型计算获得地质标记线的大地坐标,并根据对应的地质信息,延展形成具有大地坐标的三维地质模型面;
所述步骤三中的关键特征点提取步骤,具体如下:点云数据集为 ;以全部单独点云数据 为原点,其中,;建立n个局部坐标系,设定 为权值,对局部坐标系内可被检索的全部相邻点云数据进行加权处理, 的计算公式如下:; ;
其中, 为权值; 为 在局部坐标系内的坐标, 为 的邻近点云数据 在局部坐标系内的坐标,为特征点搜索半径;
针对以 为原点的局部坐标系内全部邻近点云数据建立对应协方差矩阵 ,的计算公式如下:
;
其中,为矩阵转置的符号;
得到点云数据集分布空间内,多个局部坐标系所在协方差矩阵后,利用特征值分解算法得到不同局部坐标系内的协方差矩阵特征值;
将每个协方差矩阵 的特征值计算结果按照由大到小顺序排列,并保留前三个特征值分解结果构成特征集 ;
在随机特征点特征集分解结果满足以下条件时将其标记为点云数据集的一个局部ISS关键特征点:, ;
其中, 、 为设定特征点筛选阈值;
三维点云数据中,通过关键特征点的提取,降低三维点云数据冗余程度,优化点云识别效率。
2.根据权利要求1所述的基于三维建模的地质勘测模拟与可视化平台,其特征在于,所述步骤一还包括:计算每个候选风险点的地质危险系数D,其中D的计算公式如下:;
其中,ci为预设的候选风险点对应土壤类型的土壤类型风险系数,M为土壤密度、Q为地形陡峭度、F为植被覆盖率、H1为地下水位的初始高度;b1、b2、b3和b4均为预设的比例系数;
计算每个候选风险点的人员风险系数R,其中R的计算公式如下:;
其中,j为人员密集区域的编号,Gj为候选风险点和第j个人员密集区域的海拔高度差,Lj为候选风险点和第j个人员密集区域的水平面直线距离;b5和b6均为预设的比例系数;
计算每个候选风险点的综合风险系数Z,其中,Z的计算公式如下:;
其中,b7和b8均为预设的比例系数。
3.根据权利要求1所述的基于三维建模的地质勘测模拟与可视化平台,其特征在于,所述步骤二中的获取地质影像、三维点云数据和控制点三维坐标,具体如下:通过三维激光扫描仪采集点云数据获取三维点云数据;采用全景相机捕捉地质纹理信息,快速获取地质的全景影像,弥补点云数据不足的缺陷,辅助建模;采用GNSS RTK技术采集控制点的三维坐标。
4.根据权利要求1所述的基于三维建模的地质勘测模拟与可视化平台,其特征在于,所述步骤三中的关键特征点提取步骤包括:以全部单独点云数据为原点,建立n个局部坐标系,并对局部坐标系内可被检索的全部相邻点云数据进行加权处理;
针对每个局部坐标系内的全部邻近点云数据建立对应协方差矩阵,并利用特征值分解算法得到协方差矩阵特征值;
设定特征点筛选阈值,并在特征值分解结果满足条件时,将其视为点云数据集的一个局部ISS关键特征点。
5.根据权利要求1所述的基于三维建模的地质勘测模拟与可视化平台,其特征在于,所述步骤五包括:获取每个控制点的三维坐标和其对应的大地坐标;
构造四维向量,每个向量的前三维分量为控制点的三维坐标X、Y、Z值,第四维为大地坐标的纬度、经度、高程值;
使用最小二乘逼近插值法构建三维插值模型,得到三个三维插值模型,分别对应X、Y、Z三个坐标维度的校正。
6.根据权利要求1所述的基于三维建模的地质勘测模拟与可视化平台,其特征在于,所述步骤七还包括:从三维地质模型中读取地质标记线的三维坐标X、Y、Z;
使用三维坐标转换模型,将三维地质标记线的坐标转换为大地坐标的纬度、经度、高程;
根据地质信息,延展形成具有大地坐标的三维地质模型面。