CN111553008B - 一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法 - Google Patents

一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法 Download PDF

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Abstract

一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，包括：获取边坡三维地质模型；对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值；创建剖面线，根据剖面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程和最大最小高程值；构建空间立方体，得到该面对象的新网格面；对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该网格面与剖面的所有交点坐标；提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段；将边坡三维地质模型的其他面对象重复上述步骤，生成边坡二维计算剖面。本发明避免了原先导入二维线段后再对其进行二次赋值的弊端，既可以提高效率，避免重复性操作，避免出错概率，提高准确性。

Description

一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法
技术领域
本发明属于岩土工程BIM领域，具体涉及一种将边坡三维地质模型转换为边坡二维计算剖面的方法。
背景技术
三维地学模拟目前已具有较强大的三维地质建模能力，并能实现模型的剖切、切割等空间操作。边坡三维地质模型是在实际地质资料的基础上，通过空间数据信息管理系统，运用地质建模人员的地质知识和经验对其进行地质特征解译，而后采用地质建模技术建立而成。模型能最大程度地真实反映实际地质情况，特别是对于复杂地质构造。
目前利用三维地质模型的手段比较局限，主要是模型展示，配合模型的剖切为主，并没能和工程实际计算分析很好的契合。
当前边坡稳定性计算以二维平面分析为主，主要是使用第三方计算软件，如Slide、SlopeLE等，具体实现过程：对边坡三维模型进行剖切，形成二维剖面，导出计算软件支持的图形格式，如dwg、dxf等，然后导入到边坡计算软件，再对不同地质对象进行属性赋值，根据不同的对象选择适合的计算方法(刚体极限平衡法、数值分析法等)，最后计算边坡的稳定性。整个实现过程需要频繁的人机交互，三维地质模型的属性数据也没很好的继承，数据编辑工作量大，工作的效率不能保证。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的。
本发明提出的技术方案如下：
一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，包括：
S100.获取边坡三维地质模型，所述边坡三维地质模型包括地表面、地层底面、边坡开挖面；
S200.对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值，将当前面属性传递到对应面的网格节点上；
S300.创建剖面线，根据剖面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程，得到当前三维模型里所有网格面节点的最大最小高程值；
S400.构建空间立方体对边坡模型中的某一面对象的三角网格进行检索，根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面；
S500.对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，同时把当前面三角网格节点的属性也传递到交点上，将所有交点都附有当前面对象的属性数据；
S600.提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，将交点坐标z转化为y，水平方向上与剖面线端点的距离转化为x，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段，同时将交点的属性值也传递到该线段上；
S700.将边坡三维地质模型的其他面对象重复S200-S600的步骤，创建生成边坡二维计算剖面。
进一步地，所述S200中，属性赋值包括：黏聚力、内摩擦角、容重。
进一步地，所述S300中，剖面线所在竖直面方程为：Ax+By+C＝0，x、y的值域为剖面线线段端点的范围值。
进一步地，所述S400中，构建空间立方体方法为：遍历三维模型里所有网格面，得到三角网格的最大边长dmax，然后对S300中的剖面沿垂直方向正反进行平移，平移距离可设置为dmax+1，得到另外两个与剖面平行的竖直面方程P1、P2，根据最小高程值、最大高程值可以得到两个水平面：G1、G2，通过P1、P2、G1、G2得到一个空间立方体。
进一步地，所述S400中，根据预设规则对三角网格进行删选，所述预设规则为：当且仅当三角网格里的三个节点均落在立方体范围内，记录该三角网格的编号，通过编号绘制该面对象的新网格面。
进一步地，所述S500中，对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，计算方法为：新网格面的三角网格节点坐标：A1(x1,y1,z1)、A2(x2,y2,z2)、A3(x3,y3,z3)，交点坐标：J1(x1+λ(x2-x1),y1+λ(y2-y1),z1+λ(z2-z1))、J2(x3+β(x2-x3),y3+β(y2-y3),z3+β(z2-z3))，将交点坐标代入剖面方程中，求解出坐标点，循环该命令求解出所有的交点坐标。
进一步地，所述S700创建生成边坡二维计算剖面包含地表线、开挖线、地质线，同时地质线携带该地质面的属性值。
进一步地，所述S300,创建的剖面线为预先设定设定或直接导入现有的勘探线。
本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：本发明提供了一种将边坡三维地质模型经过特定方式转化为带属性的边坡二维计算剖面的方法，该方法在输出二维边坡计算剖面的过程中，就将地质属性传递到二维线段上，避免了原先导入二维线段后再对其进行二次赋值的弊端，既可以提高效率，避免重复性操作，避免出错概率，提高准确性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例1中，一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法流程图；
图2是本发明实施例1中，创建立方体范围的示意图；
图3是本发明实施例1中，裁剪后新网格面示意图；
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，包括：
S100.获取边坡三维地质模型，所述边坡三维地质模型包括地表面、地层底面、边坡开挖面；
所述三维地质模型可以由技术人员在实际地质资料的基础上，通过三维建模软件构建，也可以直接从外部导入而来，在此不进行限制
S200.对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值，将当前面属性传递到对应面的网格节点上；
在本实施例中，所述地质面包括地层岩性、断层等，对地质面进行属性赋值包括黏聚力、内摩擦角、容重等。对于不同地质面，属性赋值随之不同。
S300.创建剖面线，根据剖面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程，得到当前三维模型里所有网格面节点的最大最小高程值；
具体的，可以在模型显示窗口任意绘制一条线段，也可直接导入现有的勘探线作为剖面线，由于剖面线坐标均已知，故剖面线所在竖直面方程可表示为P0：Ax+By+C＝0，zmin≤z≤zmax，x、y的值域为线段端点的范围值，zmin、zmax可拾取三维模型里所有网格面节点的最大、最小高程值。
S400.构建空间立方体对边坡模型中的某一面对象的三角网格进行检索，根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面；
具体的，如图2，构建空间立方体方法为：遍历三维模型里所有网格面，得到三角网格的最大边长dmax，然后对步骤二中的剖面沿垂直方向正反进行平移，平移距离可设置为dmax+1，得到另外两个与剖面平行的竖直面方程P1、P2，同样根据zmin、zmax可以得到两个水平面：G1、G2，通过P1、P2、G1、G2就可以绘制一个空间立方体。
根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面的方法为：通过该立方体范围对边坡模型中的某一面对象的三角网格进行检索，当且仅当三角网格里的三个节点均落在立方体范围内，记录该三角网格的编号，将这些编号汇总存储起来，绘制该面对象的新网格面，新网格面即裁剪后的网格面。
S500.对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，同时把当前面三角网格节点的属性也传递到交点上，将所有交点都附有当前面对象的属性数据；
具体的，如图3，面对象新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，某一面对象新网格面的三角网格节点坐标：A1(x1,y1,z1)、A2(x2,y2,z2)、A3(x3,y3,z3)，交点坐标：J1(x1+λ(x2-x1),y1+λ(y2-y1),z1+λ(z2-z1))、J2(x3+β(x2-x3),y3+β(y2-y3),z3+β(z2-z3))，将坐标代入到剖面方程中就可求解处J1、J2的坐标值，对该对象新网格面的每个三角网格进行如上操作即可求解出该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，其他的面对象重复上述操作。
S600.提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，将交点坐标z转化为y，水平方向上与剖面线端点的距离转化为x，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段，同时将交点的属性值也传递到该线段上；
S700.将边坡三维地质模型的其他面对象重复S200-S600的步骤，创建生成边坡二维计算剖面。通过所述步骤，完成了三维面对象向二维线段的转化，绘制完成地表线、开挖线、地质线，同时地质线携带该地质面的属性值。
本实施例提供了一种将边坡三维地质模型经过特定方式转化为带属性的边坡二维计算剖面的方法，该方法在输出二维边坡计算剖面的过程中，就将地质属性传递到二维线段上，避免了原先导入二维线段后再对其进行二次赋值的弊端，既可以提高效率，避免重复性操作，避免出错概率，提高准确性。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示非排它性的“或者”。

Claims (6)

1.一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，包括：
S100.获取边坡三维地质模型，所述边坡三维地质模型包括地表面、地层底面、边坡开挖面；
S200.对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值，将当前面属性传递到对应面的网格节点上；
S300.创建剖面线，根据剖面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程，得到当前三维地质模型里所有网格面节点的最大最小高程值；
S400.构建空间立方体对边坡三维地质模型中的某一面对象的三角网格进行检索，根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面；
S500.对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，同时把当前面三角网格节点的属性也传递到交点上，将所有交点都附有当前面对象的属性数据；
S600.提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，将交点坐标z转化为y，水平方向上与剖面线端点的距离转化为x，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段，同时将交点的属性值也传递到该线段上；
S700.将边坡三维地质模型的其他面对象重复S200-S600的步骤，生成边坡二维计算剖面；
所述S400中，构建空间立方体方法为：遍历三维地质模型里所有网格面，得到三角网格的最大边长d max ，然后对S300中的剖面沿垂直方向正反进行平移，平移距离设置为d max+1，得到另外两个与剖面平行的竖直面方程P1、P2，根据最小高程值、最大高程值可以得到两个水平面：G1、G2，通过P1、P2、G1、G2得到一个空间立方体；
所述S400中，根据预设规则对三角网格进行删选，所述预设规则为：当且仅当三角网格里的三个节点均落在立方体范围内，记录该三角网格的编号，通过编号绘制该面对象的新网格面。
2.如权利要求1所述的一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，所述S200中，属性赋值包括：黏聚力、内摩擦角、容重。
3.如权利要求1所述的一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，所述S300中，剖面线所在竖直面方程为：Ax+By+C＝0，x、y的值域为剖面线线段端点的范围值。
4.如权利要求1所述的一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，所述S500中，对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，计算方法为：新网格面的三角网格节点坐标：A1(x1,y1,z1)、A2(x2,y2,z2)、A3(x3,y3,z3)，交点坐标：J1(x1+λ(x2-x1),y1+λ(y2-y1),z1+λ(z2-z1))、J2(x3+β(x2-x3),y3+β(y2-y3),z3+β(z2-z3))，将交点坐标代入剖面线所在竖直面方程中，求解出坐标点，循环命令求解出所有的交点坐标。
5.如权利要求1所述的一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，所述S700创建生成边坡二维计算剖面包含地表线、开挖线、地质线，同时地质线携带该地质面的属性值。
6.如权利要求1所述的一种将边坡三维地质模型转换为二维计算剖面的方法，其特征在于，所述S300,创建的剖面线为预先设定或直接导入现有的勘探线。
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