CN113012288A - 长距离工程施工进度三维动态可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长距离工程施工进度三维动态可视化方法，涉及土木工程项目管理领域。它包括以下步骤：步骤1，基础资料整理；步骤2，三维地形构建；步骤3，施工进度报告数据上报；步骤4，已完工线路的矢量生成；步骤5，三维贴地矢量绘制。本发明通过矢量线的贴地显示，实现了长距离工程的概化表达，算法更高效，表达更直观。

Description

长距离工程施工进度三维动态可视化方法

技术领域

本发明涉及土木工程项目管理领域，更具体地说它是一种长距离工程施工进度三维动态可视化方法。

背景技术

随着三维渲染引擎、3DGIS、BIM等技术的快速发展，通过三维技术进行施工进度可视化成为研究热点。

钟登华等基于Unity3D引擎，研发了网络环境下的沥青混凝土心墙堆石坝施工过程的三维可视化分析系统，实现了沥青混凝土心墙堆石坝施工进度的远程分析及实时控制(钟登华,陈永兴,常昊天,等.沥青混凝土心墙堆石坝施工仿真建模与可视化分析[J].天津大学学报,2013,46(4):285-290.)。

李红亮等采用面向对象的图形渲染引擎OGRE开发了碾压混凝土坝施工过程可视化仿真系统，实现了坝体施工全过程的动态仿真和交互式浏览查询(李红亮,翟建,熊建清,等.河口村水库面板堆石坝施工动态三维可视化仿真研究[J].水电能源科学,2011,29(11):164-166,215.)。

王晓玲等基于Catia平台建立了引水隧洞压力管道竖井三维参数化模型，并建立了三维模型与施工进度计划的关联，实现了隧洞施工进度三维可视化(王晓玲,区丽雯,赵梦琦,等.基于CATIA的引水隧洞施工进度三维可视化研究[J].水利水电技术,2018,49(5):97-102.)。

耿敬等基于CityEngine、ArcSDE、SQL Server等技术，通过工程施工三维动态展示与施工过程信息同步更新，实现航电枢纽施工动态可视化管理(耿敬,张洋,李明伟,等.航电枢纽施工三维动态可视化系统设计与实现[J].水运工程,2017,(2):115-122.)。

然而，由于游戏引擎(如Unity3D、Unreal、OGRE等)与BIM设计软件(如Catia、Revit、MicroStation等)一般不具备GIS软件中的瓦片数据分层分块生成、加载与调度机制，无法承载海量三维地形与三维模型数据，因而难以适用于长距离工程的施工进度可视化。同时，基于实体建模的三维进度可视化方法往往受限于工程实体模型划分的最小粒度。例如水利水电工程的“单位-分部-单元”工程划分体系，当单元工程建模完成之后，只有对单元工程模型进行更小颗粒度的划分，才能对单元工程本身的施工进度进行仿真，导致无法适应工程现场的精细化进度管理需求。

因此，研发一种长距离工程施工进度三维动态可视化方法很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种长距离工程施工进度三维动态可视化方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：长距离工程施工进度三维动态可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基础资料整理：搜集长距离工程施工区地形、施工区影像、标段划分、工程设计线路数据，并进行必要的坐标转换，使坐标系统一；

步骤2，三维地形构建：对施工区地形、施工区影像进行预处理、切片发布和融合显示，生成能在三维中显示的三维地形数据；

步骤3，施工进度报告数据上报：定期搜集长距离工程各标段施工进度报告数据，将开工以来各标段各个周期内上报的已施工距离进行累加，得到各标段的已完工线路长度；

步骤4，已完工线路的矢量生成：基于标段划分和步骤3得到的已完工线路长度，从工程设计线路矢量数据中截取已完工路线矢量数据；

步骤5，三维贴地矢量绘制：获取了已完工线路矢量数据之后，采用三维矢量贴地绘制方法，对已完工线路数据进行可视化；配合施工进度的不断上报，动态更新已完工线路的贴地显示效果，从而达到进度三维动态可视化的目的。

在上述技术方案中，步骤4中，已完工路线矢量数据的具体解算算法如下：

已知工程设计线路从施工起点开始的顶点序列为：{P_i}，(1≤i≤n)

对应各个顶点的坐标为：(x_i，y_i)

已完工线路长度为：L

设O为坐标原点，已完工线路的终点落在最近经过的顶点P_m

外距离l处，记为点P，坐标为(x，y)，即P_mP＝l，满足0＜m＜n，0≤l；施工起点P₁至P_m的距离S_m满足：

显然，S_m＜L＜S_m+1，将式(1)代入，即为一个不定方程；按定义可知，该方程未知数m有且仅有一个整数解，通过计算机编程进行循环计算实验可得出；

再根据l＝L-S_m，可计算l值。进一步地，设α＝P_mP/P_mP_m+1，即：

根据平面向量的基本运算，有

于是：

将式(2)代入式(3)中即可计算出P的坐标；于是已完工线路矢量的顶点序列计算完毕，即为{P₁，P₂，...P_m，P}。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过矢量线的贴地显示，实现了长距离工程的概化表达，算法更高效，表达更直观；

2)本发明可将工程现场的进度上报数据及时反映到三维场景中，更紧密贴近工程进度管理需求。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明已完工线路的矢量生成示意图。

图3为本发明施工进度可视化示意图一。

图4为本发明施工进度可视化示意图二。

其中，1-昆明1标主洞线路为长虚线，2-局部已完工的线路。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

针对长距离工程，现有基于实体模型的施工进度三维可视化方法存在两方面弊端：

1)在实体模型数量和地理范围较大时，资源加载量大，存在效率问题。

2)受限于实体模型的划分粒度，难以反映更小粒度的工程进度变化。

本发明基于施工区地形、施工区影像、标段划分、工程设计线路等数据，结合定期的施工进度报告，实现各标段已完工线路的矢量自动生成，同时通过与三维地形、工程设计线路的贴地矢量显示，可直观表达工程总体和局部的施工进度。

参阅附图1可知：长距离工程施工进度三维动态可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基础资料整理：搜集长距离工程施工区地形、施工区影像、标段划分、工程设计线路等数据，并进行必要的坐标转换，使坐标系统一；

步骤2，三维地形构建：对施工区地形、施工区影像进行预处理、切片发布和融合显示，生成能在三维中显示的三维地形数据；

步骤3，施工进度报告数据上报：定期搜集长距离工程各标段施工进度报告数据，将开工以来各标段各个周期内上报的已施工距离进行累加，得到各标段的已完工线路长度；

步骤4，已完工线路的矢量生成：基于标段划分和步骤3得到的已完工线路长度，从工程设计线路矢量数据中截取已完工路线矢量数据；

步骤5，三维贴地矢量绘制：获取了已完工线路矢量数据之后，采用三维矢量贴地绘制方法，对已完工线路数据进行可视化；配合施工进度的不断上报，动态更新已完工线路的贴地显示效果，从而达到进度三维动态可视化的目的。

步骤4中，已完工路线矢量数据的具体解算算法如下：

已知工程设计线路从施工起点开始的顶点序列为：{P_i}，(1≤i≤n)

对应各个顶点的坐标为：(x_i，y_i)

已完工线路长度为：L

设O为坐标原点，已完工线路的终点落在最近经过的顶点P_m外距离l处，记为点P，坐标为(x，y)，即P_mP＝l，满足0＜m＜n，0≤l；施工起点P₁至P_m的距离S_m满足：

显然，S_m＜L＜S_m+1，将式(1)代入，即为一个不定方程；按定义可知，该方程未知数m有且仅有一个整数解，通过计算机编程进行循环计算实验可得出；

再根据l＝L-S_m，可计算l值。进一步地，设α＝P_mP/P_mP_m+1，即：

根据平面向量的基本运算，有

于是：

将式(2)代入式(3)中即可计算出P的坐标；于是已完工线路矢量的顶点序列计算完毕，即为{P₁，P₂，...P_m，P}。

实际使用中，如图3和图4所示，基于滇中引水工程昆明1标蔡家村3#支洞与主洞交点及松林隧洞入口处的施工进度上报数据，选取了某一时刻的累计掘进进尺，采用已完工线路的矢量线生成算法，生成了已完工线路矢量数据；连同主洞线路与支洞线路数据，通过模版阴影法贴地矢量绘制技术，在三维地形上进行了可视化表达。

图3和图4中昆明1标主洞线路1为长虚线，局部已完工的线路2为实线；可见，通过三维地形与矢量的贴地显示，可直观呈现各支洞已完工的长度情况和施工到的具体位置；同时，配合时间轴控制及图形报表，读取指定时间段施工进度数据并更新已完工线路矢量贴地数据，可实现施工进度的动态模拟，从而丰富施工进度可视化效果，为长距离工程的进度管理提供有力支撑。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (2)

1.长距离工程施工进度三维动态可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基础资料整理：搜集长距离工程施工区地形、施工区影像、标段划分、工程设计线路数据，并进行必要的坐标转换，使坐标系统一；

步骤2，三维地形构建：对施工区地形、施工区影像进行预处理、切片发布和融合显示，生成能在三维中显示的三维地形数据；

步骤3，施工进度报告数据上报：定期搜集长距离工程各标段施工进度报告数据，将开工以来各标段各个周期内上报的已施工距离进行累加，得到各标段的已完工线路长度；

步骤4，已完工线路的矢量生成：基于标段划分和步骤3得到的已完工线路长度，从工程设计线路矢量数据中截取已完工路线的矢量数据；

步骤5，三维贴地矢量绘制：获取了已完工线路矢量数据之后，采用三维矢量贴地绘制方法，对已完工线路数据进行可视化；配合施工进度的不断上报，动态更新已完工线路的贴地显示效果，从而达到进度三维动态可视化的目的。

2.根据权利要求1所述的长距离工程施工进度三维动态可视化方法，其特征在于，步骤4中，已完工路线矢量数据的具体解算算法如下：

已知工程设计线路从施工起点开始的顶点序列为：{P_i}，(1≤i≤n)

对应各个顶点的坐标为：(x_i，y_i)

已完工线路长度为：L

设O为坐标原点，已完工线路的终点落在最近经过的顶点P_m外距离l处，记为点P，坐标为(x，y)，即P_mP＝l，满足0＜m＜n，0≤l；施工起点P₁至P_m的距离S_m满足：

显然，S_m＜L＜S_m+1，将式(1)代入，即为一个不定方程；按定义可知，该方程未知数m有且仅有一个整数解，通过计算机编程进行循环计算实验可得出；

再根据l＝L-S_m，可计算l值。进一步地，设a＝P_mP/P_mP_m+1，即：

根据平面向量的基本运算，有

于是：

将式(2)代入式(3)中即可计算出P的坐标；于是已完工线路矢量的顶点序列计算完毕，即为{P₁，P₂，...P_m，P}。

Images