CN112733215A - 基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法 - Google Patents

基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112733215A
CN112733215A CN202110058349.0A CN202110058349A CN112733215A CN 112733215 A CN112733215 A CN 112733215A CN 202110058349 A CN202110058349 A CN 202110058349A CN 112733215 A CN112733215 A CN 112733215A
Authority
CN
China
Prior art keywords
triangulation network
boundary
triangular
constrained
earthwork
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110058349.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨艳婷
舒凯
姚艳
周东杰
刘洋
胡慧峰
俞梦迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd
Original Assignee
Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd filed Critical Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd
Priority to CN202110058349.0A priority Critical patent/CN112733215A/zh
Publication of CN112733215A publication Critical patent/CN112733215A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其包括：根据高程数据点生成无约束的Delaunay三角网；在无约束的Delaunay三角网中将工程区域边界作为约束插入；进行局部优化，生成约束不规则三角网；将地面高程完整投射在约束三角网区域上得到原始地形三角网模型；指定场平工程设计高程后，计算出每个三角网单元上的土方填挖量；累加工程区域内三角网土方量得到总的土方填挖量。优点是：本发明，可以避免由于地形高差起伏大导致的土方工程量计算误差大的问题，实现适用于浙东山地区域复杂地形地貌的土方工程量精确计算，有效减小土方量计算的误差，优化场平工程土方量计算精度。

Description

基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法
技术领域
本发明属于涉及土木工程建设中场地平整土方工程量计算方法领域，尤其涉及一种适用于高差起伏较大的浙东山地区域地形条件下的基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法。
背景技术
场地平整工程是指根据建设需要改造工程场地原有地貌。其中，利用地形测量结果精确计算土方量，进而平衡土方填挖量，合理选择施工人力、机械配备，是控制现场施工方案和进度的可靠依据，是影响工程项目造价和投资的关键，切实关系到工程建设各个方面。
浙东区域电网工程站址所处地大都处于丘陵地带，地形地貌较为复杂。浙江省地理特征丰富，山河湖海兼备。地势自西南向东北呈阶梯状倾斜，全省大致可以分为浙北平原、浙西丘陵、浙东沿海丘陵、中部金衢盆地、浙南山地、东南沿海平原及滨海岛屿七个地形区。全省地形起伏较大，西南多为千米以上的群山盘结，境内山地和丘陵约占70.4％。
同时，考虑到电网工程场地的区域生态环境影响与所处区域，场地平整工程中通常采用的余土外运和购土方案的实施具有较大难度。因此，研究适用于浙东山地区域复杂地形地貌的精确土方工程量计算方法，对优化土方施工方案、缩短施工工期、降低工程造价具有显著的经济效益和重要的现实意义。
目前工程上计算土方量通常采用方格网法、断面法、等高线法或数字高程模型(DEM)法等。上述方法计算方法各异，在不同类型场地条件下的计算精度也存在较大差异，具有特定的适用范围。已有研究表明，在复杂地形地貌条件下，DEM法相对其他方法在计算精度和稳定性上具有一定优势。
数字高程模型(DEM)一类将三维地理坐标与可参数化的地形表面特征相结合的数字地图，其实质是一组定义在区域上的三维向量有限序列，因此具备计算机信息化处理的所有优势。土木工程是最早应用DEM方法的领域，Miller等人于1958年在道路横断面模型设计中提出DEM概念后，这一概念被迅速推广到其他土木工程设计领域。
数字高程模型(DEM)主要通过规则格网模型和不规则三角网(TIN)模型来实现对一定区域内地形地貌的描述。其中，TIN模型是将区域内不规则分布的数据点通过特定的三角剖分规则构建三角网，形成连续的三角单元从而描述特定的地形地貌。
由于TIN模型可以利用有限的离散点实现特定区域的地形地貌描述，因此可以非常好的与工程中地形采样测量方式结合，并根据地形地貌复杂程度调整采样测量方案，准确描述复杂条件下的地形地貌。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种适用于浙东山地区域复杂地形地貌的基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其在Delaunay剖分法构造约束TIN算法的基础上，发展了改进的约束不规则三角构建算法，在无约束的Delaunay三角网中将工程区域边界作为约束进行插入，并进行局部优化，生成用于土方量计算的约束TIN模型，进而精确计算土方工程量。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其方法如下，
根据高程数据点生成无约束的Delaunay三角网；在无约束的Delaunay三角网中将工程区域边界作为约束插入；进行局部优化，生成约束不规则三角网；将地面高程完整投射在约束不规则三角网区域上得到原始地形三角网模型；指定场平工程设计高程后，计算出每个三角网单元上的土方填挖量；累加工程区域内三角网土方量得到总的土方填挖量。
生成约束不规则三角网的具体步骤包括：
a、定位约束边界线起始端点处三角单元：定义边界线端点坐标，并定义三角单元三个顶点坐标，根据点与三角单元的几何关系，定义出点与三角单元边的位置关系判断式，根据判断结果判断边界端点在三角单元的内部或某一侧边线外侧，边界区域确定后，指定边界的起始点，不断重复上述过程遍历三角网；
b、确定约束边界影响域边线：在初始定位完成后，从该三角单元处开始寻找下一个边界端点所处三角单元。根据两线段相交的判断准则，即两条线段端点分别同时位于其中另一条两侧时，可知在使用前述步骤方法继续进行三角单元遍历过程中可以同时筛选出所有被该边界线穿越的三角单元，以及由这些三角单元外边包围形成的影响区域的外包络线；
c、优化约束边界影响域三角网：在完成上述两个步骤后，已约束边界线作为起始边，在边界影响区域内进行三角网重建，针对约束边界进行三角网的优化，构建将工程区域边界作为约束的TIN模型。
计算约束不规则三角网模型上的土方填挖量的具体内容包括：计算工程区域内的原始及设计地形TIN模型中每对对应三角单元之间形成的三棱柱体积的计算与累加。
本发明和现有技术相比所具有的优点是：
1、本发明提供的土方工程量计算方法建立在不规则三角形网模型上，可以利用有限的离散点实现特定区域的地形地貌描述，因此可以非常好的与工程中地形采样测量方式结合，并根据地形地貌复杂程度调整采样测量方案，准确描述复杂条件下的地形地貌；
2、本发明提供的土方工程量计算方法，将工程区域边界作为约束重建不规则三角网，建立起包含边界约束的不规则三角形模型，具备了准确描述工程区域边界上的复杂地形地貌的优势，在此基础上进一步实现场平工程区域内土方量的精确计算。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明的约束不规则三角网端点与三角单元坐标定义示意图。
图3是本发明约束不规则三角网优化遍历过程示意图，
图4是本发明约束不规则三角网约束边界影响域边线示意图。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例，见图1至图4所示：一种基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其具体步骤如下：
定位约束边界线起始端点处三角单元：
要实现工程区域作为约束边界插入到无约束三角网中，首先需要将边界线端点所在的三角单元定位出来，本发明定义了如下算法来实现该功能；
定义边界线端点坐标为Pn(X,Y)，n为端点编号；定义三角单元Dm三个顶点坐标为Dm(xi,yi)，其中m为三角单元编号，i为顶点编号，如图1所示；根据点与三角单元的几何关系，可以定义出点与三角单元边ij的位置关系判断式为：
ξij=(xi-xj)Y-(yi-yj)X-xiyj+xjyi
当计算结果ξij＝0时，说明点Pn在三角单元边ij上，若ξij≠0，则根据符号可以判断在边ij的相应一侧；于是利用点P与三角单元D三条边的位置关系，可以判断出P在三角单元D的内部或者在某一侧边线外侧。
边界区域确定后，指定边界的起始点，不断重复上述过程遍历三角网，如图2所示，即可将约束边界起始端点所处的三角单元位置找到。
确定约束边界影响域边线：
在初始定位完成后，从该三角单元处开始寻找下一个边界端点所处三角单元。根据两线段相交的判断准则，即两条线段端点分别同时位于其中另一条两侧时，可知在使用式(1)继续进行三角单元遍历过程中可以同时筛选出所有被该边界线穿越的三角单元，以及由这些三角单元外边包围形成的影响区域的外包络线，如图3中黑色实线所示。
优化约束边界影响域三角网：
在完成上述两个步骤后，已约束边界线作为起始边，在边界影响区域内进行三角网重建，针对约束边界进行三角网的优化，构建将工程区域边界作为约束的TIN模型。
本发明利用上述改进的约束不规则三角构建算法，将工程区域边界作为约束重建三角网，建立起包含边界约束的TIN模型。该约束TIN模型具备准确描述工程区域边界上的复杂地形地貌的优势。
在此基础上，可以进一步确定所有包含在工程区域边界内的三角网，将地面高程完整投射在约束区域上可以得到原始地形TIN模型，将设计高程投射后即可得到设计地形TIN模型。利用DEM方法进行土方量计算的本质就是计算工程区域内的原始及设计地形TIN模型中每对对应三角单元之间形成的三棱柱体积的计算与累加，如下式所示。
Figure BDA0002901131980000061
其中V代表土方量，S代表三角单元面积，Δhi代表三角单元i顶点处的高程差。
在指定场平工程设计高程后，即可根据边界约束TIN模型计算出每个三角单元上的土方填挖量，进而累加得到总的土方填挖量，实现场平工程区域内土方量的精确计算。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其特征在于：其方法如下，
根据高程数据点生成无约束的Delaunay三角网；在无约束的Delaunay三角网中将工程区域边界作为约束插入；进行局部优化，生成约束不规则三角网；将地面高程完整投射在约束不规则三角网区域上得到原始地形三角网模型；指定场平工程设计高程后，计算出每个三角网单元上的土方填挖量；累加工程区域内三角网土方量得到总的土方填挖量。
2.根据权利要求1所述的基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其特征在于：生成约束不规则三角网的具体步骤包括：
a、定位约束边界线起始端点处三角单元：定义边界线端点坐标，并定义三角单元三个顶点坐标，根据点与三角单元的几何关系，定义出点与三角单元边的位置关系判断式，根据判断结果判断边界端点在三角单元的内部或某一侧边线外侧，边界区域确定后，指定边界的起始点，不断重复上述过程遍历三角网；
b、确定约束边界影响域边线：在初始定位完成后，从该三角单元处开始寻找下一个边界端点所处三角单元。根据两线段相交的判断准则，即两条线段端点分别同时位于其中另一条两侧时，可知在使用前述步骤方法继续进行三角单元遍历过程中可以同时筛选出所有被该边界线穿越的三角单元，以及由这些三角单元外边包围形成的影响区域的外包络线；
c、优化约束边界影响域三角网：在完成上述两个步骤后，已约束边界线作为起始边，在边界影响区域内进行三角网重建，针对约束边界进行三角网的优化，构建将工程区域边界作为约束的TIN模型。
3.根据权利要求1所述的基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法，其特征在于：计算约束不规则三角网模型上的土方填挖量的具体内容包括：计算工程区域内的原始及设计地形TIN模型中每对对应三角单元之间形成的三棱柱体积的计算与累加。
CN202110058349.0A 2021-01-15 2021-01-15 基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法 Pending CN112733215A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110058349.0A CN112733215A (zh) 2021-01-15 2021-01-15 基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110058349.0A CN112733215A (zh) 2021-01-15 2021-01-15 基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112733215A true CN112733215A (zh) 2021-04-30

Family

ID=75593382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110058349.0A Pending CN112733215A (zh) 2021-01-15 2021-01-15 基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112733215A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113946980A (zh) * 2021-11-04 2022-01-18 北京龙软科技股份有限公司 一种大型露天矿开挖工程台阶土石方量计算方法及系统
CN118735040A (zh) * 2024-06-07 2024-10-01 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 基于最小二乘法与比例优选法的新能源项目大型场地土方优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
金权等: "《浙东山地区域场平工程土方量优化计算方法研究》", 《经纬天地》, 31 August 2020 (2020-08-31), pages 15 - 18 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113946980A (zh) * 2021-11-04 2022-01-18 北京龙软科技股份有限公司 一种大型露天矿开挖工程台阶土石方量计算方法及系统
CN113946980B (zh) * 2021-11-04 2022-07-12 北京龙软科技股份有限公司 一种大型露天矿开挖工程台阶土石方量计算方法及系统
CN118735040A (zh) * 2024-06-07 2024-10-01 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 基于最小二乘法与比例优选法的新能源项目大型场地土方优化方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107180450B (zh) 一种基于dem的河谷横断面形态的算法
CN105761312B (zh) 一种微地形表面重建方法
CN103399990A (zh) 城市排水仿真模拟系统的道路精细离散网格构建方法
CN107330140A (zh) 基于bim技术实现变电站快速竖向布置的方法
CN109191581A (zh) 一种基于bim技术的道路工程土方量高精度计算方法
CN107679337A (zh) 一种工程测量中不规则土方计算的方法
CN110175370A (zh) 一种城市汇水潜力区识别方法
CN107885960A (zh) 一种基于风电场场内施工道路自动选线的土方量估算系统及估算方法
CN101838958A (zh) 道路坡度的检测方法
CN110544305B (zh) 面向规则格网dem构建的地形陡坎线信息融合方法
CN117910285B (zh) 库盆设计曲面模型的创建方法、装置、设备及存储介质
CN111005273A (zh) 施工临时道路布置方法
CN104631392A (zh) 一种基于河相关系的航道整治设计方法
CN112733215A (zh) 基于改进约束不规则三角网构建法的土方工程量计算方法
CN111353681A (zh) 一种基于bim技术的场地内土石工程量高精度计算方法
CN113235655B (zh) 海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法
CN111765869A (zh) 基于倾斜摄影技术的不同坡度道路土方测量方法
CN110955996A (zh) 一种淹没过程模拟方法及系统
CN111783194A (zh) 山区道路土方量的优化计算方法
CN112766721B (zh) 一种淤地坝规划选址和规模估算方法
CN106096129B (zh) 一种基于山地汇水计算的山脚水面规模分析方法
CN111783191A (zh) 基于倾斜摄影技术的山区道路土方量计算方法
CN114820957B (zh) 一种铁路沿线场坪三维智能设计方法
JP7030937B1 (ja) 土木構造物の３次元モデルを生成するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータ及び土木構造物の３次元モデルの生成システム
CN112116709B (zh) 一种提高地形表达精度的地形特征线处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yang Yanting

Inventor after: Shu Kai

Inventor after: Yao Yan

Inventor after: Zhou Dongjie

Inventor after: Liu Yang

Inventor after: Hu Huifeng

Inventor after: Yu Mengdi

Inventor before: Yang Yanting

Inventor before: Shu Kai

Inventor before: Yao Yan

Inventor before: Zhou Dongjie

Inventor before: Liu Yang

Inventor before: Hu Huifeng

Inventor before: Yu Mengdi

CB03 Change of inventor or designer information
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210430

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication