CN105930626B - 一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法 - Google Patents

一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法 Download PDF

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Abstract

一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，展现的内容包括：模拟已开挖段隧道场景和模拟未开挖段预报场景；所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景之间为模拟掌子面；所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟掌子面为默认不显示，所述模拟未开挖段预报场景为默认显示；所述模拟掌子面上设有触发所述模拟掌子面消失并且显示所述模拟未开挖段预报场景的预报开关。本发明采用虚拟现实技术，向用户展示身临其境的地质探查结果，情景生动，用户更加容易看懂各种地质隐患状况，一目了然；本发明采用虚拟动态场景，应用到地质预报领域，数据参数更加准确，生成的场景更加真实逼真。

Description

一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法
技术领域
本发明涉及一种隧道工程技术，尤其是一种在隧道中施工时探查掌子面前方的结果显示方法的技术。本发明涉及隧道地质预报之后，对地质预报的成果用虚拟可视化的技术显示出来的方法。
背景技术
目前，隧道地质预报的对象和成果包括断层、溶洞、溶管、溶缝、岩层分界、岩脉，暗河、岩爆源或者土体中的孤石、土洞(土体中的空洞)等地质隐患。各种方法预报完成后都会有勘查的成果报告。一般用二维平面图或者剖面图给出探查的成果，有些方法则以物探的图件来显示，需要物探专业或地质人员才能完全看懂。而地质预报的结果是应当由施工人员、管理人员、施工的一线工人来使用的。因此应当设法以他们一目了然的显示方法来表达。虚拟现实显示的方法就是好方法之一。
虚拟现实技术，目前多用在虚拟某个静态场景或者某个不变的事件。还未用于隧道地质预报成果的展示方面。
发明内容
本发明的目的在于设计一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，展现的内容包括：模拟已开挖段隧道场景和模拟未开挖段预报场景；
所述模拟已开挖段隧道场景为，根据已开挖的地质数据建立的模拟真实隧道场景；所述模拟未开挖段预报场景为，根据地质勘探结果建立的未开挖段的模拟勘查隧道场景；
所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景之间为模拟掌子面；所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟掌子面为默认不显示，所述模拟未开挖段预报场景为默认显示；
所述模拟掌子面上设有触发所述模拟掌子面消失并且显示所述模拟未开挖段预报场景的预报开关。
优选的，所述模拟未开挖段预报场景包括模拟的如下隐患地质构造：
a.断层，通过隧道边墙、拱顶、仰拱的一个条带，所述条带是根据所述断层的包括里程位置、走向、倾角在内的数据计算出的、所述断层与整个隧道壁的交线；所述隧道的大小用所述条带的宽度来表示；
岩脉、裂隙或者溶缝类地质隐患，使用与所述断层同样的表现形式，但选用不同的贴图来区别；
b.溶洞、土洞、孤石在隧道内表示成球形或椭球形实体，贴图选择不同的样式以示区别；所述球形或椭球形实体根据预报中成果的的空间位置出现在隧道中；所述球形或椭球形实体的中心能够出现在隧道边缘以外，需要模拟所述溶洞的所在里程和直径大小，还须有隧道横截面的水平和垂直方向数据；溶洞、土洞、孤石允许有一部分在隧道外。
c.溶管和暗河均用圆柱的实体来表示，贴图选择不同的样式以示区别；所述溶管和所述暗河的实体是在隧道中揭露的形态，由于所述溶管和所述暗河能够以各种角度通过隧道，因此需要模拟所述溶管和所述暗河的起始里程和起始角度以及终止里程和终止角度；
d.富水段落和破碎带，模拟的都是整段的隧道的变化，其模拟展示方式与隧道本身相同，但是用不同的贴图来展示；
e.岩爆源，用能够相区别的符号标示在隧道壁上面，表示为可能发生岩爆的位置。
优选的，断层的模拟中，所述隧道的大小用所述条带的宽度来表示，并且按设计的大、中、小三个等级的宽度来表示。
优选的，所述模拟未开挖段预报场景中每隔一段距离设置一个里程标识。
优选的，所述里程标识的间隔为5米。
优选的，所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景的贴图样式不同。
优选的，所述模拟未开挖段预报场景中模拟的所述隐患地质构造均设有提示窗口，当观察者的视角来到某一所述隐患地质构造后，所述提示窗口显示所述隐患地质构造的具体表述信息，并根据预报危险分级不同，提示不同的施工建议，并警示可能发生的危险。
优选的，当观察者的视角来到危险级别较高的所述隐患地质构造时，所述提示窗口提示危险和并给出建议，并伴有发生可能危险的模拟动画。
优选的，所述模拟未开挖段预报场景中包括单个断层、交叉断层、岩脉、溶洞、溶管、裂隙、暗河、富水段、富泥段、岩爆源或者土体中的孤石、土洞在内的特殊隧道场景的提示系统，当观察者的视角来到所述特殊隧道场景时，所述提示系统显示附近所述特殊隧道场景的具体信息。
优选的，所述用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法建立的虚拟现实显示模型，能够根据隧道尺寸参数的变化和每次地质预报成果动态生成。
本发明的有益效果可以总结如下：
1、本发明采用虚拟现实技术，向用户展示身临其境的地质探查结果，情景生动，用户更加容易看懂各种地质隐患状况，一目了然。
2、本发明采用虚拟动态场景，应用到地质预报领域，数据参数更加准确，生成的场景更加真实逼真。
3、本发明的预警提示功能，能够根据危险等级的不同，提示危险和建议，减少施工人员的发生危险的几率，有效的减少施工人员的施工风险。
4、本发明通过对地质探查结果的展示，能够有效提高施工企业作业效率，减少施工事故的发生，降低成本，提升工程质量。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，展现的内容包括：模拟已开挖段隧道场景和模拟未开挖段预报场景；
所述模拟已开挖段隧道场景为，根据已开挖的地质数据建立的模拟真实隧道场景；所述模拟未开挖段预报场景为，根据地质勘探结果建立的未开挖段的模拟勘查隧道场景；
所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景之间为模拟掌子面；所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟掌子面为默认不显示，所述模拟未开挖段预报场景为默认显示；
所述模拟掌子面上设有触发所述模拟掌子面消失并且显示所述模拟未开挖段预报场景的预报开关。
在更加优选的实施例中，所述模拟未开挖段预报场景包括模拟的如下隐患地
质构造：
a.断层，通过隧道边墙、拱顶、仰拱的一个条带，所述条带是根据所述断层的包括里程位置、走向、倾角在内的数据计算出的、所述断层与整个隧道壁的交线；所述隧道的大小用所述条带的宽度来表示；
岩脉、裂隙或者溶缝类地质隐患，使用与所述断层同样的表现形式，但选用不同的贴图来区别；
b.溶洞、土洞、孤石在隧道内表示成球形或椭球形实体，贴图选择不同的样式以示区别；所述球形或椭球形实体根据预报中成果的的空间位置出现在隧道中；所述球形或椭球形实体的中心能够出现在隧道边缘以外，需要模拟所述溶洞的所在里程和直径大小，还须有隧道横截面的水平和垂直方向数据；溶洞、土洞、孤石允许有一部分在隧道外。
c.溶管和暗河均用圆柱的实体来表示，贴图选择不同的样式以示区别；所述溶管和所述暗河的实体是在隧道中揭露的形态，由于所述溶管和所述暗河能够以各种角度通过隧道，因此需要模拟所述溶管和所述暗河的起始里程和起始角度以及终止里程和终止角度；
d.富水段落和破碎带，模拟的都是整段的隧道的变化，其模拟展示方式与隧道本身相同，但是用不同的贴图来展示；
e.岩爆源，用能够相区别的符号标示在隧道壁上面，表示为可能发生岩爆的位置。
在更加优选的实施例中，断层的模拟中，所述隧道的大小用所述条带的宽度来表示，并且按设计的大、中、小三个等级的宽度来表示。
在更加优选的实施例中，所述模拟未开挖段预报场景中每隔一段距离设置一个里程标识。
在更加优选的实施例中，所述里程标识的间隔为5米。
在更加优选的实施例中，所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景的贴图样式不同。
在更加优选的实施例中，所述模拟未开挖段预报场景中模拟的所述隐患地质构造均设有提示窗口，当观察者的视角来到某一所述隐患地质构造后，所述提示窗口显示所述隐患地质构造的具体表述信息，并根据预报危险分级不同，提示不同的施工建议，并警示可能发生的危险。
在更加优选的实施例中，当观察者的视角来到危险级别较高的所述隐患地质构造时，所述提示窗口提示危险和并给出建议，并伴有发生可能危险的模拟动画。
在更加优选的实施例中，所述模拟未开挖段预报场景中包括单个断层、交叉断层、岩脉、溶洞、溶管、裂隙、暗河、富水段、富泥段、岩爆源或者土体中的孤石、土洞在内的特殊隧道场景的提示系统，当观察者的视角来到所述特殊隧道场景时，所述提示系统显示附近所述特殊隧道场景的具体信息。
在更加优选的实施例中，所述用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法建立的虚拟现实显示模型，能够根据隧道尺寸参数的变化和每次地质预报成果动态生成。
在山体一侧做出仰坡，它是隧道洞门的开始。当一个人的视角从洞口进入到隧道中时，首先看到的是已经开挖完成的隧道，隧道壁两侧每5m一个里程标识。随着视角的深入，来到正在开挖的掌子面。每一次的地质预报都是从掌子面上的数据采集开始的，掌子面是一次预报起始的标志。掌子面设有触发查看预报成果的开关，默认显示掌子面，当开关打开后，掌子面模型消失，进入到地质预报段落，这部分是未开挖段落。未开挖段的隧道壁的贴图样式不同于已开挖段的贴图，软件中设计了若干种岩体的贴图图形及颜色，可有操作者选择，然后通过视角观察到隧道地质预报的成果以各自的样式展现出来，并显示详细表述信息。
地质预报成果中的隐患即为特殊隧道场景，包括单个断层、交叉断层、岩脉、溶洞、溶管、裂隙、暗河、富水段、富泥段、岩爆源或者土体中的孤石、土洞等，本发明对各种隐患的展示方法做下述详细说明。
断层是隧道地质预报中最常见、重要的一种地质隐患，所以需要用比较明显的方式展现。在本发明中断层用非实体表示，只是通过隧道边墙、拱顶、仰拱的一个条带，贴图可以选择不同的样式。此条带是根据断层的里程位置、走向、倾角等数据计算出的断层与整个隧道壁的交线，隧道的大小可以用条带的宽度来表示。为了清晰起见，按设计的大、中、小三个等级的宽度来表示。岩脉、裂隙或者溶缝类地质隐患在形态上与断层类似，使用断层同样的表现形势，但选用不同的贴图来区别。
溶洞、土洞、孤石等在隧道内表示成球形或椭球形实体，贴图选择不同的样式以示区别。这些球形或椭球形实体根据预报中成果的的空间位置出现在隧道中。它的中心能够出现在隧道边缘以外(它们有可能只有一部分在隧道内)，所以除了溶洞的所在里程和直径大小外，还须有隧道横截面的水平和垂直方向数据。
溶管和暗河均用圆柱的实体来表示，贴图选择不同的样式以示区别。溶管和暗河的实体是在隧道中揭露的形态，因为它能够以各种角度通过隧道，所以它须有起始里程和角度、终止里程和角度。
富水段落和破碎带都是指整段变化型隧道场景即整段的隧道的变化，所以这种隐患的展示方式类似于隧道本身的贴图，在这些段落中用特殊的贴图来展示。
岩爆主要在发生在一些埋深大且致密脆性的围岩类的隧道中，也是指整段变化型隧道场景即整段的隧道的变化，岩爆源一般是一些在岩爆区中应力集中的地质结构，一旦出现开挖凌空面，应力集中的岩体将发生爆震。岩爆源用一种特殊的符号来标示在隧道壁上面，表示为可能发生岩爆的位置。
当鼠标移动使视角来到某一隐患地质构造附近后，提示窗口显示隐患的具体表述信息，并根据预报危险分级不同，可以提示不同的施工建议，并警示可能发生的危险；当来到危险级别较高的隐患附近时，提示危险和建议，并伴有发生可能危险(如坍方、落石、涌泥、突水、岩爆等)的模拟动画。
虚拟现实显示模型可以根据隧道尺寸参数的变化和每次地质预报成果动态生成。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，展现的内容包括：模拟已开挖段隧道场景和模拟未开挖段预报场景；
所述模拟已开挖段隧道场景为，根据已开挖的地质数据建立的模拟真实隧道场景；所述模拟未开挖段预报场景为，根据地质勘探结果建立的未开挖段的模拟勘查隧道场景；
所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景之间为模拟掌子面；所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟掌子面为默认不显示，所述模拟未开挖段预报场景为默认显示；
所述模拟掌子面上设有触发所述模拟掌子面消失并且显示所述模拟未开挖段预报场景的预报开关。
2.根据权利要求1所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述模拟未开挖段预报场景包括模拟的如下隐患地质构造：
a.断层，通过隧道边墙、拱顶、仰拱的一个条带，所述条带是根据所述断层的包括里程位置、走向、倾角在内的数据计算出的、所述断层与整个隧道壁的交线；所述隧道的大小用所述条带的宽度来表示；
岩脉、裂隙或者溶缝类地质隐患，使用与所述断层同样的表现形式，但选用不同的贴图来区别；
b.溶洞、土洞、孤石在隧道内表示成球形或椭球形实体，贴图选择不同的样式以示区别；所述球形或椭球形实体根据预报中成果的的空间位置出现在隧道中；所述球形或椭球形实体的中心能够出现在隧道边缘以外，需要模拟所述溶洞的所在里程和直径大小，还须有隧道横截面的水平和垂直方向数据；溶洞、土洞、孤石允许有一部分在隧道外；
c.溶管和暗河均用圆柱的实体来表示，贴图选择不同的样式以示区别；所述溶管和所述暗河的实体是在隧道中揭露的形态，由于所述溶管和所述暗河能够以各种角度通过隧道，因此需要模拟所述溶管和所述暗河的起始里程和起始角度以及终止里程和终止角度；
d.富水段落和破碎带，模拟的都是整段的隧道的变化，其模拟展示方式与隧道本身相同，但是用不同的贴图来展示；
e.岩爆源，用能够相区别的符号标示在隧道壁上面，表示为可能发生岩爆的位置。
3.根据权利要求2所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，断层的模拟中，所述隧道的大小用所述条带的宽度来表示，并且按设计的大、中、小三个等级的宽度来表示。
4.根据权利要求1所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述模拟未开挖段预报场景中每隔一段距离设置一个里程标识。
5.根据权利要求4所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述里程标识的间隔为5米。
6.根据权利要求1所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述模拟已开挖段隧道场景和所述模拟未开挖段预报场景的贴图样式不同。
7.根据权利要求2所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述模拟未开挖段预报场景中模拟的所述隐患地质构造均设有提示窗口，当观察者的视角来到某一所述隐患地质构造后，所述提示窗口显示所述隐患地质构造的具体表述信息，并根据预报危险分级不同，提示不同的施工建议，并警示可能发生的危险。
8.根据权利要求7所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，当观察者的视角来到危险级别较高的所述隐患地质构造时，所述提示窗口提示危险和并给出建议，并伴有发生可能危险的模拟动画。
9.根据权利要求1所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述模拟未开挖段预报场景中包括单个断层、交叉断层、岩脉、溶洞、溶管、裂隙、暗河、富水段、富泥段、岩爆源或者土体中的孤石、土洞在内的特殊隧道场景的提示系统，当观察者的视角来到所述特殊隧道场景时，所述提示系统显示附近所述特殊隧道场景的具体信息。
10.根据权利要求1所述的用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法，其特征在于，所述用虚拟现实技术展现隧道地质预报成果的方法建立的虚拟现实显示模型，能够根据隧道尺寸参数的变化和每次地质预报成果动态生成。
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