[发明专利]一种土方施工三维实时导航方法及系统

权利要求书

1.一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，包括：

离线建模阶段：

S1.加载施工场地的三维实景模型和设计模型；

S2.比较并存储和/或显示三维实景模型和设计模型的差异；

在线导航阶段：

S3.获取工程机械三维空间位姿，包括工程机械的位置信息和姿态信息；

S4.依据当前工程机械在三维空间内的位置信息，加载该工程机械当前位置和视角下的三维实景模型和施工场地设计模型，并读取该工程机械当前位置的三维实景模型和设计模型的差异；

S5.依据三维实景模型和设计模型的差异，结合当前位置的工程机械类型，匹配所要执行的施工工艺，规划工程机械施工轨迹；

S6.在施工场地的三维实景模型和设计模型中添加施工轨迹的导航信息，指引被导航工程机械从当前位置开始施工。

2.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，所述施工场地的三维实景模型，包括施工场地三维实景模型高精度信息的矢量数据和尺度信息数据；所述施工场地的三维设计模型，包含施工场地设计模型高精度信息的矢量数据和尺度信息数据。

3.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，所述工程机械包括推土机、压路机、平地机、装载机、挖掘机、摊铺机或矿用卡车；所述施工工艺包括网格布土、摊铺粗平、精平或碾压。

4.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S6包括结合所加载的施工场地三维实景模型数据生成三维导航场景，添加工程机械施工轨迹导航线、导航箭头，指引被导航工程机械从当前位置开始施工，生成三维导航场景并以大比例显示，实现土方施工三维实时导航。

5.依据权利要求1所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S4中，高亮显示施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据，图5展示此视图的实例，其中以施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据的高程差ΔH_i来确定高亮显示的颜色。

其中，C₁～C₄表示不同的颜色，b₁、b₂为预设阈值。

6.依据权利要求5所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S5中，结合高亮显示的施工场地三维实景模型数据和施工场地设计模型数据的高程差ΔH_i来确定施工导航的具体内容。

其中，D_i代表结合施工工艺的导航内容，从土方工程机械施工工艺库中匹配和调取，所述土方工程机械施工工艺库用于存储、整理、分类和匹配不同土方机械所处施工过程，规划工程机械的施工轨迹。

7.依据权利要求1～6任一项所述的一种土方施工三维实时导航方法，其特征在于，步骤S5包括：

S5.1将施工场地范围用n个坐标点(x₁,y₁,z₁)…(x_i,y_i,z_i)…(x_n,y_n,z_n)表示；

S5.2假设已知作业面开始作业坐标点，将作业路径起点为距离该点偏移一预设位置量的坐标点，计算方法包括：

1)根据给定作业面的顶点坐标，确定机械作业方向；遍历所有组合情况，寻找最少的作业次数，以该组合情况确定作业方向和作业起点；

2)作业纵数

3)路径长度以i,j为顶点的直线路径，其长度L_k为

式中：(x_i,y_i,z_i)为i点坐标；(x_j,y_j,z_j)为j点坐标；L_k为多边形地块的第k条直线路径长，第k条直线路径上有的点个数为其中，a表示直线路径上相邻两个路径点的间距。