一种基于可控沙盘的水利航测数据展现方法

技术领域

本发明涉及测绘领域，特别涉及一种基于可控沙盘的水利航测数据展现方法研究。

背景技术

测绘作为水利工程建设的前驱环节，能够对拟施工地区进行测量和绘图，获取及标记反映地面现状的图形和位置，为水利工程科学规划提供决策支持；测绘无人机可搭载高频差分模块、GNSS系统、高光谱相机等装备，以其机动灵活、专业高效的特点，在水利工程中的应用不断深入；利用无人机进行航空测绘作业后，形成的地貌数据，一是可以在电脑上进行电子地貌模型展现；二是可以打印成图，在纸张上显现地貌；三是可以根据航测数据制作成沙盘；沙盘展现航测数据具有立体、直观的效果；但当前沙盘模型存在若干提升空间，一是重构性不佳，即沙盘制作好后，变更及重复利用性弱；二是沙盘模型制作周期较长，即将数据转化为沙盘实物的效率较低；在上述背景下，如何构建智能化、可重构地貌沙盘，将水利航测数据在可控沙盘上高效、精准展现成为一项研究课题。

当前，面向测绘的沙盘专利研究较为丰富，如2019年10月申请的题为“一种车载式测绘信息沙盘制作方法”的发明专利，包括地形测绘、测绘数据处理、雕刻、底色涂布处理、实景地理模型喷绘等步骤；高质量的喷绘工艺提高喷绘的准确度；保证了沙盘的精度；还如2020年12月申请的题为“一种遥感数据的模拟展示系统及方法”的发明专利，把生产过程中的卫星成像技术要素全部融入到模拟展示当中，提供了三维沙盘成果立体投影展示的技术方案；还如2018年9月申请的题为“军用针幕式沙盘地貌生成训练器”的发明专利，由上到下依次由上盖板、沙盘地貌生成器主体部件和箱体构成箱体式结构；该器件适合单兵操作、易于搬运、便于携带和存放。

发明内容

鉴于上述背景信息，本发明旨在提供一种基于可控沙盘的水利航测数据展现方法，设计了地貌可控沙盘系统，研究了水利航测数据在地貌可控沙盘上的展现方法，解决了水利航测数据在可控沙盘上高效、精准展现及沙盘重构问题；为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种基于可控沙盘的水利航测数据展现方法，包括如下步骤：

S101、构建沙盘基础框架；所述沙盘基础框架包括

所述长方体格子为一个上开口的碳纤维材质的箱体；所述长方体格子的上顶面、下底面均为正方形，边长为

S102、构建上仓储件；所述上仓储件包括发光二极管灯排、钢制螺母、上仓储件箱体；所述上仓储件箱体为透光白色PVC材质，钢制螺母固定于上仓储件箱体底板的中央，直径为

所述发光二极管灯排包括红色发光二极管、绿色发光二极管、蓝色发光二极管、黄色发光二极管、白色发光二极管、紫色发光二极管；所述发光二极管灯排的接线端包括白端、紫端、绿端、蓝端、黄端、红端、公共端；所述上仓储件的线缆通过所述上仓底板接线圆孔及中仓底板接线圆孔引入到所述下仓中。

S103、构建中仓储件；所述中仓储件包括底座、螺杆、步进电机；所述步进电机的长为

S104、构建下仓储件；所述下仓储件包括电池、AT89C51单片机、串口MAX232芯片、ULN2003A电机驱动芯片；将所述下仓储件放置在所述下仓中，所述AT89C51单片机与所述电池相连；若所述AT89C51单片机处于所述沙盘基础框架中的长方体格子

将所述AT89C51单片机的RXD引脚与所述串口MAX232芯片的R1out引脚相连，将所述AT89C51单片机的TXD引脚与所述串口MAX232芯片的T1in引脚相连；将所述ULN2003A电机驱动芯片的1B引脚与所述AT89C51单片机的P1.0引脚相连，所述ULN2003A电机驱动芯片的2B引脚与所述AT89C51单片机的P1.1引脚相连；所述ULN2003A电机驱动芯片的3B引脚与所述AT89C51单片机的P1.2引脚相连；所述ULN2003A电机驱动芯片的4B引脚与所述AT89C51单片机的P1.3引脚相连；将所述ULN2003A电机驱动芯片的1C引脚与所述步进电机的a1端相连，所述ULN2003A电机驱动芯片的2C引脚与所述步进电机的b1端相连，所述ULN2003A电机驱动芯片的3C引脚与所述步进电机的c1端相连，所述ULN2003A电机驱动芯片的4C引脚与所述步进电机的d1端相连，所述步进电机com1端与所述ULN2003A电机驱动芯片的com2引脚相连；将所述发光二极管灯排的公共端与所述AT89C51单片机的GND引脚相连，所述发光二极管灯排的红端与所述AT89C51单片机的P1.4引脚相连，所述发光二极管灯排的黄端与所述AT89C51单片机的P1.5引脚相连，所述发光二极管灯排的蓝端与所述AT89C51单片机的P1.6引脚相连，所述发光二极管灯排的绿端与所述AT89C51单片机的P1.7引脚相连，所述发光二极管灯排的紫端与所述AT89C51单片机的P2.0引脚相连，所述发光二极管灯排的白端与所述AT89C51单片机的P2.1引脚相连。

S105、上位机控制沙盘；所述上位机为一台带有UART串口的计算机，将所述上位机串口一的RX1引脚与所述沙盘基础框架中的

沙盘控制命令生成算法为：假设水利航测区域长为

所述二极管灯排控制算法为，若Ys为1，则所述AT89C51单片机的P1.4引脚为高电平，所述AT89C51单片机的P1.5引脚、P1.6引脚、P1.7引脚、P2.0引脚、P2.1引脚为低电平，所述发光二极管灯排亮红灯；若Ys为2，则所述AT89C51单片机的P1.5引脚为高电平，所述AT89C51单片机的P1.4引脚、P1.6引脚、P1.7引脚、P2.0引脚、P2.1引脚为低电平，所述发光二极管灯排亮黄灯；若Ys为3，则所述AT89C51单片机的P1.6引脚为高电平，所述AT89C51单片机的P1.4引脚、P1.5引脚、P1.7引脚、P2.0引脚、P2.1引脚为低电平，所述发光二极管灯排亮蓝灯；若Ys为4，则所述AT89C51单片机的P1.7引脚为高电平，所述AT89C51单片机的P1.4引脚、P1.5引脚、P1.6引脚、P2.0引脚、P2.1引脚为低电平，所述发光二极管灯排亮绿灯；若Ys为5，则所述AT89C51单片机的P2.0引脚为高电平，所述AT89C51单片机的P1.4引脚、P1.5引脚、P1.6引脚、P1.7引脚、P2.1引脚为低电平，发光二极管灯排亮紫灯；若Ys为6，则所述AT89C51单片机的P2.1引脚为高电平，所述AT89C51单片机的P1.4引脚、P1.5引脚、P1.6引脚、P1.7引脚、P2.0引脚为低电平，所述发光二极管灯排亮白灯；若Ys为7，则所述AT89C51单片机的P2.1引脚、P1.4引脚、P1.5引脚、P1.6引脚、P1.7引脚、P2.0引脚为低电平，所述发光二极管灯排不发光。

所述电机控制算法为：第一步，若所述上仓储件箱体底板处于上仓的底端时，步进电机正向转动nc圈后，上仓储件箱体底板处于上仓的顶端，则执行第二步nc次；第二步，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚、P1.1引脚为低电平，令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.3引脚为高电平，保持20毫秒；令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.1引脚为低电平，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚、P1.3引脚为高电平，保持20毫秒；令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.1引脚、P1.3引脚为低电平，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚为高电平，保持20毫秒；令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.1引脚为高电平，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚、P1.3引脚为低电平，保持20毫秒；第三步，若nc*Ga取整数为pc，执行第四步pc次；第四步，令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.1引脚为高电平，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚、P1.3引脚为低电平，保持20毫秒；令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.1引脚、P1.3引脚为低电平，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚为高电平，保持20毫秒；令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.1引脚为低电平，令所述AT89C51单片机的P1.2引脚、P1.3引脚为高电平，保持20毫秒；令所述AT89C51单片机的P1.2引脚、P1.1引脚为低电平，令所述AT89C51单片机的P1.0引脚、P1.3引脚为高电平，保持20毫秒。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于可控沙盘的水利航测数据展现方法的步骤图。

图2为所述沙盘基础框架的俯视图。

图3为图2中所述的长方体格子的结构图。

图4为所述上仓储件结构图。

图5为图4中所述发光二极管灯排的结构图。

图6为所述中仓储件结构图。

图7为所述下仓储件结构图。

图8为图7中所述AT89C51单片机与所述串口MAX232芯片的接线图。

图9为图7中所述AT89C51单片机与ULN2003A电机驱动芯片的接线图。

图10为图7中所述ULN2003A电机驱动芯片与图6中所述步进电机的接线图。

图11为图7中所述AT89C51单片机与图4中所述发光二极管灯排的接线图。

图12为所述串口MAX232芯片与所述上位机串口一的接线图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明的具体实施方式进行描述；一种基于可控沙盘的水利航测数据展现方法，包括如下步骤：

S101、构建沙盘基础框架；由图2所示，202为一个长方体格子；所述沙盘基础框架包括

图3为图2中所述的长方体格子202的结构图；由图3所示，长方体格子202为一个上开口的碳纤维材质的箱体；所述长方体格子202的上顶面、下底面为正方形，边长为

S102、构建上仓储件；所述上仓储件包括发光二极管灯排、钢制螺母、上仓储件箱体；所述上仓储件箱体为透光白色PVC材质，钢制螺母固定于上仓储件箱体底板的中央，直径为

S102、构建上仓储件；图4为所述上仓储件的结构图，由图4所示，所述上仓储件包括发光二极管灯排404、钢制螺母402、上仓储件箱体401；405为上仓储件箱体底板；所述上仓储件箱体401为透光白色PVC材质，钢制螺母402固定于上仓储件箱体底板405的中央，直径为

图5为图4中所述的发光二极管灯排404的结构图；由图5所示，所述发光二极管灯排404包括红色发光二极管501、绿色发光二极管502、蓝色发光二极管503、黄色发光二极管506、白色发光二极管505、紫色发光二极管504；所述发光二极管灯排的接线端包括白端、紫端、绿端、蓝端、黄端、红端、公共端；所述上仓储件的线缆通过所述上仓底板接线圆孔308及中仓底板接线圆孔305引入到所述下仓303中。

S103、构建中仓储件；图6为所述中仓储件结构图，由图6所示，602为底座；603为螺杆；604为步进电机；所述中仓储件包括底座602、螺杆603、步进电机604；所述步进电机604的长为

S104、构建下仓储件；图7为所述下仓储件结构图，由图7所示，所述下仓储件包括电池703、AT89C51单片机705、串口MAX232芯片702、ULN2003A电机驱动芯片704；将所述下仓储件放置在所述下仓303中，所述AT89C51单片机705与所述电池703相连；若所述AT89C51单片机705处于所述沙盘基础框架中的长方体格子

由图8所示，801为所述AT89C51单片机705的RXD引脚，802为所述AT89C51单片机705的TXD引脚，803为所述串口MAX232芯片702的R1out引脚，804为所述串口MAX232芯片702的T1in引脚；RXD引脚801与R1out引脚803相连，TXD引脚802与T1in引脚804相连。

由图9所示，901为所述ULN2003A电机驱动芯片704的1B引脚，902为所述ULN2003A电机驱动芯片704的2B引脚，903为所述ULN2003A电机驱动芯片704的3B引脚，904为所述ULN2003A电机驱动芯片的4B引脚；905为所述AT89C51单片机705的P1.0引脚；906为所述AT89C51单片机705的P1.1引脚；907为所述AT89C51单片机705的P1.2引脚；908为所述AT89C51单片机705的P1.3引脚；1B引脚901与P1.0引脚905相连，2B引脚902与P1.1引脚906相连；3B引脚903与P1.2引脚907相连；4B引脚904与P1.3引脚908相连。

由图10所示，1001为所述ULN2003A电机驱动芯片704的1C引脚，1002为所述ULN2003A电机驱动芯片704的2C引脚，1003为所述ULN2003A电机驱动芯片704的3C引脚，1004为所述ULN2003A电机驱动芯片的4C引脚，1005为所述ULN2003A电机驱动芯片的com2引脚；1006为所述步进电机604的d1端，1007为所述步进电机604的c1端，1008为所述步进电机604的b1端，1009为所述步进电机604的a1端，1010为所述步进电机604的com1端；1C引脚1001与a1端1009相连，2C引脚1002与b1端1008相连，3C引脚1003与c1端1007相连，4C引脚1004与d1端1006相连，com1端1010与com2引脚1005相连。

由图11所示，1101为所述AT89C51单片机705的GND引脚；1102为所述AT89C51单片机705的P1.4引脚；1103为所述AT89C51单片机705的P1.5引脚；1104为所述AT89C51单片机705的P1.6引脚；1105为所述AT89C51单片机705的P1.7引脚；1106为所述AT89C51单片机705的P2.0引脚；1107为所述AT89C51单片机705的P2.1引脚；1108为所述发光二极管灯排404的白端，1109为所述发光二极管灯排404的紫端，1110为所述发光二极管灯排404的绿端，1111为所述发光二极管灯排404的蓝端，1112为所述发光二极管灯排404的黄端，1113为所述发光二极管灯排404的红端，1114为所述发光二极管灯排404的公共端；公共端1114与GND引脚1101相连，红端1113与P1.4引脚1102相连，黄端1112与P1.5引脚1103相连，蓝端1111与P1.6引脚1104相连，绿端1110与P1.7引脚1105相连，紫端1109与P2.0引脚1106相连，白端1108与P2.1引脚1107相连。

S105、上位机控制沙盘；所述上位机为一台带有UART串口的计算机，将所述沙盘基础框架中的

沙盘控制命令生成算法为：假设水利航测区域长为

所述二极管灯排控制算法为，若Ys为1，则P1.4引脚1102为高电平，P1.5引脚1103、P1.6引脚1104、P1.7引脚1105、P2.0引脚1106、P2.1引脚1107为低电平，发光二极管灯排404亮红灯；若Ys为2，则P1.5引脚1103为高电平，P1.4引脚1102、P1.6引脚1104、P1.7引脚1105、P2.0引脚1106、P2.1引脚1107为低电平，发光二极管灯排404亮黄灯；若Ys为3，则P1.6引脚1104为高电平，P1.4引脚1102、P1.5引脚1103、P1.7引脚1105、P2.0引脚1106、P2.1引脚1107为低电平，发光二极管灯排404亮蓝灯；若Ys为4，则P1.7引脚1105为高电平，P1.4引脚1102、P1.5引脚1103、P1.6引脚1104、P2.0引脚1106、P2.1引脚1107为低电平，发光二极管灯排404亮绿灯；若Ys为5，则P2.0引脚1106为高电平，P1.4引脚1102、P1.5引脚1103、P1.6引脚1104、P1.7引脚1105、P2.1引脚1107为低电平，发光二极管灯排404亮紫灯；若Ys为6，则P2.1引脚1107为高电平，P1.4引脚1102、P1.5引脚1103、P1.6引脚1104、P1.7引脚1105、P2.0引脚1106为低电平，发光二极管灯排404亮白灯；若Ys为7，则P2.1引脚1107、P1.4引脚1102、P1.5引脚1103、P1.6引脚1104、P1.7引脚1105、P2.0引脚1106为低电平，发光二极管灯排404不发光。

所述电机控制算法为：第一步，若所述上仓储件箱体底板405处于上仓301的底端时，步进电机正向转动nc圈后，上仓储件箱体底板405处于上仓301的顶端，则执行第二步nc次；第二步，令P1.2引脚907、P1.1引脚906为低电平，令P1.0引脚905、P1.3引脚908为高电平，保持20毫秒；令P1.0引脚905、P1.1引脚906为低电平，令P1.2引脚907、P1.3引脚908为高电平，保持20毫秒；令P1.0引脚905、P1.1引脚906、P1.3引脚908为低电平，令P1.2引脚907为高电平，保持20毫秒；令P1.0引脚905、P1.1引脚906为高电平，令P1.2引脚907、P1.3引脚908为低电平，保持20毫秒；第三步，若nc*Ga取整数为pc，执行第四步pc次；第四步，令P1.0引脚905、P1.1引脚906为高电平，令P1.2引脚907、P1.3引脚908为低电平，保持20毫秒；令P1.0引脚905、P1.1引脚906、P1.3引脚908为低电平，令P1.2引脚907为高电平，保持20毫秒；令P1.0引脚905、P1.1引脚906为低电平，令P1.2引脚907、P1.3引脚908为高电平，保持20毫秒；令P1.2引脚907、P1.1引脚906为低电平，令P1.0引脚905、P1.3引脚908为高电平，保持20毫秒。

显而易见，上述实施方式仅仅为本发明的其中一个示范例，任何在本发明所提供结构或原理上的简单改进均属于本发明的保护范围。