基于移动终端下增强现实场景的铁路钻探辅助作业方法与流程

1.本发明涉及一种铁路钻探辅助作业方法，属于铁路工程地质勘察领域。


背景技术：

2.钻探是铁路地质勘察中应用最广泛的勘察手段，钻探点的布置和查询、钻探安全风险识别预警、钻探外业数据的采集存储是铁路工程地质勘察的关键环节，也是铁路工程勘察设计和建设的重要基础。
3.目前铁路钻探主要通过竹板桩标记钻探任务位置，标记点容易损坏，现场人员查找也不够便利；铁路外业钻探环境常存在大量安全风险因素，如电力线路、河流、水塘、通信线路、燃气管线等，目前主要依靠现场人工经验辨识，缺少远程辅助预警，易发生排查疏漏引发的安全生产事故；外业钻探数据主要通过纸质日志方式采集记录，之后将纸质数据材料从外业现场送至内业人员，再将日志内容整理录入至勘察软件中，整个流程存在大量的重复性工作。由于铁路勘察项目为线性工程，覆盖范围广，勘探量大，因此亟需升级当前钻探作业方式，采取智能化辅助作业措施，降低钻探作业耗费的人力和时间成本。


技术实现要素：

4.针对目前铁路钻探作业依靠竹板桩标记钻探点、现场安全风险辨识缺少辅助预警、数据采集记录依靠纸质日志、钻探数据采集全流程存在大量重复工作等问题，本发明提供了一种基于移动终端下增强现实场景的钻探辅助作业方法。
5.为此，本发明的技术方案如下：
6.一种基于移动终端下增强现实场景的铁路钻探辅助作业方法，包括以下步骤：
7.s1、钻探任务地图制作和服务发布：收集铁路钻探点和周边安全风险数据，制作钻探点和安全风险矢量数据集；基于三维平面场景，制作钻探点和安全风险矢量图层，设定各类钻探点、安全风险矢量的风格和属性信息；生成三维平面场景下钻探点和安全风险矢量切片缓存文件，通过服务器发布钻探任务地图服务；
8.s2、移动终端下增强现实场景构建：外业现场通过移动终端获取所述钻探任务地图服务；移动终端基于服务数据渲染增强现实场景，包括钻探点和安全风险要素虚拟模型；
9.s3、增强现实场景下钻探任务查询和导航：增强现实场景下，通过编号检索、空间检索和列表浏览方式查询钻探任务；选择钻探任务目标，通过增强现实场景导航至钻探点；
10.s4、增强现实场景下钻探安全风险示警：在增强现实场景下，根据移动终端定位实时更新、显示安全风险虚拟模型；根据设定的钻探任务警戒范围，自动对范围内的安全风险进行示警；
11.s5、通过移动终端记录和存储钻探数据：基于移动终端记录钻探过程中的钻探数据和移动终端定位信息，拍摄现场影像；将所述钻探数据即时存储在移动终端，当存在移动网络时，将所述钻探数据传输至服务器后台，建立钻探数据与钻探点间的关联关系。
12.上述移动终端包括采用安卓系统或苹果系统的智能手机和平板，其中安卓系统移
动终端支持arcore功能，苹果系统移动终端支持arkit功能。
13.上述的步骤s1中，所述安全风险包括天空障碍物、地下设施设备和平面四周危险源，所述天空障碍物包括架空电力线路、架空通信线路和树木；所述地下设施设备包括通信线路、地下电力线路、给水管道、排水管道、燃气管道、热力管道和工业管道；所述平面四周危险源包括公路、既有铁路、河流、水塘和危岩落石。
14.步骤s1所述的三维平面场景采用投影坐标系，高程采用国家标准高程基准，将所述钻探点和安全风险矢量的坐标统一转换至同一投影坐标系，并设定高程值。
15.步骤s2所述的增强现实场景的获取步骤包括：
16.1)打开移动终端相机，获取当前相机空间位置信息，包括相机所在坐标、高程和相机沿场景坐标系x、y、z轴的倾斜角度；
17.2)根据所述相机空间位置信息，通过移动网络远程获取钻探任务地图服务数据；
18.3)根据所述钻探任务数据构建虚拟钻探点模型和安全风险矢量模型；
19.4)基于arcore或arkit在相机视口绘制虚拟模型，形成增强现实场景。
20.步骤s3中，导航至钻探点的方法包括如下步骤：
21.1)获取钻探点的地理位置和当前定位信息；
22.2)根据所述钻探点的位置和当前定位信息计算导航路线；
23.3)通过矢量图层叠加方式在地图场景中显示全局导航路线；
24.4)利用当前定位20m范围内导航数据，动态构建导航标志虚拟模型，在增强现实场景中渲染局部导航标志。
25.步骤s4中，所述警戒范围包括红色、橙色、黄色和蓝色4个等级，其中15米以内为红色等级，30米以内为橙色等级，50米以内为黄色等级，100米内为蓝色等级；所述示警的方式包括在增强现实场景中高亮现实风险要素、弹窗信息和预警语音提示。
26.步骤s5所述的钻探数据包括跟孔记录、开孔记录、回次进尺、地下水位、标准贯入、动力触探、取样、地层描述、终孔记录、封孔记录和异常记录。
27.步骤s5中，所述钻探数据与钻探点间的关联关系以钻探点编号为关联基础，钻探点与跟孔记录、开孔记录、地下水位、终孔记录、封孔记录、异常记录为一对一关联；钻探点与回次进尺、标准贯入、动力触探、取样、地层描述为一对多关联。
28.本发明具有以下有益效果：
29.本发明通过基于移动终端的增强现实场景辅助方法，实现了钻探点、钻探安全风险要素在真实场景的虚拟显示以及钻探数据的数字化记录和结构化关联存储，便于外业现场人员查询并导航至钻探点任务，智能获取钻探安全风险预警，提升了钻探全流程作业的效率和质量。本方法可广泛用于铁路工程地质钻探作业，可推广应用至工民建、水利、公路等相关行业，具有显著的社会和经济效益。
附图说明
30.图1为本发明的基于移动终端下增强现实场景的铁路钻探辅助作业方法的流程图；
31.图2为钻探任务地图示意图；
32.图3为移动终端下增强现实场景示意图。
33.图中：
34.1、钻探点
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2、交通道路
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3、河流
35.4、通信线路
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5、给水管道
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6、排水管道
36.7、电力线路
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11、移动终端
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12、现实场景
37.13、铁路线路
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14、虚拟钻探点
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15、虚拟提示信息标识
38.16、虚拟地下管线
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17、虚拟电力线路
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18、虚拟导航标识
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明的基于移动终端下增强现实场景的铁路钻探辅助作业方法做进一步说明。
40.参见图1，本发明的基于移动终端下增强现实场景的铁路钻探辅助作业方法包括：s1、钻探任务地图制作和服务发布；s2、移动终端下增强现实场景构建；s3、增强现实场景下钻探任务查询和导航；s4、增强现实场景下钻探安全风险示警；s5、通过移动终端记录和存储钻探数据。具体如下：
41.s1、钻探任务地图制作和服务发布：
42.首先，参见图2，收集铁路地质勘探布置的钻探点1和周边的安全风险数据，所述安全风险包括天空障碍物、地下设施设备和平面四周的危险源。其中，所述天空障碍物包括架空电力线路7、架空通信线路和树木等，所述地下设施设备包括通信线路4、给水管道5、排水管道6、燃气管道、热力管道和工业管道等，所述平面四周危险源包括交通道路(公路、既有铁路)2、河流3、水塘和危岩落石等。当钻探点、安全风险要素为非结构化的图形格式时，首先将图形数据矢量化，再制作形成钻探点和安全风险矢量数据集；当钻探点、安全风险要素为结构化数据时，将数据直接导入矢量数据集，建立数据关键字段索引和空间索引。
43.利用钻探点和安全风险矢量数据集制作三维平面场景下钻探点和安全风险矢量图层，设定各类钻探点、安全风险矢量的风格和属性信息，形成gis格式的钻探任务地图。所述三维平面场景采用投影坐标系，如wgs_1984_web_mercator坐标系，高程采用国家标准高程基准。需将钻探点和安全风险矢量的坐标统一转换至同一投影坐标系，并设定高程值。基于钻探任务地图，生成三维平面场景下钻探点和安全风险矢量切片缓存文件，通过服务器发布钻探任务地图服务。
44.s2、移动终端下增强现实场景构建：
45.所述移动终端设备11包括采用安卓系统或苹果系统的智能手机和平板，其中安卓系统移动终端支持arcore功能，苹果系统移动终端支持arkit功能。移动终端下增强现实场景构建步骤如下：
46.1)在铁路设计线路13附近打开移动终端的相机功能，获取当前相机空间位置信息，包括相机所在坐标、高程和相机沿场景坐标系x、y、z轴的倾斜角度等；
47.2)根据相机空间位置，通过移动网络远程获取钻探任务地图服务数据，获取方式为层级瓦片模式，根据当前可视范围传输相应级别的钻探任务瓦片数据和属性信息；
48.3)移动端后台根据钻探任务数据构建虚拟钻探点模型和安全风险矢量模型，建立虚拟模型和属性关联关系；
49.4)基于arcore或arkit在相机视口绘制虚拟模型，钻探点通过点符号风格显示，安
全风险矢量通过线符号风格显示，同时在真实实体上绘制提示信息标识，形成增强现实场景。
50.在图3所示的移动终端下增强现实场景示意图中，11为移动终端设备，12为现实场景，13为铁路设计线路，14为虚拟钻探点，15为虚拟提示信息标识，16为虚拟地下管线，17为虚拟电力线路，18为虚拟导航标识。
51.s3、增强现实场景下钻探任务查询和导航：
52.基于增强现实场景，建立钻探任务查询和导航工具，通过输入钻探任务编号检索钻探点，通过在增强现实场景绘制查询区域对钻探任务进行空间检索，通过钻探任务一览表浏览筛选钻探任务。
53.在增强现实场景选择钻探任务目标后，可查看钻探任务属性信息，通过钻探导航工具可导航至钻探任务点，包括如下步骤：
54.1)获取钻探点地理位置(经度lng1，纬度lat1)和当前定位信息(经度lng2，lat2)；
55.2)根据钻探点位置和当前定位计算导航路线。可通过后台服务器自定义计算或通过第三方平台计算，如通过高德地图api服务：
56.https://restapi.amap.com/v3/direction/driving？origin＝lng2,lat2&destination＝lng1,lat1&out put＝xml&key＝<用户的key>；
57.3)通过矢量图层叠加方式在地图场景中显示全局导航路线；
58.4)利用当前定位点20m范围内的导航数据，动态构建导航标志虚拟模型，在增强现实场景中渲染局部导航标志，指示当前前进方向。
59.s4、增强现实场景下钻探安全风险示警：
60.安全风险示警的方式包括在增强现实场景中高亮风险要素、弹窗信息和预警语音提示。在增强现实场景下，根据移动终端定位实时更新显示安全风险虚拟模型、绘制安全风险信息提示标识；
61.设定钻探任务警戒范围，所述警戒范围包括红色、橙色、黄色和蓝色4个等级，其中15米以内为红色等级，30米以内为橙色等级，50米以内为黄色等级，100米内为蓝色等级；通过服务器后台空间查询服务，自动对范围内的安全风险进行示警，红色警戒范围内通过预警语音进行示警，橙色警戒范围内通过弹窗信息进行示警，黄色范围内通过高亮风险要素标记进行示警，蓝色范围内通过正常显示风险要素标记进行示警。
62.s5、通过移动终端记录和存储钻探数据：
63.基于移动终端记录钻探过程中的钻探数据和移动终端定位信息，拍摄现场影像，所述钻探数据包括跟孔记录、开孔记录、回次进尺、地下水位、标准贯入、动力触探、取样、地层描述、终孔记录、封孔记录、异常记录。
64.钻探数据即时存储在移动终端，当存在移动网络时将钻探数据传输至服务器后台，以钻探点编号为关联基础，建立钻探数据与钻探点间关联关系。钻探点与跟孔记录、开孔记录、地下水位、终孔记录、封孔记录、异常记录为一对一关联，钻探点与回次进尺、标准贯入、动力触探、取样、地层描述为一对多关联。