CN111177814B - 一种基于dem数据的变电站工程三维建模方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;将DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;以目标区域为基准面,进行临建组件的添加;对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;进行临建组件的三维数字化自动布局;在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。自动化布局既节省了大量的时间,提高了效率,又增加了结果的准确程度,合理利用施工现场的地形,并且提供多重保障,既进行事前的面积匹配检测,又进行事后的位置调整优化,保证基于DEM数据的变电站工程三维模型的优化构建。
Description
技术领域
本发明涉及变电站工程施工设计领域,尤其是涉及一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法和系统。
背景技术
国家“十二五”计划将建设智能化坚强电网列为重要目标,智能电网、特高压、直流输电、数字化变电站、新能源等新理念、新技术、新产品无不对电网设计能力提出更高的技术要求,使得我们原有的设计经验和手段已经不能满足。
我国建筑业规模巨大,长久以来,粗放式的建设方式导致在建设过程中对各参建单位的各种管理约束流于形式。以施工总平面布置为例,目前通常采用传统的CAD二维图纸,如遇到施工场地周围复杂的情况,在CAD二维图纸上难以表现完整的施工场地,再加上施工场地内临建管网、临时施工设施的布置,单独依靠二维图纸及凭借施工人员的经验来施工,造成施工难度大,导致部分项目施工总平面布置不合理,给后续施工带来困难,造成不必要的损失。
在输变电工程行业,目前国内输变电工程施工仿真应用较少,尤其是在临建设计方面,几乎是变电站施工设计方面的短缺部分。基于三维可视化仿真技术,在变电站施工前,施工单位在设计临时建筑,能够在原有三维设计成果基础上叠加施工设计三维临建。然而目前现有的三维设计技术还不具备对变电站的施工现场进行三维可视化的自动布局优化建设。
为了彻底改变这种被动局面,更好地服务于智能电网建设,亟需能够实现变电站工程三维自动布局优化的建模技术。
发明内容
针对现有的缺陷或不足,本发明提供了一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其特征在于:
步骤1,获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;
步骤2,将所述DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;
步骤3,基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;
步骤4,以所述目标区域为基准面,进行临建组件的添加,所述临建组件包括一个或多个;
步骤5,对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;
步骤6,进行临建组件的三维数字化自动布局;
步骤7,在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。
以及一种基于DEM数据的变电站工程三维建模系统,其特征在于:
数据获取单元,用于获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;
曲面模型单元,用于将所述DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;
创建单元,用于基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;
组件添加单元,用于以所述目标区域为基准面,进行临建组件的添加,所述临建组件包括一个或多个;
面积检测单元,用于对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;
自动布局单元,用于进行临建组件的三维数字化自动布局;
展示单元,用于在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。
本发明的有益效果在于,临建自动化布局既节省了大量的时间,提高了效率,又增加了结果的准确程度,合理利用施工现场的地形,并且提供多重保障,既进行事前的面积匹配检测,又进行事后的位置调整优化,很好地完成可视化的临时建筑自动搭建,进而保证基于DEM数据的变电站工程三维模型的优化构建。
附图说明
图1本发明所提出的方法流程框架。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合附图参考实施例的描述,对本发明的方法进行进一步的说明。
为了全面理解本发明,在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解,本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中,不详细描述公知的方法、过程、组件,以免不必要地使实施例繁琐。
参见图1所示,本发明的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其特征在于:
步骤1,获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;
步骤2,将所述DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;
步骤3,基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;
步骤4,以所述目标区域为基准面,进行临建组件的添加,所述临建组件包括一个或多个;
步骤5,对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;
步骤6,进行临建组件的三维数字化自动布局;
步骤7,在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。
优选地,其中,所述临建设施包括管理部、停车场、进出道路、宿舍区、管网等临时建筑。
优选地,其中,所述步骤7,在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,具体包括:
步骤7-1,根据几何顶点绘制所述临建组件的轮廓;
步骤7-2,根据所述临建组件的轮廓和几何面信息绘制所述临建组件的形状;
步骤7-3,查找与所述临建组件对应的贴图,将所述贴图贴合至所述贴图坐标处;
步骤7-4,根据材质信息选择与所述临建组件对应的贴图颜色与贴图图案。
优选地,其中,所述步骤5:对目标区域和临建组件进行面积匹配检测,具体包括:
如果存在单个临建组件的横截面积超出了构建的目标区域面积,表示用户选取的临建组件与目标区域无法匹配,提示用户重新选取临建组件,如果不存在单个临建组件的横截面积超出构建的目标区域面积,则表示匹配成功;其中,提示用户重新选取临建组件时,对横截面积超出目标区域面积的临建组件予以提示。
优选地,其中,所述步骤6:进行临建组件的三维数字化自动布局,具体包括:
步骤6-1,确定所述目标区域的面积S1,确定所有临建组件的横截面积总和S2;
步骤6-2,比较S1与S2的面积大小,如果S1大于或等于S2,则确定初步选定的临建组件;如果S1小于S2,则提示用户重新选取临建组件,再回到步骤6-1,直到满足面积要求,确定初步选定的临建组件;
步骤6-3,将初步选定的临建组件的横截面形状分为规则图形和非规则图形;对各个横截面为非规则图形的临建组件的横截面图形进行外切矩形包络,获得最小外切包络矩形,将该最小外切包络矩形作为该临建组件的横截面,确定所有临建组件的横截面积总和S3;
步骤6-4,比较S1与S3的面积大小,如果(80%S1)大于或等于S3,则确定最终选定的临建组件,如果(80%S1)小于S3,则提示用户重新选取临建组件,再回到步骤6-1,直到满足面积要求,确定最终选定的临建组件;
步骤6-5,在所述目标区域进行临建组件的三维数字化自动布局。
优选地,其中,所述步骤6-3,对各个横截面为非规则图形的临建组件的横截面图形进行外切矩形包络,具体为:提取非规则横截面图形的坐标信息,连续旋转非规则图形,每次旋转的角度控制在0-90°之间,直至非规则横截面图形完成90°角的旋转;在旋转过程中同时进行矩形正交包络,获得最小外切包络矩形,所述最小外切包络矩形即包络非规则横截面图形且面积最小的矩形。
优选地,其中,所述步骤6:进行临建组件的三维数字化自动布局,还包括步骤6-6,临建组件的自动布局调整,
为了实现工程施工中各临建的布局优化,对初次自动布局后所述目标区域的临建组件位置进行调整,采用如下目标函数和约束条件:
F(Xi,T)=aL(Xi,Ti)+bC(Xi,Ti)+cU(Xi,Ti)+dD(Xi,Ti)+eQ(Xi,Ti)
其中,i是迭代次数(i为≥0的整数),X是各临建组件的布局的坐标位置,T是调整参数,X0为初始布局的坐标位置,T0为初始调整参数,a、b、c、d、e分别是L、C、U、D、Q的权重因子,L是各临建组件与工程施工主体的连线总长,C是各临建组件之间连线交叉总数,U是各邻接临建组件之间的邻接距离,D是各临建组件与目标区域边界的最近距离,Q是所有临建组件均匀度总和;
约束条件为:
其中,Si为第i个临建组件的横截面积,S1为目标区域面积,n为选择的临建组件数量,为第i个临建组件的高度,Pi(height)为第i个临建组件当前的布局位置的高度限制,为第i个临建组件的地基深度,Pi(base)为第i个临建组件当前的布局位置的地基深度限制,/>为第i个临建组件的横截面积,Pi(square)为第i个临建组件当前的布局位置的建筑面积限制;
并具体采用以下优化步骤进行临建组件布局调整:
步骤6-6-1,初始自动布局成功后,计算初始状态的目标函数;
步骤6-6-2,进行临建组件布局调整,对所述目标区域内的一个或多个临建组件进行位置调整;
步骤6-6-3,再次计算目标函数,如果临建组件位置调整后目标函数的值不小于初次的值,按照约束条件判断是否接受调整结果,如果不接受,则返回初次自动布局的状态,返回执行步骤6-6-2;如果小于初次的值,则保存当前状态,作为下次位置调整的初始状态;
步骤6-6-4,根据预设准则,判断当前调整参数下是否终止随机位置调整产生新的状态,如果满足预设准则,则继续对临建组件进行位置调整;如果不满足预设准则,则降低调整参数T,重新进入迭代流程步骤6-6-1,直到满足设定的收敛准则时则结束,
步骤6-6-5,将当前迭代流程中的临建组件位置调整状态作为最终的临建组件布局。
优选地,其中,所述步骤6-6-4的收敛准则为是否满足迭代次数,或者当前迭代的目标函数值是否小于阈值。
并提供一种基于DEM数据的变电站工程三维建模系统,其特征在于:
数据获取单元,用于获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;
曲面模型单元,用于将所述DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;
创建单元,用于基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;
组件添加单元,用于以所述目标区域为基准面,进行临建组件的添加,所述临建组件包括一个或多个;
面积检测单元,用于对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;
自动布局单元,用于进行临建组件的三维数字化自动布局;
展示单元,用于在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。
优选地,其中,所述临建设施包括管理部、停车场、进出道路、宿舍区、管网等临时建筑。
本发明的有益效果在于,临建自动化布局的自动化全过程既节省了大量的时间,提高了效率,又增加了结果的准确程度,合理利用施工现场的地形,并且提供多重保障,既进行事前的面积匹配检测,又进行事后的位置调整优化,很好地完成可视化的临时建筑自动搭建,进而保证基于DEM数据的变电站工程三维模型的优化构建。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其特征在于:
步骤1,获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;
步骤2,将所述DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;
步骤3,基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;
步骤4,以所述目标区域为基准面,进行临建组件的添加,所述临建组件包括一个或多个
步骤5,对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;
步骤6,进行临建组件的三维数字化自动布局;
其中,所述步骤6:进行临建组件的三维数字化自动布局,具体包括:
步骤6-1,确定所述目标区域的面积S1,确定所有临建组件的横截面积总和S2;
步骤6-2,比较S1与S2的面积大小,如果S1大于或等于S2,则确定初步选定的临建组件;如果S1小于S2,则提示用户重新选取临建组件,再回到步骤6-1,直到满足面积要求,确定初步选定的临建组件;
步骤6-3,将初步选定的临建组件的横截面形状分为规则图形和非规则图形;对各个横截面为非规则图形的临建组件的横截面图形进行外切矩形包络,获得最小外切包络矩形,将该最小外切包络矩形作为该临建组件的横截面,确定所有临建组件的横截面积总和S3;
步骤6-4,比较S1与S3的面积大小,如果S1的80%大于或等于S3,则确定最终选定的临建组件,如果S1的80%小于S3,则提示用户重新选取临建组件,再回到步骤6-1,直到满足面积要求,确定最终选定的临建组件;
步骤6-5,在所述目标区域进行临建组件的三维数字化自动布局;
其中,所述步骤6:进行临建组件的三维数字化自动布局,还包括步骤6-6,临建组件的自动布局调整,
为了实现工程施工中各临建的布局优化,对初次自动布局后所述目标区域的临建组件位置进行调整,采用如下目标函数和约束条件:
F(Xi,T)=aL(Xi,Ti)+bC(Xi,Ti)+cU(Xi,Ti)+dD(Xi,Ti)+eQ(Xi,Ti)
其中,i是迭代次数(i为≥0的整数),X是各临建组件的布局的坐标位置,T是调整参数,X0为初始布局的坐标位置,T0为初始调整参数,a、b、c、d、e分别是L、C、U、D、Q的权重因子,L是各临建组件与工程施工主体的连线总长,C是各临建组件之间连线交叉总数,U是各邻接临建组件之间的邻接距离,D是各临建组件与目标区域边界的最近距离,Q是所有临建组件均匀度总和;
约束条件为:
其中,Si为第i个临建组件的横截面积,S1为目标区域面积,n为选择的临建组件数量,为第i个临建组件的高度,Pi(height)为第i个临建组件当前的布局位置的高度限制,/>为第i个临建组件的地基深度,Pi(base)为第i个临建组件当前的布局位置的地基深度限制,/>为第i个临建组件的横截面积,Pi(square)为第i个临建组件当前的布局位置的建筑面积限制;
并具体采用以下优化步骤进行临建组件布局调整:
步骤6-6-1,初始自动布局成功后,计算初始状态的目标函数;
步骤6-6-2,进行临建组件布局调整,对所述目标区域内的一个或多个临建组件进行位置调整;
步骤6-6-3,再次计算目标函数,如果临建组件位置调整后目标函数的值不小于初次的值,按照约束条件判断是否接受调整结果,如果不接受,则返回初次自动布局的状态,返回执行步骤6-6-2;如果小于初次的值,则保存当前状态,作为下次位置调整的初始状态;
步骤6-6-4,根据预设准则,判断当前调整参数下是否终止随机位置调整产生新的状态,如果满足预设准则,则继续对临建组件进行位置调整;如果不满足预设准则,则降低调整参数T,重新进入迭代流程步骤6-6-1,直到满足设定的收敛准则时则结束;
步骤6-6-5,将当前迭代流程中的临建组件位置调整状态作为最终的临建组件布局;
步骤7,在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其中,所述临建组件包括管理部、停车场、进出道路、宿舍区和管网。
3.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其中,所述步骤7,在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,具体包括:
步骤7-1,根据几何顶点绘制所述临建组件的轮廓;
步骤7-2,根据所述临建组件的轮廓和几何面信息绘制所述临建组件的形状;
步骤7-3,查找与所述临建组件对应的贴图,将所述贴图贴合至所述贴图坐标处;
步骤7-4,根据材质信息选择与所述临建组件对应的贴图颜色与贴图图案。
4.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其中,所述步骤5:对目标区域和临建组件进行面积匹配检测,具体包括:
如果存在单个临建组件的横截面积超出了构建的目标区域面积,表示用户选取的临建组件与目标区域无法匹配,提示用户重新选取临建组件,如果不存在单个临建组件的横截面积超出构建的目标区域面积,则表示匹配成功;其中,提示用户重新选取临建组件时,对横截面积超出目标区域面积的临建组件予以提示。
5.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其中,所述步骤6-3,对各个横截面为非规则图形的临建组件的横截面图形进行外切矩形包络,具体为:提取非规则横截面图形的坐标信息,连续旋转非规则图形,每次旋转的角度控制在0-90°之间,直至非规则横截面图形完成90°角的旋转;在旋转过程中同时进行矩形正交包络,获得最小外切包络矩形,所述最小外切包络矩形即包络非规则横截面图形且面积最小的矩形。
6.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其中,所述步骤6-6-4的收敛准则为是否满足迭代次数,或者当前迭代的目标函数值是否小于阈值。
7.一种基于DEM数据的变电站工程三维建模系统,用于实现如权利要求1所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模方法,其特征在于:
数据获取单元,用于获取变电站DEM数据,生成DEM数据文件;
曲面模型单元,用于将所述DEM数据文件导入GIS软件中,生成变电站DEM三维曲面模型;
创建单元,用于基于变电站DEM三维曲面模型的三维场景坐标,创建临建所在的目标区域;
组件添加单元,用于以所述目标区域为基准面,进行临建组件的添加,所述临建组件包括一个或多个;
面积检测单元,用于对目标区域和临建组件进行面积匹配检测;
自动布局单元,用于进行临建组件的三维数字化自动布局;
展示单元,用于在所述变电站DEM三维曲面模型中加载包含临建组件的目标区域,展示基于DEM数据的变电站工程三维模型。
8.根据权利要求7所述的一种基于DEM数据的变电站工程三维建模系统,其中,所述临建组件包括管理部、停车场、进出道路、宿舍区和管网。
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