一种基于数字孪生的古树生长状态监控及养护方法及系统与流程

本发明属于数字孪生，具体涉及一种基于数字孪生的古树生长状态监控及养护方法及系统。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快，古树作为城市文化遗产的重要组成部分，其保护工作面临着诸多挑战。古树生长环境的复杂性以及生长状态的不可预测性，要求我们采用更为高效和科学的方法来进行监控和养护。

2、目前古树养护存在以下问题：

3、（1）古树名木保护点位较为分散且树木种类丰富，生长状态及养护各不相同，因此实现所有古树统一养护较为困难。

4、（2）古树生长数据以周期化人工数据采集，通过人工对采集的数据进行评估存在主观性。

5、（3）传统的古树防护，主要依靠人力和外在物力防护设备对古树进行防护，存在防护不到位、影响市容、浪费人力等缺陷。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于数字孪生的古树生长状态监控及养护方法及系统，

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、通过gis技术构建古树管理区域的虚拟地图，获取古树位置数据，根据所述古树位置数据对所述虚拟地图进行标的得到古树标的点；

4、通过视觉传感器获取古树点云数据，根据所述古树点云数据通过重构模型进行模型构建得到古树孪生模型，根据所述古树位置数据将所述古树孪生模型与所述古树标的点进行集成；

5、通过生态一杆通获取每日数据，根据所述每日数据通过统计计算得到统计数据，根据所述统计数据通过生长模型计算得到古树生长数据，根据所述古树生长数据对所述古树孪生模型进行参数修正，通过所述视觉传感器获取古树周围图像数据，通过所述生态一杆通获取实时土壤含水量数据；

6、通过所述古树周围图像数据通过异常检测模型计算得到异常结果，将所述实时土壤含水量数据与预设含水量阈值进行比对得到比对结果，智能终端根据所述异常结果产生警报自适应信号触发警报，所述智能终端根据比对结果产生自适应信号打开供水阀。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述重构模型包括点云分割模型、点云修复模型、三维重建模型，所述点云分割模型具体计算步骤如下：

8、s201：根据所述古树点云数据通过预处理得到预处理点云数据；

9、s202：根据所述预处理点云数据通过lewos模型进行点云分割得到一号分割点云，根据所述一号分割点云通过相似性阈值测试得到一号分类标签；

10、s203：根据所述预处理点云数据通过基于hsv颜色分割法进行点云分割得到二号分割点云，根据所述二号分割点云通过h阈值测试得到二号分类标签；

11、s204：根据点云坐标对所述一号分类标签和所述二号分类标签进行合并得到合并标签，根据所述合并标签对所述古树点云数据进行冲突点剔除得到树叶分割点云和枝干分割点云。

12、具体地，所述点云修复模型具体计算步骤如下：

13、s301：根据所述枝干分割点云进行三角网格化得到三角网格化点云；

14、s302：根据三角形面片中心线的拓扑关系对所述三角网格化点云进行空洞识别得到点云缺失类型；

15、s303：根据所述点云缺失类型确定点云修复方法，根据所述点云修复方法对所述枝干分割点云进行修复得到修复枝干点云。

16、优选地，所述三维重建模型具体计算步骤为：

17、s401：获取所述修复枝干点云和所述树叶分割点云的颜色数据和纹理数据；

18、s402：根据所述修复枝干点云和所述树叶分割点云通过切片处理得到整树切片点云；

19、s403：根据所述整树切片点云通过ransac方法进行拟合重建得到分支模型；

20、s404：将每个所述分支模型进行拼接得到初始模型，根据所述颜色数据和所述纹理数据对所述初始模型进行填充得到所述古树孪生模型。

21、优选地，所述生长模型用于根据所述统计数据进行预测计算得到叶面积预测结果、树高预测结果、树胸径预测结果。

22、优选地，所述异常检测模型具体计算步骤为：

23、s501：根据所述古树周围图像数据通过分帧处理得到视频帧序列；

24、s502：根据所述视频帧序列通过图像预处理得到预处理帧序列；

25、s503：根据预处理帧序列通过timesformer算法计算得到所述异常结果。

26、优选地，根据所述古树位置数据将所述古树孪生模型与所述古树标的点进行集成，所述集成具体步骤为：根据所述古树位置数据确定所述古树标的点所对应的所述古树孪生模型，获取所述古树孪生模型的存储位置，根据所述标的点和所述存储位置通过跳转函数实现嵌套。

27、一种基于数字孪生的古树生长状态监控及养护系统，包括：地图建立模块、孪生模型建立模块、数据获取模块、异常检测模块；

28、所述地图建立模块，用于通过gis技术构建古树管理区域的虚拟地图，获取古树位置数据，根据所述古树位置数据对所述虚拟地图进行标的得到古树标的点；

29、所述孪生模型建立模块，用于通过视觉传感器获取古树点云数据，根据所述古树点云数据通过重构模型进行模型构建得到古树孪生模型，根据所述古树位置数据将所述古树孪生模型与所述古树标的点进行集成；

30、所述数据获取模块，用于通过生态一杆通获取每日数据，根据所述每日数据通过统计计算得到统计数据，根据所述统计数据通过生长模型计算得到古树生长数据，根据所述古树生长数据对所述古树孪生模型进行参数修正，通过所述视觉传感器获取古树周围图像数据，通过所述生态一杆通获取实时土壤含水量数据；

31、所述异常检测模块，用于通过所述古树周围图像数据通过异常检测模型计算得到异常结果，将所述实时土壤含水量数据与预设含水量阈值进行比对得到比对结果，智能终端根据所述异常结果产生警报自适应信号触发警报，所述智能终端根据所述比对结果产生自适应信号打开供水阀。

32、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于数字孪生的古树生长状态监控及养护方法。

33、一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述所述的基于数字孪生的古树生长状态监控及养护方法。

34、本发明的有益效果为：

35、（1）通过设置有生态一杆通实时获取每日数据，并根据采集的数据进行分析，避免了通过人工进行古树生长环境数据的采集。

36、（2）建立古树管理区域的虚拟地图，根据古树位置对虚拟地图建立标的点，建立古树孪生模型，将古树孪生模型与标的点进行集成，根据采集的数据进行分析得到的分析结果对孪生模型进行改变，实现了古树管理的可视化和通过采集的数据对古树当前状态的预测进行针对性养护，避免了实时依靠人工进行巡查。

37、（3）通过在古树附近设立监控设备采集视频数据，对视频数据进行异常行为检测并触发相应标的点闪烁，实现了智能化古树监控，有效避免古树被破坏，并提高了市容。

38、（4）通过实时获取每日土壤含水量，根据每日土壤含水量自动化开关灌溉系统，实现了古树需水量的供给。