基于北斗导航信息的洞穴三维地图机械绘图软件建模研究.docx

摘?要：

传统地图为二维地图，三维地图建立比较困难，特别是自然界实物三维地图，尺寸变换规则度不高。为克服自然界实物三维地图信息建立比较困难的问题，以自然界洞穴为例，提出了通过国产北斗导航系统进行地理位置信息采集，同时利用激光测距仪进行断面形状尺寸信息采集，利用机械类三维绘图软件SolidWorks建立洞穴三维地图模型的方法。首先建立了河南省郑州市某地洞穴的三维地图模型，然后以地图模型及场景对比分析验证了方法的合理性、正确性，为后期其他自然界实物三维地图的建立提供了参考。

关键词：

三维地图；自然界；洞穴；北斗导航；场景

1?配电系统可靠性评估指标

地图在人类社会生产生活、工作学习中发挥着重要作用。随着CAD技术的飞速发展以及测试技术的不断进步，电子地图技术也得到了长足的发展。电子地图技术与地理信息系统（GIS）技术结合，能够为人类生产生活、工作学习带来更大的便利，因此现在越来越受到各个国家的重视，成为研究的重点。北京时间2020年6月23日，我国北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心发射成功，我国北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。北斗导航信息在电子地图中的应用已经有了长足的发展，但现在主要集中在地图信息的二维应用上，三维电子地图信息的应用较少，而且主要集中在美国GPS导航系统与城市电子地图结合的应用上，如现在比较成熟的有GoogleEarth软件、MapInfo软件、MicroStation软件、CLRview软件、CyberCityModeler软件以及我国的MablockquoteGIS软件、VRMablockquote软件。我国武汉市测绘研究院将全景地图应用在了城市三维建模中；武汉大学]建立了室内的地理环境；重庆邮电大学空间信息系统研究中心制作了室内矢量地图；山东理工大学利用激光与二维码建立了货物配送地图；无锡学院提出了一种基于多源数据集成的城市建筑物三维建模方法；提出了一种适用于商业化地图服务的三维实景建模技术；陆军特种作战学院提出了用无人机进行倾斜摄影测量的城市战场环境三维建模技术。虽然三维地图建模信息已基本成熟，但可以发现，目前对自然界自然事物的三维地图建模技术缺少研究。

因洞穴三维地图信息难以采集，而且我国北斗卫星系统刚刚趋于成熟，因此将洞穴三维地图结合北斗信息的研究还未见报道。本文介绍了一种新的三维洞穴地图建模方法，将洞穴空间信息结合我国北斗地理信息系统，使用国家2000坐标系统，利用设计的山洞断面尺坐标采集装置，运用激光探测系统，利用机械类三维实体造型软件SolidWorks软件，建立了河南省郑州市某洞穴三维地图，通过洞穴三维地图不仅可以得到洞穴空间尺寸，还可以得到洞穴北斗导航地理位置信息。

1??洞穴三维地图建模原理

本洞穴三维地图建模的原理是利用软件绘出山洞断面模型，利用激光测距仪收集山洞内部断面信息，利用北斗导航仪收集测量点位置信息；然后将收集到的山洞断面信息分别输入山洞断面模型，通过软件绘出，形成断面草图；接着根据收集到的测量点位置信息数据，通过软件绘出测量路径；最后把测量路径和断面草图融合，绘出洞穴三维地图。

2??洞穴三维地图建模过程

山洞地理形状特殊，规则性较差，一般建筑特征的断面设计难以应用于山洞，因此要设计一种既能够绘出山洞的断面形状，采集山洞的北斗定位信息，又能够通用于不规则形状绘制的方法。经过实地走访勘测、观察，设计了一种通用方法。但同时由于山洞形状特殊，因此尺寸参数涉及较多，将山洞等洞体地理信息分为两部分，一部分为测量点所在的位置，另一部分为测量点所在位置的截面形状、尺寸。一般山洞内部的形状如图1所示。测量点所在的位置可通过北斗导航仪测得，以国家2000坐标为例，表示为X坐标、Y坐标、海拔高度H，其中，X为北斗导航国家2000坐标系X坐标，Y为北斗导航国家2000坐标系Y坐标，H为北斗导航国家2000坐标系海拔高度H坐标，而测量点所在位置的截面形状可通过图1中山洞断面尺寸确定，基本信息设计为：通过激光测距仪测出a、b、c、d、e、f、g、h，根据图1得到的A、B、C、D、E、F、D、G、H、J点，连接AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HJ、JA，即可得到山洞等洞体的通用截面图形。

测量人员可以在洞内一边行走一边测量，测量点之间位置越近，后面建模得到的三维地图越准确，但后期建模的劳动量也越大，测得的数据可用表格表示。由于地球尺寸巨大，为百万级别，而软件内部所用尺寸最大为万级别，为方便建模，坐标需要根据测试结果及建模对象对导航坐标取相应数量级结果处理，具体见下面实验。一般建立模型时取X坐标、Y坐标的前5位，这样建立出来的模型既不失真，又能反映地理坐标，将x坐标加上3?800?000，即可得X坐标，y坐标加上1?970?000，即可得Y坐标。x为建模所取坐标