本發(fā)明涉及地質(zhì)探測與數(shù)據(jù)處理，尤其涉及一種運用量子探測建立道路-地下環(huán)境三維透視模型的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著都市化的加速推進，對城市基礎(chǔ)設(shè)施的地下勘查需求日益增長。傳統(tǒng)地質(zhì)雷達雖然被廣泛應(yīng)用于地下探測，但其二維成像能力往往難以提供足夠直觀的地下異常分析，二維圖像難以表達地下結(jié)構(gòu)的三維空間關(guān)系，對于諸如管線交叉、多層地下設(shè)施等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精確識別和定位帶來了較大的挑戰(zhàn)。同時，實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)與城市地下信息系統(tǒng)數(shù)字化對接存在諸多挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一、信息的不兼容以及技術(shù)的不連續(xù)性都嚴(yán)重影響了地下數(shù)據(jù)的集成效率和質(zhì)量。這些問題的存在大大限制了地質(zhì)數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃和管理中的應(yīng)用范圍和效果。此外，傳統(tǒng)的地質(zhì)雷達設(shè)備通常較為笨重，且依賴于直接接觸地面的方式進行數(shù)據(jù)采集，這在城市復(fù)雜環(huán)境中尤為不便。在狹窄或難以接觸的地區(qū)，如密集的地下管網(wǎng)和建筑基礎(chǔ)之間，傳統(tǒng)雷達的探測能力受到了極大的限制。

2、考慮到這些限制，采用子彈藥搭載的雷達集成系統(tǒng)技術(shù)進行地下勘查顯得尤為重要。子彈藥提供了一種靈活、高效的探測手段。配備先進的雷達集成系統(tǒng)，這些子彈藥不僅在狹窄或難以到達的空間中操作，還能實時傳輸高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，用于立即的分析和反應(yīng)。這種方法不僅提高了探測的靈活性和可達性，還能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的數(shù)據(jù)采集。此外，還要求系統(tǒng)能夠生成三維透視模型以提供更為直觀和詳細的地下結(jié)構(gòu)展示，從而解決現(xiàn)有二維成像技術(shù)的不足。三維透視模型能夠提供地下結(jié)構(gòu)的完整視圖，包括深度信息和空間關(guān)系，這對于理解和評估復(fù)雜的地下環(huán)境至關(guān)重要。三維透視模型也便于與其他城市規(guī)劃工具集成，提高決策的準(zhǔn)確性和效率。

3、然而，將子彈藥配備雷達集成系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)化為能夠生成精確三維透視模型的實際應(yīng)用，在國內(nèi)尚屬罕見。目前的三維建模技術(shù)主要集中于表面特征的呈現(xiàn)，而對于地下結(jié)構(gòu)的內(nèi)部細節(jié)探測和三維透視展示仍然面臨技術(shù)障礙。因此，探索如何有效利用微型子彈藥搭載的雷達集成系統(tǒng)技術(shù)，以及如何將所獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維透視模型，成為了一個迫切需要解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，為了解決微型子彈藥搭載雷達集成系統(tǒng)進行有效探測采集數(shù)據(jù)的難題，以及將所獲得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維透視模型的問題，本發(fā)明提出了一種運用量子探測建立道路-地下環(huán)境三維透視模型的方法。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明運用量子探測建立道路-地下環(huán)境三維透視模型的方法包括以下步驟：

3、(1)子彈藥地質(zhì)探查，母彈藥對子彈藥進行拋撒操作，子彈藥配備雷達集成系統(tǒng)，深入地面下層，收集關(guān)于土壤組成、巖石層次、異常區(qū)域及其它地質(zhì)特征的詳細信息，穿梭于狹小或復(fù)雜地形中，實時傳輸回地下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并將獲得的地下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、濾波和分析，以建立地下探測異常模型；

4、(2)采集道路信息，采用母彈藥搭載高精度gps和攝像頭，對道路表面信息進行采集，包括道路的坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)，以建立精確的道路路面模型；

5、(3)建立三維透視模型，將預(yù)處理的地下探測異常模型與道路路面模型結(jié)合，利用自定義算法，按照地下探測數(shù)據(jù)和道路信息的坐標(biāo)信息，將地下異常模型精確地投影到道路路面模型之下，應(yīng)用高級的三維可視化技術(shù)，生成綜合了地下結(jié)構(gòu)信息和道路結(jié)構(gòu)的道路-地下三維透視模型，實現(xiàn)對地下環(huán)境的直觀展示和分析。

6、地下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括地下數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵特征，如巖石層的分布、土壤類型的變化、水文地質(zhì)特征以及異常區(qū)域如空洞或污染源。

7、步驟(1)中子彈藥地質(zhì)探查包括以下步驟：

8、(1.1)部署定位系統(tǒng)，在目標(biāo)區(qū)域周邊配置定位基站，以確保子彈藥在探測過程中的精確定位；使用gps高精度定位方法為子彈藥提供實時位置信息。

9、(1.2)初始化定位與導(dǎo)航，對每個母彈藥進行初始定位，確保它們的初始位置與預(yù)定的基站定點一致，保證后續(xù)子彈藥鋪滿待檢測區(qū)域。

10、(1.3)子彈藥協(xié)同探測，多個子彈藥協(xié)同作業(yè)，相互之間通過通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)作業(yè)，覆蓋更廣的區(qū)域，避免重復(fù)探測和區(qū)域遺漏。

11、(1.4)執(zhí)行地下掃描，子彈藥沿著預(yù)定軌跡進行移動，子彈藥搭載的雷達系統(tǒng)向下發(fā)射電磁波，并通過接收天線捕捉來自地下結(jié)構(gòu)的反射波。

12、(1.5)實時數(shù)據(jù)傳輸，子彈藥將收集到的雷達反射數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸回控制中心，用于分析地下結(jié)構(gòu)。

13、(1.6)建立地下探測異常模型，利用內(nèi)置分析軟件，對子彈藥搜集的數(shù)據(jù)進行初步解碼與預(yù)處理。

14、(1.7)坐標(biāo)系統(tǒng)校準(zhǔn)，對初步搜集到的地點坐標(biāo)數(shù)據(jù)與預(yù)定的基站坐標(biāo)進行核對，確保二者間的一致性，若存在偏差，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進行調(diào)整，確保探測起點與預(yù)定基站坐標(biāo)一致。

15、(1.8)量子雷達數(shù)據(jù)的深度處理，對量子雷達捕獲的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括三維數(shù)據(jù)的偏移糾正和地形適應(yīng)性調(diào)整。其中，偏移糾正過程如下：識別并計算出三維位置偏差及偏移量，然后對偏移向量進行統(tǒng)計分析，得出平均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計指標(biāo)，以便判斷偏差的一致性和異常點；構(gòu)建包括旋轉(zhuǎn)、平移和縮放的轉(zhuǎn)換矩陣，采用最小二乘法進一步調(diào)整矩陣參數(shù)，以最小化總體偏差，此過程視實際情況多次迭代優(yōu)化；使用獨立數(shù)據(jù)集或留一法進行交叉驗證，確保矩陣的準(zhǔn)確性和普適性；對量子雷達捕獲數(shù)據(jù)進行橫斷面和平面分析，以及分析結(jié)果的精確標(biāo)記。

16、(1.91)異常數(shù)據(jù)界定與篩選，根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，從量子雷達數(shù)據(jù)中識別并收集表示地下異常的邊界數(shù)據(jù)，確保采集量超過總數(shù)據(jù)的10％。通過線性回歸數(shù)學(xué)模型處理邊界數(shù)據(jù)，排除與總體數(shù)據(jù)不同且分散度大的異常值。

17、(1.92)關(guān)于建立后的地下探測異常模型，對經(jīng)過篩選和處理的步驟(1.91)中的數(shù)據(jù)點進行插值和密集度分析，以構(gòu)建出地下探測異常模型的邊界模型。

18、步驟(1.5)中，雷達反射數(shù)據(jù)包括反射波的時間延遲和強度。

19、步驟(1.8)中，使用icp(迭代最近點算法)或lsm(最小二乘匹配法)識別并計算三維位置偏差及偏移量，偏移量包括大小和方向。

20、步驟(1.8)中，橫斷面的分析過程如下：從數(shù)據(jù)集中選取垂直或水平方向的切片，代表特定深度或高度的地質(zhì)橫斷面；然后在各個橫斷面上通過圖像處理和模式識別方法識別不同的地質(zhì)特征，如巖層、斷層、水文地層；應(yīng)用顏色編碼和紋理分析方法區(qū)分材質(zhì)和結(jié)構(gòu)；最后對識別的特征進行標(biāo)記和注釋，并使用專業(yè)工具記錄，并與原始數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。平面分析過程為將三維數(shù)據(jù)投影到二維平面，識別關(guān)鍵區(qū)域如資源豐富區(qū)、風(fēng)險區(qū)，后續(xù)步驟與橫斷面一致。

21、步驟(2)中道路信息采集包括以下步驟：

22、(2.1)道路信息的精確測繪，應(yīng)用高精度的測繪方法，如無人機攝影測量或地面激光掃描，收集道路信息，包括坐標(biāo)和高程，從而構(gòu)建精確的道路信息坐標(biāo)系。

23、(2.2)坐標(biāo)系一致性驗證，核對搭載量子雷達的微型探測機器人采集到的坐標(biāo)系與道路信息坐標(biāo)系是否匹配。若發(fā)現(xiàn)偏差，采用測繪坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法，確保兩者坐標(biāo)系一致，以便數(shù)據(jù)無縫集成。

24、(2.3)道路異常點的定位，利用精確測繪方法確定道路上各個異常點的位置和高程。

25、(2.4)構(gòu)建道路平面模型，對收集到的道路平面位置數(shù)據(jù)應(yīng)用網(wǎng)格插值方法，建立道路平面模型，為道路探測提供基礎(chǔ)平臺。其中，建立道路平面模型的過程如下：首先進行數(shù)據(jù)整合與預(yù)處理，將無人機攝影測量或地面激光掃描得到的數(shù)據(jù)進行整合，包括道路的坐標(biāo)點和高程信息，并對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，如去除噪聲、填補數(shù)據(jù)缺失部分，以及進行數(shù)據(jù)平滑，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。然后，應(yīng)用網(wǎng)格插值方法(如kriging)對道路數(shù)據(jù)進行空間插值，生成連續(xù)的道路表面，且插值過程中根據(jù)道路的實際地理特征調(diào)整插值參數(shù)，以確保模型的準(zhǔn)確性和現(xiàn)實性。生成的道路平面模型反映道路的幾何形狀、寬度、和坡度信息，還包括道路標(biāo)識、交通標(biāo)志及其它關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的位置信息，為后續(xù)的導(dǎo)航和規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

26、(2.5)對道路路面模型進行垂直延伸：基于道路平面模型，向下垂直延伸至設(shè)定的探測深度，形成完整的道路路面模型。道路路面模型不僅展示道路的表層，還解釋道路下方的結(jié)構(gòu)層，如下水道、管線和基礎(chǔ)設(shè)施。這一道路路面模型將覆蓋道路及其下方的探測范圍，為量子雷達探測提供三維空間參照。

27、步驟(3)中建立道路-地下環(huán)境三維透視模型包括以下步驟：

28、(3.1)探測方向與坐標(biāo)系設(shè)定，確定量子雷達探測數(shù)據(jù)在三維透視模型中的定位方向，按照x軸指向正東、y軸指向正北的原則進行。

29、(3.2)整合探測數(shù)據(jù)至道路路面模型，根據(jù)量子雷達探測結(jié)果的坐標(biāo)信息，將探測到的異常模型融入已建立的道路路面模型中。將異常模型融入已建立的道路路面模型具體過程：首先使用步驟(3.1)中設(shè)定的坐標(biāo)系，對量子雷達數(shù)據(jù)進行空間定位，調(diào)整方向和尺度使量子雷達數(shù)據(jù)與道路路面模型坐標(biāo)系一致，最后使用卡爾曼濾波和多源數(shù)據(jù)融合方法將異常模型與道路路面模型集成，由此建立道路-地下三維透視模型。該道路-地下三維透視模型包括地下探測異常模型和道路路面模型的全部信息，即管線、基礎(chǔ)設(shè)施、巖層以及由量子雷達識別的異常區(qū)域。由于量子雷達能提供高度精確的探測數(shù)據(jù)，這一步驟將有助于形成準(zhǔn)確的地下環(huán)境三維透視模型。

30、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

31、(1)本發(fā)明采用的子彈藥搭載量子雷達集成系統(tǒng)，量子雷達利用量子糾纏和量子超定位方法，相較于傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)更高的探測精度和分辨率，且穿透能力更強，探測到更深層的地下結(jié)構(gòu)，對于精確映射地下結(jié)構(gòu)，特別是在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，具有重要優(yōu)勢。

32、(2)本發(fā)明的子彈藥的體積小、重量輕，通過部署子彈藥群，同時在多個地點進行地下探測，進入狹窄或人為難以到達的地下空間和管道進行探測，提高探測效率，在更短的時間內(nèi)收集到更多的地下數(shù)據(jù)。此外，通過實時收集、傳輸和分析數(shù)據(jù)，支持快速建立地下環(huán)境的三維透視模型，進行直觀的可視化展示，對地質(zhì)分析、城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)用場景提供了數(shù)據(jù)支撐。

33、(3)通過上述流程，搭載量子雷達的微型探測機器人不僅提供高精度的地下環(huán)境數(shù)據(jù)，而且與地表的道路信息精確融合，形成一個綜合的三維透視模型。這種模型能夠直觀地展示地下結(jié)構(gòu)與地表道路的關(guān)系，為城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和地質(zhì)勘探提供重要的參考信息。