一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法与流程

本发明涉及土方量计算，具体是一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法。

背景技术：

1、北斗卫星平地仪是一种利用高精度定位技术实现土地平整的控制设备，其上配置有北斗卫星智能平地系统，利用北斗卫星导航技术进行土地平整的高精度平地机械控制，而在平地作业时，评估作业区域的填挖方的土方量是重要的步骤，关系到作业时间、油量消耗等工程费用的成本预算以及具体作业方案的编制，而在工程中通常有5种土方计算方法，包括不规则三角网法(dtm法)、方格网法、等高线法、平均高程法、平均断面法，其中三角网中点和线的选取可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格结点，能够插入地形线以保存原有关键的地形特征，能适应复杂、不规则的地形，从而能够更好地适合现场的地形特征。

2、在现有工程实践中，计算土方量需要派工作人员到工地作业现场进行测绘，采集数据点三维坐标，然后再用电脑软件进行数据处理，如autodesk revit、rhino、arcgis等，最后得到填挖的土方数据，然后将土方数据传递到北斗卫星平地仪的北斗卫星智能平地系统中，通过北斗卫星智能平地系统进行平地工作控制，虽然这些电脑软件具有处理能力强，计算功能多样，数据处理精度高的优点，但是对计算机的硬件要求相对较高，cpu、内存、硬盘等计算资源都要足够，而由于配置有北斗卫星智能平地系统的北斗卫星平地仪一般为移动便携设备，北斗卫星平地仪的cpu运算能力相对较差、内存较小、硬盘存储相对较小，在将土方量计算方法移植到北斗卫星平地仪上时，容易出现内存不足、可处理的数据点较少、cpu处理速度较慢的情况，使得运算时间相对较长，在实际的工程作业中并不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，包括以下步骤：

4、使用卫星导航rtk模块收集地形测量数据，采集数据点的经纬度和海拔；

5、将地形数据点转换成生成gpu渲染管线能够处理的顶点坐标数据；

6、gpu渲染管线将地形高度值编码成伪色，形成高度值图片；

7、使用高度值图片进行面积和体积计算，从而计算出挖方土方量与填方土方量。

8、进一步在于：在收集地形测量数据前，先初始化gpu渲染管线，并申请缓冲区，创建顶点着色器和片段着色器。

9、进一步在于：将地形数据点转换成生成渲染管线能够处理的顶点坐标数据的过程中，先将地形数据点的经纬度以及高度转换成enu坐标系，将第一个数据点做原点，将经纬度和高度转换成相对于原点的enu坐标xyz，再把离散的测量点数据生成不规则三角网，将三角网转换成显卡gpu渲染管线能处理的格式。

10、进一步在于：将地形高度值编码成伪色过程中，将顶点数据输入gpu渲染管线后，通过gpu的片段着色器来按规则来生成最终像素的颜色值。

11、进一步在于：将顶点数据生成像素颜色值后，通过gpu渲染管线光栅化过程对顶点执行线性插值处理，即对顶点之间的每个像素执行片段着色器，片段着色器通过由顶点着色器传来的插值变量确定每个像素的颜色，输出到颜色缓冲区中，把顶点的高度值，以及顶点间插值后的每个像素的高度值，当成颜色值输出到帧缓冲区，然后读取帧缓冲区的数据，得到每个像素点都是高度值的高度数据值图片。

12、进一步在于：使用高度值图片进行面积和体积计算时，先确定像素单位面积，其中像素单位面积为测量地形面积除以gpu帧缓冲区长宽积。

13、进一步在于：剖面面积计算中，若要计算高度a1的剖面面积，比较高度数据里每个点的值ax，如果ax大于等于a1，则累加1，如果小于a1则不累加，遍历完所有点后，累加值与像素单位面积之积为剖面面积。

14、优选的：土方量体积计算过程中，设统计目标基准高度为a2时的土方量体积数值，遍历所有点的高度值ax，计算两者的差值ad＝ax-a2，如果ad大于0，则此处为挖方，如果ad小于0，则此处为填方。

15、进一步在于：在ad大于0时，将ad累计到挖方高程中，遍历高度数据后，最终挖方量为累计的挖方高程与像素单位面积两者之积。

16、优选的：在ad小于0时，将ad取绝对值后累计到填方高程中，遍历高度数据后，最终填方量为累计的填方高程与像素单位面积两者之积。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、通过将采集的地形数据转换成北斗卫星平地仪上显卡能识别处理的3d模型顶点数组，通过利用北斗卫星平地仪配备的显卡，将地形数据经过转换，然后将数据输入到显卡gpu渲染管线进行处理，最终计算土方量和面积，利用北斗卫星平地仪显卡处理，将地形数据转换成虚拟颜色位图，根据虚拟颜色位图计算体积土方量和面积，这个过程主机cpu不需要介入，可使显卡并行处理，从而节约主机的cpu时间开销，有利于降低cpu负担，加快处理速度，便于进行快速计算，且利用显卡的显存来存放处理过程中的中间结果，有利于节约主机的内存开销，能够较好地解决北斗卫星平地仪计算能力弱和内存不足的问题，在北斗卫星平地仪上较为快速的进行地形土方量计算。

技术特征：

1.一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，在收集地形测量数据前，先初始化gpu渲染管线，并申请缓冲区，创建顶点着色器和片段着色器。

3.根据权利要求1所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，将地形数据点转换成生成渲染管线能够处理的顶点坐标数据的过程中，先将地形数据点的经纬度以及高度转换成enu坐标系，将第一个数据点做原点，将经纬度和高度转换成相对于原点的enu坐标xyz，再把离散的测量点数据生成不规则三角网，将三角网转换成显卡gpu渲染管线能处理的格式。

4.根据权利要求1所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，将地形高度值编码成伪色过程中，将顶点数据输入gpu渲染管线后，通过gpu的片段着色器来按规则来生成最终像素的颜色值。

5.根据权利要求4所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，将顶点数据生成像素颜色值后，通过gpu渲染管线光栅化过程对顶点执行线性插值处理，即对顶点之间的每个像素执行片段着色器，片段着色器通过由顶点着色器传来的插值变量确定每个像素的颜色，输出到颜色缓冲区中，把顶点的高度值，以及顶点间插值后的每个像素的高度值，当成颜色值输出到帧缓冲区，然后读取帧缓冲区的数据，得到每个像素点都是高度值的高度数据值图片。

6.根据权利要求1所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，使用高度值图片进行面积和体积计算时，先确定像素单位面积，其中像素单位面积为测量地形面积除以gpu帧缓冲区长宽积。

7.根据权利要求6所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，剖面面积计算中，若要计算高度a1的剖面面积，比较高度数据里每个点的值ax，如果ax大于等于a1，则累加1，如果小于a1则不累加，遍历完所有点后，累加值与像素单位面积之积为剖面面积。

8.根据权利要求6所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，土方量体积计算过程中，设统计目标基准高度为a2时的土方量体积数值，遍历所有点的高度值ax，计算两者的差值ad＝ax-a2，如果ad大于0，则此处为挖方，如果ad小于0，则此处为填方。

9.根据权利要求8所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，在ad大于0时，将ad累计到挖方高程中，遍历高度数据后，最终挖方量为累计的挖方高程与像素单位面积两者之积。

10.根据权利要求8所述的一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，其特征在于，在ad小于0时，将ad取绝对值后累计到填方高程中，遍历高度数据后，最终填方量为累计的填方高程与像素单位面积两者之积。

技术总结本发明涉及土方量计算技术领域，具体涉及一种在北斗卫星平地仪上快速计算地形土方量的方法，包括以下步骤：使用卫星导航RTK模块收集地形测量数据，采集数据点的经纬度和海拔；将地形数据点转换成生成GPU渲染管线能够处理的顶点坐标数据；GPU渲染管线将地形高度值编码成伪色，形成高度值图片；使用高度值图片进行面积和体积计算。本发明中，通过利用北斗卫星平地仪显卡处理，将地形数据转换成虚拟颜色位图，根据虚拟颜色位图计算体积土方量和面积，有利于降低CPU负担，加快处理速度，便于进行快速计算，且利用显卡的显存来存放处理过程中的中间结果，有利于节约主机的内存开销，在北斗卫星平地仪上较为快速地进行地形土方量计算。技术研发人员：崔红杰,陈俊,李金平受保护的技术使用者：深圳冰河导航科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2