城市地下管线是现代化城市建设的重要部分之一,具有传递信息、输送能源和减灾排涝等功能,随着城市的快速发展,地下管线的覆盖范围不断扩大,管线铺设数量和相关管理数据也随之急剧增长,加快暴露了传统管线管理系统存在的管线图空间感不强、施工监控和碰撞检测决策不灵活、地面建筑模型存储与渲染工作量大等问题。因此,科学地管理地下管线是城市安全稳定和高效运转的必然要求,增强现实(Augmented Reality,AR)具有沉浸感强和交互灵活等特点,将AR技术与地下管线系统相结合已成为日后管线规划与管理的新技术方案。本课题开展了在Android移动终端实现基于高精度定位的地下管线AR系统的研究,课题来源于上海置诚管网股份有限公司的地下管线非开挖工程管理与信息服务系统,根据实际工程需求进行系统设计与实现,显著提高了管线信息管理和决策的效率,具有技术实践意义和较好的社会经济效益。本课题工作内容如下:(1)提出移动端的地下管线增强现实原型系统的技术方案。对系统进行需求分析、整体架构和功能模块设计,详细设计本系统硬件平台的工作流程和软件平台的功能结构,包括七大功能:G-RTK定位功能、管线数据管理分析功能、交互通信功能、基于ARCore的环境理解功能、运动跟踪功能、虚实融合功能、管线可视化与交互功能。(2)G-RTK高精度定位、七参数坐标转换算法、混合注册和视觉惯性里程计(Visual Inertial Odometry,VIO)等算法的研究与应用。本系统是基于位置的AR系统,虚拟对象准确注册到真实场景中的关键之一是高精度定位,利用RTK和GPS技术在Android平台设计并实现G-RTK定位方案,定位精度提高至厘米级。研究并运用七参数坐标转换算法,将管线数据由经纬度坐标转换到Unity3D平台的笛卡尔坐标系下,并利用My SQL对管线属性数据库进行管理。通过混合注册技术计算虚拟对象在真实场景中位置和姿态矩阵,并利用锚点和VIO算法减少运动过程中的漂移误差。虚实融合过程依据光照一致性原则,估算真实场景环境光并对虚拟模型和阴影进行渲染。根据人机交互理念设计并实现管线模型的六大交互方式,可灵活观察管线空间关系和属性信息。(3)对系统分别进行功能和性能测试。结合实际应用场景对本系统进行测试,其中,功能测试是对系统七大功能模块的可用性和稳定性进行验证,性能测试主要对管线模型的漂移和跟踪误差进行测评。模型漂移实验数据表明,虚拟模型10分钟内产生的漂移值在0.1米左右,X轴和Y轴位置的偏差范围是0.01～0.02米。依据系统需求指标和测试结果对照表进行分析,测试结果达到了本研究课题提出的功能和性能指标。