【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于开挖工程，具体涉及一种基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法。
技术介绍
1、开挖工程是水利、路桥等行业工程项目的常见场景。传统开挖工程的设计流程使用以cad为代表的设计软件绘制工程中各关键部位剖面的二维图纸，进而通过多个二维剖面估算工程量。这种设计方式存在绘图工作量大、工程量估算不精准、施工图纸不直观的问题。三维建模软件的出现为三维正向设计带来了可能，三维正向设计是目前设计行业的一个研究热点，近几年来，国内外软件厂商、设计院提出了geopak在场地开挖中的应用分析、基于dynamo for revit的边坡开挖支护三维参数化设计、基于micro station平台的水利水电工程三维开挖设计软件等工具来实现开挖工程的三维建模、出图以及工程量计算。
2、代表研究如下：不同于传统的二维建模设计流程，三维开挖建模能够精确计算工程量,提高工作效率的同时降低了人工手动计算的潜在出错率,有利于控制工程投资。三维模型能够直观的表明开挖后的实际状况,有利于对设计方案进行优化(参见董浩,左志刚.geopak在场地开挖中的应用分析[j].中国水运：下半月,2019(2):2.doi:cnki:sun:zsux.0.2019-02-121)。吕彬等人以micro station平台为基础开发了水利工程开挖软件，实现了标准开挖工程的高效出图和工程量的精准计算(参见吕彬,傅志浩.基于microstation平台的水利水电工程三维开挖设计软件开发与应用[j].人民珠江,2021,42(11):9.doi:10
3、综上，传统开挖工程通过二维图纸出图、估算工程量，近年来，国内外软件厂商和设计研究人员研发了许多三维开挖工具、算法，但是仍然存在一些明显的缺陷：1)国外软件不适配于国内需求，出图效果不符合国内标准；2)国内算法、工具对处理变坡开挖工程建模处理效果较差；3)对工程量的计算比较粗糙。目前国内很多研究院、设计院都基于三维建模平台进行了一定的开挖工程三维建模的开发工作，但对于复杂地层三维变坡开挖的建模及出图技术国内外仍处在研究阶段。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
3、本专利技术提供一种基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，包括如下步骤：
4、s1、确定底面基线；
5、s2、根据坡比和高程完成基线放坡，根据宽度完成马道放坡；
6、s3、多组空间放坡线构成三维模型；
7、s4、根据三维模型计算工程量。
8、进一步地，地层分界面是由一组连续三角面所构成，三维dem数据的表示形式为多组三维点，每组三维点表示一个三角面，多组三维点构成地层分界面；
9、放坡面是一个已知无限延长平面，该平面由平面上的两条相互垂直的向量a，b表示，向量a为放坡基线，向量b为放坡方向向量；
10、马道平面是一个与建基面平行的平面，已知平面高度和平面法向量。
11、进一步地，为了确定地层交界线，需要先求解空间连续多平面交线并将其整合为一组连续短直线，每个短直线是地层分界面和放坡面/马道平面的交线；首先求解每个短直线，随后将短直线整合。
12、进一步地，地层分界线提取算法的步骤如下：
13、1)三维数据的几何提取：由地层分界面的三角面数据将三角面以空间平面方程形式表示，得到若干个空间平面方程，每个方程表示一个三角面；以字典形式存储方程及三角面数据，记录为dictionary1，表示为空间平面方程si，a1x+b1y+c1z+d1＝0；三角面对应的三个三维点(p1,p2,p3)；将放坡面/马道平面表示为空间平面方程t，a2x+b2y+c2z+d2＝0；
14、2)空间平面交线提取：依次将dictionary1中的空间平面方程si，法向量vs(xs,yx,zs)和空间平面方程t，法向量vl(xl,yl,zl)组合，求解空间交线方程l；若vl与vs平行，即xs/xl＝ys/yl＝zs/zl，则两平面不相交，否则求解两平面在xoy平面的交点p＝((b1*d2-b2*d1)/(a1*b2-a2*b1)，(a1*d2-a2*d1)/(a2*b1-a1*b2)，0)；求解vl与vl的叉乘结果vp，l表示为p+x*vp；
15、3)判断是否存在合法空间交点：分别用p1，p2，p3构建三条空间直线l1(p1,p2)，l2(p2,p3)，l3(p3,p1)；分别用l1，l2，l3和l组合求解空间直线交点p，依次求得三个合法交点p1、p2、p3；由于p1，p2，p3构成一个空间三角面，空间三角面与空间直线有至多两个交点，将dictionary1中的所有合法交点存入数组nums[p1,p2,p3,p4,......pn]；
16、4)空间交点构造地层交线：对于nums中的所有交点，按照x递增/递减的顺序排列，构成该放坡面对应的地层交线；对所有放坡面求解，得到若干组地层交线串nums-i；按照放坡面顺序依次寻找nums中共同点p12(nums-1,nums-2)、p23(nums-2,nums-3)、......该点为放坡面变换点；通过p将nums相连，构造地层交线。
17、进一步地，以l1和l为例：计算l1和l在xoy面的投影直线l1x、lx，对l1x和l联立求解交点px，将px(x,y)分别代入l1、l求解p在直线上的实际点pl1，pl；若pl1.z等于pl.z，则存在p，否则不存在；若p的x值位于[p1.x，p2.x]之间时，存在合法p，否则p不合法。
18、进一步地，由于地层分界面的不规则性，放坡后与地层产生的地层交线是一组几百至几千段短直线构成的线串；拟合过程中只能拟合归属与同一个放坡面内的线段，否则会导致拟合后放坡面不再遵循放坡前的坡比，导致放坡结果的失真；
19、地层交线中的一百多条短线段分别归属于红色、黄色和底面三个放坡面，此时需要先把地层交线拆解为三部分，每部分对应一个放坡面，之后在每部本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，地层分界面是由一组连续三角面所构成，三维DEM数据的表示形式为多组三维点，每组三维点表示一个三角面，多组三维点构成地层分界面；
3.根据权利要求2所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，为了确定地层交界线，需要先求解空间连续多平面交线并将其整合为一组连续短直线，每个短直线是地层分界面和放坡面/马道平面的交线；首先求解每个短直线，随后将短直线整合。
4.根据权利要求3所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，地层分界线提取算法的步骤如下：
5.根据权利要求4所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，以l1和L为例：计算l1和L在XoY面的投影直线l1x、Lx，对l1x和L联立求解交点Px，将Px(x,y)分别代入l1、L求解P在
6.根据权利要求5所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，由于地层分界面的不规则性，放坡后与地层产生的地层交线是一组几百至几千段短直线构成的线串；拟合过程中只能拟合归属与同一个放坡面内的线段，否则会导致拟合后放坡面不再遵循放坡前的坡比，导致放坡结果的失真；
7.根据权利要求6所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，定义地层分界线拟合原则如下：组内相邻线段间夹角小于等于a1，组内起始线段和终止线段夹角小于等于a2。
8.根据权利要求7所述的基于MicroStation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，地层分界线拟合算法的步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，地层分界面是由一组连续三角面所构成，三维dem数据的表示形式为多组三维点，每组三维点表示一个三角面，多组三维点构成地层分界面；
3.根据权利要求2所述的基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，为了确定地层交界线，需要先求解空间连续多平面交线并将其整合为一组连续短直线，每个短直线是地层分界面和放坡面/马道平面的交线；首先求解每个短直线，随后将短直线整合。
4.根据权利要求3所述的基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，地层分界线提取算法的步骤如下：
5.根据权利要求4所述的基于microstation三维变坡开挖工程地层交线处理方法，其特征在于，以l1和l为例：计算l1和l在xoy面的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜文才，马栋和，金雨，侯天阳，张居凯，王强，李泽宇，孙浩鸣，张辰，杨柳，
申请(专利权)人：中水东北勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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