路基三维建模方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路路基三维建模方法，包括：S1：铁路路基建模基础数据准备；S2：确定左路肩L1一侧路堤、路堑分界点；S3：判断段落point0到point1路基形式；S4：固定对应的路基标准横断面；S5：扫掠成体；S6：布尔运算成体；S7：完成L1一侧所有段落路基模型；S8：完成右路肩线L2一侧路基模型；S9：删除L1、L2、路堤、路堑标准横断面及三维地形面M；S10：获得铁路路基三维模型。本发明专利技术根据高精度三维地形及路肩线，通过一定规则划分路基段落，在对应段落内扫掠标准路基横断面生成实体，实体经布尔运算得到与地形贴合的路基体。建模效率高；避免了额外的人工测量工作，工程量计算准确。

【技术实现步骤摘要】
路基三维建模方法
本专利技术涉及路基工程建模
，特别是涉及一种铁路路基三维建模方法。
技术介绍
铁路路基三维建模是运用计算机技术，在三维环境下，将路基信息与可视化工具结合，用于路基研究的技术。该技术可将铁路二维设计结果用三维图形形象直观地显示出来，人们可以凭借直观的三维图形对设计方案提出见解，为各专业的配合提供方便，同时也为方案审查人员和高层决策者提供更加可靠的决策依据。传统铁路路基三维建模采用基于二维设计横断面构建三维路基模型方法。这种设计方法可理解为断面法，即一般每20～50米实测一个断面，在实测断面上人工或程序绘制二维路基模型，若相邻横断面的路基形式相同，将横断面路基模型点对点对应相连构建路基体，若路基形式不同则人为将模型在两断面间某一位置断开。三维模型的精度取决于实测横断面的疏密程度，但横断面间路基情况不能准确描述，设计模型与地形曲面的结合不能准确表达，工程数量的计算不够准确；由于模型的设计基于每个横断面必须事先测定，故不能满足BIM对于正向设计的需求。传统铁路路基三维建模方法在工程应用方面，受到一定程度的制约，主要表现为：第一，传统建模横断面及相邻两个横断面之间的线性相连，和实际地形的贴合程度取决于测量人员测量横断面处地面线的准确性，也取决于两横断面之间地形的起伏程度。横断面间距越密，越贴近实际地形，精度越高，但同时也增加了测量人员的工作量，造价越高。第二，路基包含路堤和路堑，以往三维设计中，路堤路堑的分界里程一般是靠经验估计的，不能准确测定路堤路堑的真实分界，这就会造成在分界处工程措施设置不合理，工程数量计算不准确。第三，传统三维设计，由于模型的设计所基于的每个横断面必须事先给定，故以往的三维设计仅能进行翻模设计，无法满足基于原始地形的三维路基正向设计的需求。
技术实现思路
针对传统铁路路基三维建模方法的不足，本专利技术提出了一种全新的三维路基建模方法。传统铁路路基三维建模方法的不足：模型的精度受实测横断面疏密程度的影响，要想提高精度需成倍增加工程测量成本，路基形式需要设计师经验确定造成措施不合理、工程量计算不准确，同时由于无法摆脱横断面的限制，不能直接开展路基三维正向设计工作。鉴于此，本专利技术借助三维高精度航测地形，利用已知的路基路肩线确定路堤和路堑的准确分界，在相邻分界点间通过相应的路基通用横断面形式图根据规则拉伸成实体，实体与地形曲面进行运算得出一段路基三维模型；同时，由于分界点和标准横断面形式的规律性，可通过程序重复以上过程直至完成整段路基三维模型的设计，实现路基的快速设计。本专利技术所涉及的一种路基三维建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1：铁路路基建模基础数据准备；已知三维地形面M，左路肩线L1和右路肩线L2，以及带有分层和100m高边坡的路堤、路堑标准横断面，将L1和L2在XY平面上投影得到投影线L3和L4；其中，三维地形面S1由航测点云数据生成；L1、L2是基于线路中线根据路堤、路堑横断面形式在空间上向下偏移规定位移获得，其中规定位移由铁路上建高度及路肩宽度计算得到；路基标准横断面根据路基通用图纸获得；S2：确定左路肩L1一侧路堤、路堑分界点；选择左路肩线L1，沿左路肩方向确定路肩线的起点和终点，起点记为POINT0，路肩线L1与三维地形面M求交点，记录交点数为n，将L1终点记为POINT(n+1)，判断：若n＝0，则直接到步骤S3，若n不等于0，则将交点延路肩线方向依次命名为POINT1、POINT2……POINT(n)；其中，左路肩方向指顺线路从小里程指向大里程的方向，POINT0为L1小里程端端点，POINT(n+1)为L1大里程端端点；POINT1、POINT2……POINTn为路堤、路堑分界点，将L1划分为n+1个段落；S3：判断段落point0到point1路基形式；具将POINT0向Z向投影到地形面上，获得投影点0POINT，比较POINT0和0POINT的z坐标z1和z2，若z1大于z2，则判断为路堤，z1小于z2判断为路堑，并记录参数i＝1；S4：固定对应的路基标准横断面；参照路基通用图纸以1:1比例绘制路堤、路堑标准横断面，将绘制的横断面置于过点POINT(i-1)且垂直于L1的平面上，横断面中的路肩点与点POINT(i-1)重合，横断面原垂直对称轴延长线过线路中线；S5：扫掠成体；以路基标准横断面中的各封闭框为轮廓，沿L1从段落POINT(i-1)到POINT(i)扫掠生成各封闭体；S6：布尔运算成体；将步骤5中生成的扫掠体和三维地形面M进行布尔运算得到一段路基模型；S7：完成L1一侧所有段落路基模型；1)比较步骤2中的i与n+1的大小，即比较循环次数与段落数的大小；2)若i<n+1，表明L1一侧还有路基模型需要添加，确定段落POINT(i)到POINT(i+1)的路基形式：若上一段落确定为路堤则本段落为路堑，若上一段落为路堑则本段落为路堤；令A＝i+1，再将A的值赋予i，即i＝A；重复步骤4、步骤5、步骤6、步骤7；3)若i≥n+1，到下一步骤S8；S8：完成右路肩线L2一侧路基模型；参照左路肩线L1的路基模型建立方法建立右路肩线L2一侧路基模型；其中，右路肩方向指顺线路从大里程指向小里程的方向，POINT0为L2大里程端端点，POINT(n+1)为L2小里程端端点；其他步骤同L1一侧路基建模步骤；S9：删除L1、L2、路堤、路堑标准横断面及三维地形面M；S10、获得铁路路基三维模型。进一步：所述铁路路基为路基标准横断面对称的铁路路基。本专利技术具有的优点和积极效果是：(1)本专利技术能完成对一般路基的建模，形成连续的路基模型，模型与地形紧密贴合，模型精度高，工程数量统计精确。(2)本专利技术对路堤路堑分界位置划分准确，避免了人工分界带来的工程措施设置不合理，工程数量计算不准确的缺陷。(3)本专利技术只要原始数据齐全即可开展路基三维建模设计，脱离了对施工图横断面的依赖，可用于路基三维正向设计。(4)本专利技术逻辑明确，可程序化，进一步提升设计效率。附图说明图1是本专利技术优选实施例的流程图；图2是本专利技术优选实施例的路堤、路堑分界点布置示意图；图3是本专利技术优选实施例的路堤、路堑标准横断面示意图；具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参阅图1、图2和图3，一种铁路路基三维建模方法，包括如下步骤：S1：铁路路基建模基础数据准备；已知三维地形面M，左路肩线L1和右路肩线L2，以及带有分层和100m高边坡的路堤、路堑标准横断面，将L1和L2在XY平面上投影得到投影线L3和L4；其中，三维地形面S1由航测点云数据生成；L1、L2是基于线路中线根据路堤、路堑横断面形式在空间上向下偏移规定位移获得，其中规定位移由铁路上建高度及路肩宽度计算得到；路基标准横断面根据路基通用图纸获得；S2：确定左路肩L1一侧路堤、路堑分界点；选择左路肩线L1，沿左路肩方向K1确定路肩线的起点和终点，起点记为POINT0，路肩线L1与三维地形面M求交点，记录交点数为n，将L1终点记为POINT(n+1)，判断：若n＝0，则直接到步骤S3，若n不等于0，则将交点延路肩线方向依次命名为POINT1、POINT2……POINT(n)；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路路基三维建模方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、所述铁路路基建模基础数据准备，是已知三维地形面M，左路肩线L1和右路肩线L2，以及带有分层和100m高边坡的路堤、路堑标准横断面，将左路肩线L1和右路肩线L2在XY平面上投影得到投影线L3和投影线L4；其中，三维地形面S1由航测点云数据生成；左路肩线L1、右路肩线L2是基于线路中线根据路堤、路堑横断面形式在空间上向下偏移规定位移获得，其中规定位移由铁路上建高度及路肩宽度计算得到；路基标准横断面根据路基通用图纸获得；S2、所述确定左路肩L1一侧路堤、路堑分界点，是选择左路肩线L1，沿左路肩方向确定路肩线的起点和终点，起点记为POINT0，路肩线L1与三维地形面M求交点，记录交点数为n，将左路肩线L1终点记为POINT(n+1)，判断：若n＝0，则直接到步骤S3，若n不等于0，则将交点延路肩线方向依次命名为POINT1、POINT2……POINT(n)；其中，左路肩方向指顺线路从小里程指向大里程的方向，POINT0为左路肩线L1小里程端端点，POINT(n+1)为左路肩线L1大里程端端点；POINT1、POINT2……POINTn为路堤、路堑分界点，将左路肩线L1划分为n+1个段落；S3、所述判断段落point0到point1路基形式，是将POINT0向Z向投影到地形面上，获得投影点0POINT，比较POINT0和0POINT的z坐标z1和z2，若z1大于z2，则判断为路堤，z1小于z2判断为路堑，并记录参数i＝1；S4、所述固定对应的路基标准横断面，是参照路基通用图纸以1:1比例绘制路堤、路堑标准横断面，将绘制的横断面置于过点POINT(i‑1)且垂直于L1的平面上，横断面中的路肩点与点POINT(i‑1)重合，横断面原垂直对称轴延长线过线路中线；S5、所述扫掠成体，是以路基标准横断面中的各封闭框为轮廓，沿左路肩线L1从段落POINT(i‑1)到POINT(i)扫掠生成各封闭体；S6、所述布尔运算成体，是将步骤S5中生成的扫掠体和三维地形面M进行布尔运算得到一段路基模型；S7、所述完成左路肩线L1一侧所有段落路基模型，包含以下内容：1)比较步骤S2中的i与n+1的大小，即比较循环次数与段落数的大小；2)若i<n+1，表明左路肩线L1一侧还有路基模型需要添加，确定段落POINT(i)到POINT(i+1)的路基形式：若上一段落确定为路堤则本段落为路堑，若上一段落为路堑则本段落为路堤；令A＝i+1，再将A的值赋予i，即i＝A；重复步骤4、步骤5、步骤6、步骤7；3)若i≥n+1，到下一步骤S8；S8、所述完成右路肩线L2一侧路基模型，是参照左路肩线L1的路基模型建立方法建立右路肩线L2一侧路基模型；其中，右路肩方向指顺线路从大里程指向小里程的方向，POINT0为右路肩线L2大里程端端点，POINT(n+1)为右路肩线L2小里程端端点；其他步骤同左路肩线L1一侧路基建模步骤。...

【技术特征摘要】
1.一种铁路路基三维建模方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、所述铁路路基建模基础数据准备，是已知三维地形面M，左路肩线L1和右路肩线L2，以及带有分层和100m高边坡的路堤、路堑标准横断面，将左路肩线L1和右路肩线L2在XY平面上投影得到投影线L3和投影线L4；其中，三维地形面S1由航测点云数据生成；左路肩线L1、右路肩线L2是基于线路中线根据路堤、路堑横断面形式在空间上向下偏移规定位移获得，其中规定位移由铁路上建高度及路肩宽度计算得到；路基标准横断面根据路基通用图纸获得；S2、所述确定左路肩L1一侧路堤、路堑分界点，是选择左路肩线L1，沿左路肩方向确定路肩线的起点和终点，起点记为POINT0，路肩线L1与三维地形面M求交点，记录交点数为n，将左路肩线L1终点记为POINT(n+1)，判断：若n＝0，则直接到步骤S3，若n不等于0，则将交点延路肩线方向依次命名为POINT1、POINT2……POINT(n)；其中，左路肩方向指顺线路从小里程指向大里程的方向，POINT0为左路肩线L1小里程端端点，POINT(n+1)为左路肩线L1大里程端端点；POINT1、POINT2……POINTn为路堤、路堑分界点，将左路肩线L1划分为n+1个段落；S3、所述判断段落point0到point1路基形式，是将POINT0向Z向投影到地形面上，获得投影点0POINT，比较POINT0和0POINT的z坐标z1和z2，若z1大于z2，则判断为路堤，z1小于z2判断为路堑，并记录参数i＝1；S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓雨，陈则连，王建，吕菲，张戎垦，冷景岩，崔维孝，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12