基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法

摘要

本发明公开了一种基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法,包括以下步骤：先基于测绘得到的现有地形样式生成建立三维模型，然后基于风景园林设计地形中的山谷和山脊走向，在三维模型上绘制出地形的山脊线和山谷线，再由建模软件基于山脊线和山谷线绘制出风景园林的三维模型，并基于山脊线和山谷线标记出施工指示点，再基于地形图计算出土方工程的挖填方量，最后由施工机械读取地形图和施工指示点后进行施工。本发明能够有效提高对风景园林地形的绘制准确度，并能对地形中的重要点位进行抓取。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风景园林的土方工程施工方法，特别是一种基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法。

背景技术

等高线法是风景园林行业沿用多年的土方工程法，其工艺流程具体为：先由企业基于风景园林的设计方案绘制园林地形的等高线图，然后经审查合格后交付至施工方；施工方基于等高线图和现场坐标进行等高线放线，并按图完成施工；施工完成后，由验收人员根据等高线图选取重要点位进行坐标点的高程值验证，验证合格后完成验收。但该方法在使用时却存在设计要求高、施工难度大和土方量计算不准确等诸多缺陷。

而随着技术的发展，目前的市政和建筑行业已经逐步使用基于遥感技术的新型智慧施工机械，该施工机械能够将三维模型直接导入并依据该模型进行施工，从而有效提高其施工精度和成型效果。这使得设计方在交付图纸时也需要将以往的二维等高线图转变为三维数据进行交付，因此如何绘制准确且适配智慧施工机械的土方工程三维数据则成为了设计方需要面对的问题。

目前设计方对园林地形三维数据的建模方法分为两种，第一种是在二维等高线图的基础上建立三维模型并生成点云数据，但该地形由于在生成后需要进行精度确认，且不同精度下地形的整体效果差异较大，导致设计人员很难准确获得地形的正确模型和重要点位。第二种建模方法是直接在三维软件内进行竖向设计，即在三维空间绘制立体的等高线，然后通过不断调整各等高线的造型以符合设计师的预想，再在该等高线的基础上生成三维模型。但该方式同样存在无法确定重要点位的问题，即施工方在按图施工时无法保证地形在重要位置的施工准确度，若是完全按照设计图纸进行施工，且保证施工效果与设计图纸完全一致，便会造成施工效率的大大降低，不具有实用性；若采用随机抓取重要点位的方式，又对地形施工的指示性不强，难以保证实际地形与设计需求的相互对应。

因此，现有对风景园林地形的三维建模和土方工程方法存在三维地形与实际需求不符，重要点位无法抓取的特点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法。它能够有效提高对风景园林地形的绘制准确度，并能对地形中的重要点位进行抓取。

本发明的技术方案：基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法，包括以下步骤：

a.基于测绘得到的现有地形样式建立三维模型，得A地形图；

b.基于风景园林设计地形中的山谷和山脊走向，在A地形图上绘制出地形的山脊线和山谷线，得B山脊线和C山谷线；

c.由建模软件基于B山脊线和C山谷线绘制出风景园林的三维模型，并导出该三维模型的mesh数据或surface数据，得D地形图；

d.在D地形图上基于山脊线和山谷线标记出施工指示点，得E施工指示点；

e.基于A地形图和D地形图比较差值，计算出土方工程的挖填方量；

f.由施工机械读取D地形图和E施工指示点后进行施工。

前述的基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法中，所述步骤c中三维模型的建模方法包括以下步骤：

c1.选取B山脊线中的最高点、高点和坡度转折点，以及C山谷线中最低点、低点和坡度转折点，作为主要点位，得D1点位；

c2.由建模软件基于B山脊线和C山谷线生成风景园林的整体地形，得D2地形图；

c3.基于B山脊线、C山谷线和D1点位对D2地形图进行圆润，消除D2地形图中的锐角部位，且圆润后的D1点位与原D1点位的高度差在地形整体高度的十分之一以内，形成风景园林的三维模型。

前述的基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法中，所述步骤c1中的最高点为风景园林设计地形的全园最高点位，高点为山脊线中除最高点以外的其余各地形的最高点位，最低点为风景园林设计地形的全园最低点位，低点为山谷线中除最低点以外的其余各山谷的最低点位，坡度转折点为山脊线或山谷线中坡度形成5°以上夹角的点位。

前述的基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法中，所述步骤d中的山脊线和山谷线的绘制方法为：将B山脊线和C山谷线投影至D地形图上，并以D地形图上的投影线作为山脊线和山谷线，该山脊线与B山脊线的水平位置相同，该山谷线与C山谷线的水平位置相同。

前述的基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法中，所述步骤d中的施工指示点包括山脊线和山谷线中的D1点位和过度点位，D1点位和过度点位之间的间距，以及相邻过度点位之间的间距均不超过2～5米。

前述的基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法中，所述步骤c中的三维模型在建立后，选取三维模型中的多个点位作为标志点位并标注位置；所述步骤f中施工机械以标志点位作为基准坐标进行施工。

前述的基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法中，所述步骤f中施工机械在施工完成后，根据施工机械显示的挖填方量与步骤e中计算得到的挖填方量进行比对和差值验证，获得实际的挖填方量。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

(1)本发明与现有三维地形绘制方法相比，完全舍弃了以往基于等高线的绘制方法，通过先绘制出风景园林的山脊线和山谷线，再在根据山脊线和山谷线进行建模，同时基于山脊线和山谷线中的主要点位对地形进行圆润，使得地形在圆润后，其主要点位的位置能够尽可能的保持原有位置，从而提高对地形的绘制准确度；而当地形的三维模型成型后，通过以山脊线和山谷线上的主要点位作为施工指示点，并设置对应的过度点位，则使施工方在施工过程中，能够依照施工指示点进行施工，进而保证山脊线、山谷线与设计地形的一致性，减小风景园林的实际施工效果与设计地形的差异；

(2)在上述基础上，由于本申请的地形结构、圆润效果和实际施工时的施工指示点均是基于山脊线和山谷线生成的，使其能够有效减小三维地形图在软件建模和圆润过程中与原设计地形形成的差异，同时减小施工方在实际施工过程中因其他部位的施工误差造成实际地形与设计地形在整体效果和重要点位上的偏差，从而进一步提高对风景园林地形的绘制准确度和施工准确度；

(3)通过绘制而成的现有地形和设计地形的三维模型，一方面能够方便对图纸的交付和存档，另一方面还能够方便对土方量的计算，使得计算人员能够对比两个三维模型直接获得土方工程的挖填方量；

所以，本发明能够有效提高对风景园林地形的绘制准确度，并能对地形中的重要点位进行抓取。

附图说明

图1是步骤b中山脊线和山谷线的绘制结构图；

图2是山脊线和山谷线的立面图；

图3是步骤c2中风景园林整体地形的三维模型图；

图4是步骤c3中地形在圆润后的三维模型图；

图5是步骤d中标记出山脊线、山谷线和施工指示点的地形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。基于遥感技术的风景园林数字化土方工程施工方法，包括以下步骤：

a.基于测绘得到的现有地形样式建立三维模型，该现有地形为风景园林所在区域的实际地形，得A地形图；

b.基于风景园林设计地形中的山谷和山脊走向，在A地形图上绘制出地形的山脊线和山谷线，该风景园林设计地形为设计人员创作的，风景园林最终需要呈现的设计地形，该山脊线和山谷线为该设计地形中各山脊和山谷的线形，山脊线和山谷线的样式如图1所示，图1中的X线便为山脊线和山谷线；得B山脊线和C山谷线；

c.由建模软件基于B山脊线和C山谷线绘制出风景园林的三维模型，并导出该三维模型的mesh数据或surface数据，得D地形图；

d.在D地形图上基于山脊线和山谷线标记出施工指示点，该D地形图的部分样式如图5所示，图中的黑线和山谷线，白线为山脊线，山谷线和山脊线上的数字标记为施工指示点，得E施工指示点；

e.将A地形图和D地形图比较差值后计算出土方工程的挖填方量，该挖填方量可由人工基于建模软件计算得到或由建模软件grasshopper通过现有算法功能计算得到；

f.由施工机械读取D地形图和E施工指示点后进行施工，该施工机械为现有具备遥感技术，可导入mesh数据或surface数据并进行施工的智慧施工机械，施工机械在施工时需保证E施工指示点的施工准确度，减少E施工指示点处的施工偏差。

所述步骤c中三维模型的建模方法包括以下步骤：

c1.选取B山脊线中的最高点、高点和坡度转折点，以及C山谷线中最低点、低点和坡度转折点，作为主要点位，得D1点位；该主要点位的样式如图2所示，图2中的Y线为山脊线，Z线为山谷线，其中最高点V为风景园林设计地形的全园最高点位，即各山脊线中的主峰最高点；高点U为山脊线中除最高点以外的其余各山包处的最高点位；最低点T为风景园林设计地形的全园最低点位，即全园汇排水点，该最低点在设计时应位于地形的其中一条山谷线上；低点W为山谷线中除最低点以外的其余各山谷处的最低点位，坡度转折点为山脊线或山谷线中坡度在形成5°以上夹角变化位置的点位。

c2.由建模软件grasshopper基于B山脊线和C山谷线生成风景园林的整体地形，该地形图的样式如图3所示，地形图顶部的白线为山脊线，地形图底部的黑线为山谷线，得D2地形图；

c3.基于B山脊线、C山谷线和D1点位所在平面位置对D2地形图进行圆润，消除D2地形图中因软件直接生成产生的无法施工的锐角部位，且圆润后的D1点位与原D1点位的高度差在地形整体高度的十分之一以内，该地形整体高度为风景园林最低点到最高点之间的高度差，形成风景园林的三维模型，若高度差超过十分之一说明该山脊线或山谷线设计有误，需重新修改；该三维模型的样式如图4所示，三维模型顶部的黑线为原山脊线，三维模型底部的黑线为原山谷线，通过图3和图4的对比可以看出，图4中的部分山脊地形在圆润后与原山脊线之间形成高度差；该圆润效果可由设计人员在D2地形图上重新修整得到，也可由grasshopper软件通过常规圆润功能处理得到。

所述步骤d中的山脊线和山谷线的绘制方法为：将B山脊线和C山谷线投影至D地形图上，并以D地形图上的投影线作为山脊线和山谷线，使得该山脊线和山谷线能够与D地形图相互重叠，并与原始设计的B山脊线和C山谷线的走向保持一致；即山脊线与B山脊线的水平位置相同，山谷线与C山谷线的水平位置相同；山脊线和山谷线中的各D1点位与原D1点位在水平位置一致。

所述步骤d中的施工指示点包括山脊线和山谷线中的D1点位和过度点位，该过度点位由设计人员基于D1点位在山脊线和山谷线上标示形成，D1点位和过度点位之间的间距，以及相邻过度点位之间的间距均不超过2～5米。

所述步骤c中的三维模型在建立后，确定三维模型的坐标系，然后选取三维模型中三个以上的点位作为标志点位并标注坐标位置；所述步骤f中施工机械以标志点位作为基准坐标，对D地形图进行校准后再施工。

所述步骤f中施工机械在施工完成后，根据施工机械显示的挖填方量与步骤e中计算得到的挖填方量进行比对和差值验证，获得实际的挖填方量。

本发明的工作原理：本发明通过先在现有地形的三维模型基础上绘制出风景园林的山脊线和山谷线，然后利用山脊线和山谷线进行建模并圆润，使其能够保持风景园林在建模后的各山包、山谷和汇水点等位置能够与设计方案保持一致，且山脊线和山谷线在圆润后的高度差也能够在设计人员的可接受范围内，即有效减少三维模型在自动生成时与设计方案在重要点位上的差异。通过在风景园林的三维模型生成后，将原设计的山脊线和山谷线投影在风景园林的三维模型上并以投影线作为最终的山脊线和山谷线，并标出相应的施工指示点，则使施工方在实际施工过程中，能够以施工指示点作为重要施工点位，将风景园林的实际山脊线和山谷线与原设计保持一致，进而减少风景园林的整体效果与设计方案的差别，即使存在部分位置的精度差，但也不会造成风景园林在整体效果上的差异。