基于地形曲面的鐵路路基排水bim設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路路基排水設(shè)計(jì)方法，特別涉及基于地形曲面的鐵路路基排水WM設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于B頂技術(shù)開展鐵路路基排水設(shè)計(jì)是深化和優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要，但傳統(tǒng)的路基排水設(shè)計(jì)主要依托于路基橫斷面，先在橫斷面上設(shè)計(jì)水溝，再按溝底順坡要求進(jìn)行調(diào)整，對(duì)斷面間排水關(guān)注不夠甚至根本沒有體現(xiàn)。而在鐵路WM設(shè)計(jì)中，路基設(shè)計(jì)已由傳統(tǒng)的橫斷面法改為基于地形曲面和斷面掃掠的路基深化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)成果由原來離散的橫斷面變?yōu)檫B貫的曲面、實(shí)體，在此基礎(chǔ)上開展的排水B頂設(shè)計(jì)，是在地形曲面上，以精確的路堤坡腳線和路塹塹頂線為上序資料，開展的平、縱及三維協(xié)同的排水設(shè)計(jì)，因此，無論從上序資料還是設(shè)計(jì)手段都發(fā)生了很大變化，路基排水B頂設(shè)計(jì)方法急需研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)鐵路路基排水設(shè)計(jì)目前所存在的問題，本發(fā)明提出一種全新的基于地形曲面的鐵路路基排水B頂設(shè)計(jì)方法，通過根據(jù)三維地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字地面模型、導(dǎo)入路堤坡腳設(shè)計(jì)線和路塹塹頂設(shè)計(jì)線、構(gòu)建鐵路路基排水工程自定義字典、構(gòu)建鐵路路基排水平面縱斷面視口、交互式創(chuàng)建排水溝平面自定義實(shí)體、自動(dòng)化創(chuàng)建排水溝縱斷面自定義實(shí)體、排水溝平縱聯(lián)動(dòng)協(xié)同交互式設(shè)計(jì)、將排水溝平縱設(shè)計(jì)成果形成三維點(diǎn)坐標(biāo)文件、在達(dá)索系統(tǒng)中創(chuàng)建排水溝三維骨架線、達(dá)索系統(tǒng)下開發(fā)等截面和變截面排水溝模板、利用模板實(shí)例化生成具有附加信息的排水溝三維模型、裁剪排水溝上覆地形曲面實(shí)現(xiàn)排水溝模型與地形曲面的融合，實(shí)現(xiàn)了多視口進(jìn)行排水溝平面交互式創(chuàng)建、縱斷面自動(dòng)化創(chuàng)建、排水溝平縱設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)調(diào)整、溝底順坡及填挖高自動(dòng)檢查和標(biāo)識(shí)、排水溝三維建模，適用于各等級(jí)鐵路的路基排水B頂設(shè)計(jì)。
[0004]本發(fā)明所涉及的基于地形曲面的鐵路路基排水B頂設(shè)計(jì)方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0005]S1、根據(jù)三維地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字地面模型
[0006]根據(jù)測(cè)繪專業(yè)提供的經(jīng)過實(shí)測(cè)的粧號(hào)標(biāo)高數(shù)據(jù)，檢核并優(yōu)化三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如果此數(shù)據(jù)是規(guī)則的方格網(wǎng)數(shù)據(jù)，則構(gòu)建方格網(wǎng)數(shù)字地面模型，否則構(gòu)建三角網(wǎng)數(shù)字地面模型。
[0007]S2、導(dǎo)入路堤坡腳設(shè)計(jì)線和路塹塹頂設(shè)計(jì)線
[0008]將路基專業(yè)經(jīng)過路堤路塹設(shè)計(jì)的路基邊坡與地形曲面的交線，作為參考元素，添加到dwg格式的地形圖。
[0009]S3、構(gòu)建鐵路路基排水工程自定義字典
[0010]所構(gòu)建的排水工程自定義字典包括各條水溝平面、當(dāng)前水溝平面、各條水溝縱斷面、當(dāng)前水溝縱斷面的實(shí)體對(duì)象編碼。
[0011 ] S4、構(gòu)建鐵路路基排水平面、縱斷面視口
[0012]在CAD中創(chuàng)建兩個(gè)視口作為路基排水設(shè)計(jì)的平縱視口，平面視口在上方，顯示鐵路路基排水的平面自定義實(shí)體；縱斷面視口在下方，顯示鐵路路基排水的縱斷面自定義實(shí)體；平縱視口的大小比例可由用戶自定義調(diào)整。平面視口中顯示的水溝平面實(shí)體與縱斷面視口中顯示的水溝縱斷面實(shí)體按照里程對(duì)應(yīng)同步顯示，當(dāng)在平面視口中平移顯示當(dāng)前平面水溝模型時(shí)，縱斷面視口立即顯示該水溝縱斷面模型在對(duì)應(yīng)平面里程處的圖形；當(dāng)在縱斷面視口中平移顯示當(dāng)前縱斷面水溝模型時(shí)，平面視口也立即顯示該水溝平面模型在對(duì)應(yīng)縱斷面里程處的圖形。
[0013]S5、交互式創(chuàng)建排水溝平面自定義實(shí)體
[0014]基于CAD的拖動(dòng)技術(shù)，在平面視口中逐個(gè)添加水溝平面交點(diǎn)，創(chuàng)建成由直線段和圓弧組成的平面水溝自定義實(shí)體；排水溝平面是水溝溝底中心線，根據(jù)路堤坡腳線和路塹塹頂線向路基外側(cè)偏指定距離確定。路堤地段一般側(cè)偏量為2m+水溝頂寬/2，路塹地段一般側(cè)偏量為5m+水溝頂寬/2，拖動(dòng)過程中可隨時(shí)改變曲線半徑，交點(diǎn)添加完成后，根據(jù)水溝平面順直的要求，再進(jìn)行一次優(yōu)化。
[0015]S6、自動(dòng)化創(chuàng)建排水溝縱斷面自定義實(shí)體
[0016]根據(jù)水溝平面和數(shù)字地面模型首先計(jì)算出水溝豎直投影到地形曲面的地面線高程數(shù)據(jù)，再根據(jù)地面線采用直線模擬的方法自動(dòng)生成縱斷面坡度線，最后根據(jù)水溝平面中線、地面線、坡度線、縱斷面設(shè)計(jì)橫向和豎向比例自動(dòng)生成縱斷面自定義實(shí)體。所述根據(jù)地面線采用直線模擬的方法自動(dòng)生成縱斷面坡度線，是對(duì)地面線從起點(diǎn)開始，先逐個(gè)添加地面點(diǎn)，基于最小二乘法作直線模擬，并計(jì)算平均填挖方量和最大填挖方量?jī)身?xiàng)指標(biāo)，直到這兩個(gè)指標(biāo)超出預(yù)設(shè)的控制值，再計(jì)算模擬的直線坡段與上一個(gè)坡段的交點(diǎn)；如果交點(diǎn)存在且位于上一個(gè)坡段與當(dāng)前坡段之間，則將交點(diǎn)作為新的變坡點(diǎn)，否則將上一個(gè)坡段和當(dāng)前坡段作為一個(gè)坡段重新進(jìn)行直線模擬，作為當(dāng)前坡段，再添加地面點(diǎn)進(jìn)行直線模擬，如此循環(huán)直到地面線終點(diǎn)；縱斷面自定義實(shí)體繪制時(shí)按照坡度向上和向下，采用不同的顏色繪制坡長(zhǎng)、坡度及坡段線，并標(biāo)注坡段上指定間隔位置處的地面填挖量，便于直觀地檢查水溝溝底高程是否滿足順坡要求以及滿足順坡要求時(shí)盡可能適應(yīng)地形起伏而減少挖方量。
[0017]S7、排水溝平縱聯(lián)動(dòng)協(xié)同交互式設(shè)計(jì)
[0018]首先分析自動(dòng)生成的水溝縱斷面實(shí)體的坡度和填挖量，結(jié)合設(shè)置排水涵洞的位置，定出每段排水溝的排水流向，然后根據(jù)水溝溝底的順坡要求，調(diào)整不滿足順坡要求的坡段，在保證最小溝深的前提下，如果坡段調(diào)整后溝深變的過大，則在平面視口中，結(jié)合地形等高線調(diào)整水溝平面交點(diǎn)，然后根據(jù)用戶控制，重新進(jìn)行縱斷面自動(dòng)坡度模擬，或保留平面調(diào)整前的縱斷面坡度，繼續(xù)優(yōu)化修改縱斷面，平縱聯(lián)動(dòng)，不斷調(diào)整水溝平縱斷面，直到滿足水溝縱斷面坡度設(shè)計(jì)和挖深要求。
[0019]S8、將排水溝平縱設(shè)計(jì)成果形成三維點(diǎn)坐標(biāo)文件
[0020]對(duì)排水溝按平面里程間隔指定的步長(zhǎng)(Im)計(jì)算三維坐標(biāo)點(diǎn)，然后全部減去排水溝溝深，生成排水溝溝底中心的三維點(diǎn)坐標(biāo)文件。
[0021]S9、在達(dá)索系統(tǒng)中創(chuàng)建排水溝三維骨架線
[0022]在達(dá)索系統(tǒng)中首先創(chuàng)建設(shè)計(jì)表，再導(dǎo)入水溝溝底中心的三維點(diǎn)坐標(biāo)文件，然后利用知識(shí)陣列，將設(shè)計(jì)表中的三維點(diǎn)逐個(gè)添加到達(dá)索幾何集中，最后根據(jù)這些點(diǎn)生產(chǎn)達(dá)索樣條曲線，作為排水溝溝底三維骨架線。
[0023]S10、達(dá)索系統(tǒng)下開發(fā)等截面和變截面排水溝模板
[0024]模板是達(dá)索系統(tǒng)中具有重用性的參數(shù)化模型，等截面排水溝模板用于水溝截面從始至終不發(fā)生變化的一段水溝的建模，變截面排水溝模板用于連接兩段不同截面的中間過渡段水溝的建模，這兩種排水溝模板都具有輸入性的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括溝底寬、溝深、溝底厚、溝壁厚、水溝邊坡坡率、水溝編碼；輸出性的設(shè)計(jì)參數(shù)包括水溝本體體積、水溝挖方體積、水溝曲線長(zhǎng)度。根據(jù)輸入的水溝設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)排水溝截面的參數(shù)化創(chuàng)建，對(duì)等截面排水溝將排水溝截面沿溝底空間曲線等截面掃掠形成初步的水溝本體，對(duì)變截面排水溝將起終點(diǎn)處的排水溝截面按照變截面掃掠形成初步的水溝本體，再用地形曲面裁剪水溝本體；創(chuàng)建的排水溝模板，以溝底三維骨架線、三維地形曲面為輸入條件，以截面設(shè)計(jì)參數(shù)為輸入?yún)?shù)。
[0025]S11、利用模板實(shí)例化生成具有附加信息的排水溝三維模型
[0026]在達(dá)索系統(tǒng)中先選擇排水溝模板，再指定排水溝骨架線、地形曲面，輸入截面參數(shù)，生成排水溝三維模型，并附帶水溝編碼、水溝本體體積、挖方體積、排水溝空間長(zhǎng)度。
[0027]S12、裁剪排水溝上覆地形曲面實(shí)現(xiàn)排水溝模型與地形曲面的融合
[0028]先提取排水溝與三維地形曲面的交線，再裁剪交線范圍內(nèi)的地形曲面，保證排水溝與裁剪后的地形曲面完整拼接。
[0029]該發(fā)明的有益效果是:
[0030]基于數(shù)字化的地形曲面和路基坡腳塹頂設(shè)計(jì)成果，在不同的視口進(jìn)行排水溝平面交互式創(chuàng)建、縱斷面自動(dòng)化創(chuàng)建，基于實(shí)體反應(yīng)器技術(shù)，保證排水溝平面調(diào)整時(shí)縱斷面地面線自