面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法技术

本公开实施例中提供了一种面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法，属于图像处理技术领域，具体包括：通过数字化城市软件导出模拟区域的道路数据；通过程序语言软件对道路数据进行编程读取，并对道路数据中的道路特征进行优化，生成平面道路轮廓；根据平面道路轮廓，得到二维道路参数和三维道路参数并添加道路编号，形成道路几何数据；将道路几何数据与交通源项数据通过空间位置关系关联，交通源项数据和气象数据通过时间记录关联，形成集成数据；通过建模软件脚本语言编译集成数据，生成对应的道路的建模脚本；在建模软件中运行建模脚本，生成道路几何模型

【技术实现步骤摘要】
面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法


[0001]本公开实施例涉及图像处理
，尤其涉及一种面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法
。

技术介绍

[0002]受交通源移动排放
、
以及受随机多变复杂的交通路况等因素的影响，相比于其他空气质量模型，计算流体力学方法能精细分辨污染源及建筑几何结构，细致描述街区的气流运动，获得高时空分辨率的浓度分布，更加适用于微尺度大气环境
(
街区或道路场景
)
污染扩散问题的研究
。
[0003]但是目前实际街区交通尾气污染扩散的
CFD
模拟由于城市建筑的布局复杂
、
结构不规则，构建场景的几何模型并生成计算网格需要花费大量时间和精力，同时过于复杂的建筑物结构容易导致生成的计算网格质量太差
、
甚至无法生成网格，最终导致实际街区交通尾气污染扩散的
CFD
模拟效率低下，计算精度差，容易发散
。
[0004]可见，亟需一种建模效率
、
适应性和精准度高的面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本公开实施例提供一种面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法，至少部分解决现有技术中存在建模效率
、
适应性和精准度较差的问题
。
[0006]第一方面，本公开实施例提供了一种面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法，包括：
[0007]步骤1，通过数字化城市软件导出模拟区域的道路数据；
[0008]步骤2，通过程序语言软件对道路数据进行编程读取，并对道路数据中的道路特征进行优化，生成平面道路轮廓；
[0009]所述对道路数据中的道路特征进行优化，生成平面道路轮廓的步骤，包括：
[0010]步骤
2.1
，导入的路网数据作为道路中心线，以中心线为基准向外拓宽；
[0011]步骤
2.2
，根据计算需求依次在中心线上取点，每两个点都将确定一个规则四边形，两点所连线段为长方形的对称轴，长方形的宽度设定为道路宽度，待道路完全生成后根据车道数或者人工调查数据做修改；
[0012]步骤
2.3
，对于三维道路，通过调整二维道路轮廓顶点的
Z
坐标添加道路高度
、
桥面厚度和桥墩高度信息；
[0013]步骤
2.4
，根据实际场景添加桥墩和声屏障，形成平面道路轮廓；
[0014]步骤3，根据平面道路轮廓，得到二维道路参数和三维道路参数并添加道路编号，形成道路几何数据；
[0015]步骤4，将道路几何数据与交通源项数据通过空间位置关系关联，交通源项数据和气象数据通过时间记录关联，形成集成数据；
[0016]步骤5，通过建模软件脚本语言编译集成数据，生成对应的道路的建模脚本；
[0017]步骤6，在建模软件中运行建模脚本，生成道路几何模型
。
[0018]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤1具体包括：
[0019]确定数值模拟区域的范围，根据模拟区域范围从
ArcGIS
等数字地图软件中选择范围内的道路，利用
ArcGIS
自带工具将经纬度坐标变换为平面坐标，导出选定道路的几何数据到文本文件，包括道路编号
、
道路中心线的坐标点以及道路宽度；
[0020]对数据进行初步处理，设置新的坐标原点：由经纬度直接变换过来的平面坐标需要重新设置坐标原点，选定模拟区域底面内一个点作为参考点，并将所有道路中心线坐标减去参考点的值，得到以参考点为坐标原点的道路中心线坐标数据
。
[0021]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述通过程序语言软件对道路数据进行编程读取的步骤具体包括：
[0022]编写道路数据接口模块，在
C++
程序中读取道路的几何数据，按道路编号构建道路对象集，其中，每段道路对象包含组成道路中心线的点
、
道路块的边上的点等元素，并按顺序给这些元素命名
。
[0023]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤
2.1
具体包括：
[0024]导入道路数据中的路网数据作为初始输入，初始输入包括中心线和道路宽度
d
，以中心线为基准向外拓宽
。
[0025]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤
2.2
具体包括：
[0026]确定与
P0和
P1所构成直线垂直的直线
L1，确定与
P1和
P2所构成直线垂直的直线
L2，根据到中心线的距离为
0.5d
，可确定点
p1和
p2坐标；而点
p0和
p1坐标已知，由这两点可确定一条直线作为道路轮廓的一部分，同样可确定点
p1和
p2所构成的直线，计算两直线的交点
p
x
，则
p
x
为道路中心线上部轮廓组成顶点，依法类推确定另一侧的交点
p
y
，道路中间横截面的顶点坐标确定完毕，生成道路
。
[0027]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤
2.3
具体包括：
[0028]首先定义两种道路类型：公路，桥梁，当具备高度的道路的出现时，采用高度从0米开始线性抬升的方式，同时设置衔接桥梁厚度；
[0029]当道路类型为桥梁时，计算桥墩的几何中心点
P
i
，道路中心线为对称轴，通过自设定的桥墩横向和纵向的尺寸生成规则矩形，得到桥墩高度信息
。
[0030]根据本公开实施例的一种具体实现方式，当实际场景为规则道路时，所述步骤
2.4
具体包括：
[0031]以道路轮廓顶点
P(x,y)
为基准，根据设定的声屏障尺寸确定构成声屏障的顶点坐标完成建模，形成平面道路轮廓
。
[0032]根据本公开实施例的一种具体实现方式，当实际场景为不规则道路时，所述步骤
2.4
具体包括：
[0033]由预设数量的点所构成的多边形为待添加声屏障的道路，依次遍历该多边形的每个顶点，当某相邻两个顶点对应的多边形内角之和小于角度阈值时，则将该两点组成的线段判断为道路横截面对应的边；
[0034]计算道路距离较长一侧的每条线段的距离并求和记为
D1
，并计算该侧道路任一条线段对应的距离与
D1
的比值
r1，并将该侧道路的每条线段的盯着作为该侧道路声屏障顶点
坐标；
[0035]计算道路另一侧的每条线段的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向计算流体力学模拟的道路集成三维建模方法，其特征在于，包括：步骤1，通过数字化城市软件导出模拟区域的道路数据；步骤2，通过程序语言软件对道路数据进行编程读取，并对道路数据中的道路特征进行优化，生成平面道路轮廓；所述对道路数据中的道路特征进行优化，生成平面道路轮廓的步骤，包括：步骤
2.1
，导入的路网数据作为道路中心线，以中心线为基准向外拓宽；步骤
2.2
，根据计算需求依次在中心线上取点，每两个点都将确定一个规则四边形，两点所连线段为长方形的对称轴，长方形的宽度设定为道路宽度，待道路完全生成后根据车道数或者人工调查数据做修改；步骤
2.3
，对于三维道路，通过调整二维道路轮廓顶点的
Z
坐标添加道路高度
、
桥面厚度和桥墩高度信息；步骤
2.4
，根据实际场景添加桥墩和声屏障，形成平面道路轮廓；步骤3，根据平面道路轮廓，得到二维道路参数和三维道路参数并添加道路编号，形成道路几何数据；步骤4，将道路几何数据与交通源项数据通过空间位置关系关联，交通源项数据和气象数据通过时间记录关联，形成集成数据；步骤5，通过建模软件脚本语言编译集成数据，生成对应的道路的建模脚本；步骤6，在建模软件中运行建模脚本，生成道路几何模型
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于
,
所述步骤1具体包括：确定数值模拟区域的范围，根据模拟区域范围从
ArcGIS
等数字地图软件中选择范围内的道路，利用
ArcGIS
自带工具将经纬度坐标变换为平面坐标，导出选定道路的几何数据到文本文件，包括道路编号
、
道路中心线的坐标点以及道路宽度；对数据进行初步处理，设置新的坐标原点：由经纬度直接变换过来的平面坐标需要重新设置坐标原点，选定模拟区域底面内一个点作为参考点，并将所有道路中心线坐标减去参考点的值，得到以参考点为坐标原点的道路中心线坐标数据
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于
,
所述通过程序语言软件对道路数据进行编程读取的步骤具体包括：编写道路数据接口模块，在
C++
程序中读取道路的几何数据，按道路编号构建道路对象集，其中，每段道路对象包含组成道路中心线的点
、
道路块的边上的点等元素，并按顺序给这些元素命名
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于
,
所述步骤
2.1
具体包括：导入道路数据中的路网数据作为初始输入，初始输入包括中心线和道路宽度
d
，以中心线为基准向外拓宽
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于
,
所述步骤
2.2
具体包括：确定与
P0和
P1所构成直线垂直的直线<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈进财，符鼎，魏锡泉，王海波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：