CN113763289B - 基于bim模型的原始地形修正方法、系统及计算机终端 - Google Patents
基于bim模型的原始地形修正方法、系统及计算机终端 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于BIM模型的原始地形修正方法、系统及计算机终端，该方法包括S1：获取道路路基模型，提取道路路基曲面，并根据道路路基曲面提取路基地形；S2：根据路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；S3：将边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；S4：进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，并返回执行S2；若道路交汇处地形不需要精修，则执行S5；S5：进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息系统技术领域，具体涉及基于BIM模型的原始地形修正方法、系统及计算机终端。
背景技术
在交通工程中，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术应用越来越广泛，而三维GIS场景是GIS技术应用的基础，将图纸中的模型通过一些软件实现实体三维化，与TIF格式的地形数据和影像数据一起，在三维GIS场景中加载出来，展示出“完工”后的交通工程成果。现有公开号为CN111914329A的中国专利，该专利通过遍历路基BIM模型的几何元素，采用多边形合并算法计算最小外接多边形，对这个多边形进行高程修改和重构地形三角网后，生成CityMaker软件支持的地形修改文件，导入到CityMaker软件实现BIM模型和地形的融合，反映工程的实际填挖方工作。
虽然上述专利能够满足一些实际使用需求，但是限制比较大，首先其只能处理路基模型反映挖填方操作，但是对于隧道这种需要挖空地形的模型，上述专利的方案就束手无策了只能不处理，依旧影响最后的展示效果。其次，该方案生成的地形边界可能出现模糊或者与整体地形贴合效果差的情况，并没有对此进行修复。再次，该方案最后只能导出CityMaker软件支持的cep格式的文件，该文件格式使用并不广泛，目前大多数平台并不支持这种格式的文件，极大的限制了平台的选择及影响了后期使用的灵活性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中BIM模型和地形的融合方法中存在的生成的地形边界可能出现模糊或者与整体地形贴合效果差的情况，并没有对此进行修复；且其只能处理路基模型反映挖填方操作，但是该方案无法处理对于隧道这种需要挖空地形的模型等缺陷。
本发明目的在于提供基于BIM模型的原始地形修正方法、系统及计算机终端，实现一种能够对地形数据直接进行修改操作的方法，在确保正确高效的通过路基模型对地形进行修改展示出工程中的填挖方操作的同时，能够针对隧道模型，进行隧道洞口的挖洞操作，展现出隧道洞口，洞身内的结构与组成。最终的成果文件是常见的，具有通用性的，基本上所有的GIS平台都支持直接加载的格式，确保在多平台都可以使用。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了基于BIM模型的原始地形修正方法，该方法包括：
S1：获取道路路基模型，根据获取的道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时将所述道路路基曲面转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；具体地：根据获取的道路路基模型，匹配对应的线路与之绑定，同时自动筛选出道路路基模型中相应线路的模型Corridor数据，提取模型的CorridorSurface道路路基曲面，并将其再转换为TinSurface地形曲面，最后导出地形曲面；并以TIF栅格地形数据格式保存到数据库中，并通过唯一ID标识该地形曲面。
S2：根据所述路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件；
S3：将所述边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；其中，合并是采用修复后的地形栅格数据覆盖原始地形数据的方式合并。同时因为项目不同，提供原始地形数据的来源不同单位可能是英尺或者米，在单位统一为米时，会取近似值进行计算，从而产生一个高程误差。对此先在三维场景中测量出误差值，然后在合并前输入这个误差值，合并时通过地形高程整体偏移的方式修复误差。
S4：进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，并返回执行步骤S2；若道路交汇处地形不需要精修，则执行步骤S5；
S5：进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形；并加载到三维场景中，展示地形与道路路基模型的贴合情况；否则，直接加载到三维场景中，展示地形与道路路基模型的贴合情况。
针对隧道的洞口对地形做单独的挖洞处理：根据逐桩坐标表和隧道的起终点的桩号来获得隧道洞口的中心坐标，进一步的根据隧道的通道宽度和隧道的洞口长度，确定洞口范围形成一个平面矩形及其顶点坐标。进一步的加载地形TIF，获得地形的栅格数据集，通过隧道洞口矩形的顶点坐标在栅格数据集中索引最近的栅格点（形成的矩形比洞口矩形大）。修改栅格点前后连线形成的边界及其内部的所有栅格点高程，设置为无效值-9999，从而达到地形被挖空的效果。最后保存最终地形，覆盖原地形文件。
工作原理是：基于现有技术中BIM模型和地形的融合方法中存在的生成的地形边界可能出现模糊或者与整体地形贴合效果差的情况，并没有对此进行修复；且其只能处理路基模型反映挖填方操作，但是该方案无法处理对于隧道这种需要挖空地形的模型等缺陷。本发明设计了基于BIM模型的原始地形修正方法，结合曲面地形边缘修复和道路交汇处精修，对生成的地形边界可能出现模糊或者与整体地形贴合效果差的情况，进行双重修复。首先，根据道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形（此路基地形为只有道路的TIF地形）；其次，针对提取的路基地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；再者，对边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；然后，对道路交汇处地形存在道路路基模型与地形的高程不一致时，进行精修，得到道路交汇处精修后的地形；最后，还对存在隧道的情况，进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形。
本发明方法合理，实现正确高效的通过路基模型对地形进行修改展示出工程中的填挖方操作，同时能够针对隧道模型，进行隧道洞口的挖洞操作，展现出隧道洞口，洞身内的结构与组成。
进一步地，步骤S1中根据获取的道路路基模型自动提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时将所述道路路基曲面转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；并保存至数据库中；
或者采用人工手动绘制一个任意多边形组成道路路基曲面，自动转换成路基地形，生成TIF格式地形文件，并保存至数据库中。
进一步地，步骤S1包括以下子步骤：
S11：根据道路路基模型文件获取道路路基模型，并生成由单条或者多条道路路基模型信息组成的CorridorCollection集合；
S12：遍历所述CorridorCollection集合，根据每一条道路路基模型信息中的属性，得到相应的CorridorSurface路基曲面数据；
S13：把所述CorridorSurface路基曲面数据转换成TinSurface地形曲面数据，得到路基地形；
S14：将所述TinSurface地形曲面数据保存为TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件，保存至数据库中。
进一步地，步骤S2包括：
根据所述路基地形，得到该路基地形的栅格数据集；基于栅格数据集中每个栅格点都有高程值，分为有效值和无效值（无效值一般是用-9999表示），从所述栅格数据集中筛选出高程值为有效值的栅格点，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，即对曲面地形边缘存在的高程值为有效值但是高程值为0的错误栅格点进行修复，得到边缘修复后的路基地形；
其中，所述栅格数据集的属性包括栅格数据集的宽度、栅格数据集的高度、数据集中每个点的高程和地形的波段数。
进一步地，所述扩大TIF边缘方法的执行步骤如下：
S21：遍历所述栅格数据集中每一个栅格点，得到每一个点的高程，包括高程值和标记值；所述标记值为布尔值；
S22：若一个点的高程中标记值为True，则利用该点周围4个点的高程平均值方式确定该点的高程；若这个点的周围4个点的高程存在有空值的，则去掉空值后取平均值；若四个点都是空值，则该点是处于矩阵中但不在地形范围内的点，则跳过不修改；从而得到每个点的高程修改记录结果；
S23：根据所述高程修改记录结果，对所述栅格数据集中的每个栅格点的高程进行批量修改，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件，并覆盖修改之前的原始TIF地形文件。
进一步地，步骤S4包括以下子步骤：
S41：在三维场景中加载步骤S1、步骤S2得到的原始TIF地形文件、边缘修复后的TIF地形文件和道路路基模型，根据道路交汇处判断是否需要精修；
S42：若道路交汇处地形需要精修，则得到精修处的桩号、精修处的长宽和高程；根据所述精修处的桩号、精修处的长宽和高程，绘制出相应的闭合的Polyline3d三维多段线，及导出道路交汇处地形精修后的TIF地形文件，并保存至数据库中，根据ID与关联路线进行绑定；
若道路交汇处地形不需要精修，则执行步骤S5；
其中，所述道路交汇处地形包括匝道和主干路线的交汇处、匝道与匝道之间的交汇处的连接部分。
进一步地，步骤S41中根据道路交汇处判断是否需要精修的判断依据为：道路路基模型与地形的高程不一致。
进一步地，步骤S5中进行隧道挖洞处理来修改地形，具体包括：
S51：获取隧道的整体信息，确定隧道绑定的路线信息；从隧道洞口属性表中获得洞口的起点桩号、终点桩号和内部宽度、高度；根据洞口的起点桩号、终点桩号和内部宽度、高度，计算洞门内轮廓的顶点位置A1、A2、A3、A4；
S52：获取地形的栅格数据集（即地形的栅格数据集由一个栅格矩阵组成），根据洞门内轮廓的顶点位置A1、A2、A3、A4，在所述栅格数据集中依次筛选匹配距离这四个顶点A1、A2、A3、A4最近的栅格点B1、B2、B3、B4；
S53：根据得到的栅格点B1、B2、B3、B4对地形的栅格数据集进行二次筛选，将处于这四个栅格点形成矩形的内部及边界的所有栅格点筛选出来，并对筛选出的栅格点做记录；
S54：将步骤S53记录的栅格点依次与隧道洞口的高程范围进行比较，根据比较结果确认隧道洞口路基地形是否需要进行修改处理，并得到修改后的地形；
S55：将所述修改后的地形导出保存并覆盖修改之前的地形。
第二方面，本发明还提供了基于BIM模型的原始地形修正系统，该系统支持所述的基于BIM模型的原始地形修正方法，该系统包括：
模型曲面提取模块，用于获取道路路基模型，根据获取的道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时将所述道路路基曲面转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；并保存至数据库中；
地形边缘修复模块，用于根据所述模型曲面提取模块得到的路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件；
道路交汇精修模块，用于进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，得到精修后的TIF地形文件；若道路交汇处地形不需要精修，则进行隧道洞口挖洞模块的执行过程；
地形文件合并模块，包括第一地形文件合并单元和第二地形文件合并单元，所述第一地形文件合并单元，用于将所述地形边缘修复模块进行边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；所述第二地形文件合并单元，用于将所述模型曲面提取模块导出的原始TIF地形文件、所述地形边缘修复模块导出的边缘修复后的TIF地形文件及所述道路交汇精修模块导出的精修后的TIF地形文件进行合并，根据地形高程整体偏移的方式修复误差，得到进一步修复后的地形；
隧道洞口挖洞模块，用于进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形，并加载到三维场景中，得到地形与道路路基模型的贴合情况；否则，直接加载到三维场景中，得到地形与道路路基模型的贴合情况。
进一步地，所述地形边缘修复模块包括：
根据所述路基地形，得到该路基地形的栅格数据集；从所述栅格数据集中筛选出高程值为有效值的栅格点，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，即对曲面地形边缘存在的高程值为有效值但是高程值为0的错误栅格点进行修复，得到边缘修复后的路基地形；
其中，所述栅格数据集的属性包括栅格数据集的宽度、栅格数据集的高度、数据集中每个点的高程和地形的波段数。
第三方面，本发明提供了一种计算机终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于BIM模型的原始地形修正方法。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明生成地形的时候，会针对边界进行修复，确保地形边界清晰，并且和整体的地形之间的贴合效果好。
2、本发明自动在地形上对隧道洞口的处理，通过隧道的桩号自动定位隧道后，针对隧道的洞口，对整体地形自动修改，修改范围精准，高程几乎无误差。处理后，隧道洞口，洞内显示清晰，能够看清内部的组成构件。
3、本发明通过地形合并，最后无论生成了多少份地形文件，都可以进行合并，确保最终只有一份地形文件，使用也只需要使用这一份文件，在三维场景中不需要加载多份地形。
4、本发明除开最终成果地形文件外，其他中间成果地形文件都自动保存在数据库中，使用者本身的计算机不会有多余的文件，也不需要花费精力对中间成果文件进行备份或者管理。
5、本发明全流程的地形文件保存均采用TIF格式，TIF格式是GIS领域使用最常见的栅格地形格式，常用的GIS平台都支持该格式，可以直接使用不需要再进行格式转换，具有可通用性。
6、本发明结合曲面地形边缘修复和道路交汇处精修，对生成的地形边界可能出现模糊或者与整体地形贴合效果差的情况，进行双重修复。首先，根据道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形（此路基地形为只有道路的TIF地形）；其次，针对提取的路基地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；再者，对边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；然后，对道路交汇处地形存在道路路基模型与地形的高程不一致时，进行精修，得到道路交汇处精修后的地形；最后，还对存在隧道的情况，进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明基于BIM模型的原始地形修正方法流程图。
图2为本发明基于BIM模型的原始地形修正系统框图。
图3为本发明常规路基部分修改前与修改后的效果对比图。
图4为本发明互通路基部分修改前与修改后的效果对比图。
图5为本发明隧道洞口部分修改前与修改后的效果对比图。
图6为本发明实施例栅格矩阵图。
图7为本发明实施例栅格点筛选图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明基于BIM模型的原始地形修正方法，该方法包括：
S1：获取道路路基模型，根据获取的道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时将所述道路路基曲面转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；
具体地：步骤S1包括以下子步骤：
S11：根据道路路基模型文件获取道路路基模型，并生成由单条或者多条道路路基模型信息组成的CorridorCollection集合；
S12：遍历所述CorridorCollection集合，根据每一条道路路基模型信息中的属性（属性包括道路名称、记录的Id、线路的相应信息和导出的TIF文件等对应的文件），得到相应的CorridorSurface路基曲面数据；
S13：把所述CorridorSurface路基曲面数据转换成TinSurface地形曲面数据，得到路基地形；
S14：将所述TinSurface地形曲面数据保存为TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件，保存至数据库中。
S2：根据所述路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件；
具体地：步骤S1导出的原始TIF地形文件的栅格边缘可能存在不能完美贴合真实的边缘情况，步骤S2对此自动进行修复处理，使之正确的贴合到真实的边缘上。进一步地，步骤S2包括：
根据所述路基地形，得到该路基地形的栅格数据集；基于栅格数据集中每个栅格点都有高程值，分为有效值和无效值（无效值一般是用-9999表示），从所述栅格数据集中筛选出高程值为有效值的栅格点，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，即对曲面地形边缘存在的高程值为有效值但是高程值为0的错误栅格点进行修复，得到边缘修复后的路基地形；
其中，所述栅格数据集的属性包括栅格数据集的宽度、栅格数据集的高度、数据集中每个点的高程和地形的波段数；地形X轴的栅格值即水平方向的宽度，Y轴的栅格值即竖直方向的高度及地形的波段数，一般来说波段数都是1即单波段。
基于地形的栅格数据集由一个栅格矩阵组成，根据上述获得了这个矩阵的长和宽；所述扩大TIF边缘方法的执行步骤如下：
S21：遍历所述栅格数据集中每一个栅格点，得到每一个点的高程，包括高程值和标记值；所述标记值为布尔值；因为每一块地形不可能都是一个规则的矩形，所以一般栅格矩阵中存在许多点的高程为空（一般用-9999表示），这种点可以理解为该地形TIF文件在该点处没有地形信息，所以遍历的过程汇总除了返回高程值以外还要返回一个布尔值表示这个点是否有地形信息。
S22：若一个点的高程中标记值为True，则利用该点周围4个点的高程平均值方式确定该点的高程；若这个点的周围4个点的高程存在有空值的，则去掉空值后取平均值；若四个点都是空值，则该点是处于矩阵中但不在地形范围内的点，则跳过不修改；从而得到每个点的高程修改记录结果；
S23：根据所述高程修改记录结果，对所述栅格数据集中的每个栅格点的高程进行批量修改，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件，并覆盖修改之前的原始TIF地形文件。
S3：将所述边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；
S4：进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，并返回执行步骤S2；若道路交汇处地形不需要精修，则执行步骤S5；
具体地，步骤S4包括以下子步骤：
S41：在三维场景中按照先后顺序加载步骤S1、步骤S2得到的原始TIF地形文件、边缘修复后的TIF地形文件，并加载道路路基模型，遍历道路路基模型，确定出现道路交汇处地形处理不严密的情况的具体位置和涉及的路线及其桩号；根据道路交汇处判断是否需要精修；
S42：若道路交汇处地形需要精修，则根据出现问题的地形实际情况及路基高度，确定绘制的顶点和顶点高程；根据顶点和顶点高程，绘制出相应的闭合的Polyline3d三维多段线；将所述三维多段线转成TinSurface，并将TinSurface转换并导出WGS84坐标系下的地形文件，作为道路交汇处地形精修后的TIF地形文件，并保存至数据库中；另外，在生成三维多段线后，如果对修改的范围不满意，还可以通过顶点的新高程值进行修改。
若道路交汇处地形不需要精修，则执行步骤S5；
其中，所述道路交汇处地形包括匝道和主干路线的交汇处、匝道与匝道之间的交汇处的连接部分。
步骤S41中根据道路交汇处判断是否需要精修的判断依据为：道路路基模型与地形的高程不一致。
需要注意的是：在完成道路交汇处地形精修后，流程又返回到步骤S3进行迭代合并，将原始TIF地形文件、边缘修复后的TIF地形文件及道路交汇处地形精修后的TIF地形文件进行合并，根据地形高程整体偏移的方式修复误差，得到进一步修复后的地形；并保存进一步修改后的TIF地形文件。
如果没有隧道的情况下，所述进一步修改后的TIF地形文件就是最终的成果文件，如果有隧道则需要继续执行步骤S5的操作。
S5：进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形；并加载到三维场景中，展示地形与道路路基模型的贴合情况；否则，直接加载到三维场景中，展示地形与道路路基模型的贴合情况。
具体地，步骤S5中进行隧道挖洞处理来修改地形，包括以下子步骤：
S51：获取隧道的整体信息，确定隧道绑定的路线信息；从隧道洞口属性表中获得洞口的起点桩号、终点桩号和内部宽度、高度；根据洞口的起点桩号、终点桩号和内部宽度、高度，计算洞门内轮廓的顶点位置A1、A2、A3、A4；具体计算方式如下：
先获得洞门起点桩号Start及桩号往后一米的桩号A对应的坐标；根据直线函数表达式y=kx+b，得到这条直线Y的函数表达式；根据两条垂线斜率乘积为-1的定理，获得其垂线N的函数表达式。进一步的根据两个顶点之间的距离正好是洞门内轮廓的关系，使用两点之间距离公式和求得的垂线的函数表达式，构建一个一元二次方程。根据所述一元二次方程的通解可以求得，隧道洞门起点的两个顶点A1，A2。隧道洞门终点的两个顶点（A3、A4）通过上述方法也可以求得。
S52：获取地形的栅格数据集（即地形的栅格数据集由一个栅格矩阵组成），根据洞门内轮廓的顶点位置A1、A2、A3、A4，在所述栅格数据集中依次筛选匹配距离这四个顶点A1、A2、A3、A4最近的栅格点B1、B2、B3、B4（要确保B1、B2、B3、B4形成的矩形和A1、A2、A3、A4形成的矩形一致或者更大）；
如图6所示，网格线的交点就是地形数据的栅格点，矩形A1A2A3A4是隧道洞口俯视的简易表示图，点A1、A2、A3、A4就是洞门边界顶点，B1、B2、B3、B4是在地形栅格矩阵中匹配到的最近且大于或等于洞口范围的顶点。
S53：根据得到的栅格点B1、B2、B3、B4对地形的栅格数据集进行二次筛选，将处于这四个栅格点形成矩形的内部及边界的所有栅格点筛选出来，并对筛选出的栅格点做记录；筛选方法如下：
步骤5.3.1：首先将计算获得的栅格点按照以横坐标（对应经度）从小到大顺序排列。按照横坐标从小到大标识为B1、B2、B3、B4。先以四点的横纵坐标最小值和最大值，形成一个矩形。然后连接四点，形成一个四边形。如图7所示，矩形B1B2′B3B4′就是四个顶点形成的最大范围矩形，多边形B1B2B3B4则是形成的四边形范围。图7中，y 1=k 1 x+b 1是线段B1B2所在直线的直线函数表达式，其中k 1是该直线y 1的斜率，b 1是常量；y 2 =k 2 x+b 2是线段B2B3所在直线的直线函数表达式，其中k 2是该直线y 2的斜率，b 2是常量；y 3 =k 3 x+b 3是线段B3B4所在直线的直线函数表达式，其中k 3是该直线y 3的斜率，b 3是常量；y 4 =k 4 x+b 4是线段B1B4所在直线的直线函数表达式，其中k 4是该直线y 4的斜率，b 4是常量。我们的目标就是筛选黑色范围内部及边界的栅格点。
步骤5.3.2：若栅格点在这四个点形成的四边形内部或在边界上，需要满足以下两个条件之一：
条件1：类似于图7中的点C(r,z)，将横坐标r代入图中边界的直线B1B2、B2B3、B3B4、B4B1函数表达式后，纵坐标的值y1、y2、y3、y4满足其中两个大于z，其中两个小于z。
条件2：类似于图7中的点D(f,h)，将横坐标f代入图中边界的直线B1B2、B2B3、B3B4、B4B1函数表达式后，纵坐标的值y1、y2、y3、y4中有一个与其相等。
将矩形B1B2′B3B4′内部及边界的点依次进行计算判断，满足条件1或者条件2的点记录下来。
S54：将步骤S53记录的栅格点依次与隧道洞口的高程范围进行比较，根据比较结果确认隧道洞口路基地形是否需要进行修改处理，并得到修改后的地形；其中，将步骤S53记录的栅格点依次与隧道洞口的高程范围进行比较，存在以下几种情况，按情况处理：
1：所有栅格点的高程均比隧道洞口高程范围的最低高程小（即隧道路面底高程），说明地形本身就比隧道洞口低，不会对地形做修改但是可以给出提示，确认是否是建模位置的错误。
2：所有栅格点的高程均比隧道洞口高程范围的最高高程（即隧道洞口顶部高程）大，说明地形已经整体覆盖了隧道洞口，那么需将所有的栅格点的高程进行修改，使之能让洞口内部能够展示出来，同时也可以给出提示，确认洞口前路基地形是否修改正确。
3：部分栅格点的高程处于隧道洞口高程范围内，部分栅格点的高程则不再隧道洞口高程范围内。这种情况下，只会修改处于隧道洞口高程范围内的栅格点的高程，使之能让洞口内部能够展示出来。
S55：将所述修改后的地形导出保存并覆盖修改之前的地形。对修改后的地形借助模型的参考在三维场景中进行检查，看看是否有隧道遗漏未处理的地方或者效果不好的地方重新进行操作。
经过以上本发明基于BIM模型的原始地形修正方法的处理，得到修正后的结果图（图3、图4和图5），图3为本发明常规路基部分修改前与修改后的效果对比图，图4为本发明互通路基部分修改前与修改后的效果对比图，图5为本发明隧道洞口部分修改前与修改后的效果对比图。
在实际应用的实施例中，通过运用本发明修改地形可以实现模型和地形精准的贴合，可以使最后在三维场景中呈现的效果更加完美，更加合理且能够完成对隧道洞口的处理。
工作原理是：本发明设计了基于BIM模型的原始地形修正方法，结合曲面地形边缘修复和道路交汇处精修，对生成的地形边界可能出现模糊或者与整体地形贴合效果差的情况，进行双重修复。首先，根据道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形（此路基地形为只有道路的TIF地形）；其次，针对提取的路基地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；再者，对边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；然后，对道路交汇处地形存在道路路基模型与地形的高程不一致时，进行精修，得到道路交汇处精修后的地形；最后，还对存在隧道的情况，进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形。
本发明方法合理，实现正确高效的通过路基模型对地形进行修改展示出工程中的填挖方操作，同时能够针对隧道模型，进行隧道洞口的挖洞操作，展现出隧道洞口，洞身内的结构与组成。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了基于BIM模型的原始地形修正系统，该系统支持实施例1所述的基于BIM模型的原始地形修正方法，该系统包括：
模型曲面提取模块，用于获取道路路基模型，根据获取的道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时将所述道路路基曲面转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；并保存至数据库中；
地形边缘修复模块，用于根据所述模型曲面提取模块得到的路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件；
道路交汇精修模块，用于进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，得到精修后的TIF地形文件；若道路交汇处地形不需要精修，则进行隧道洞口挖洞模块的执行过程；
地形文件合并模块，包括第一地形文件合并单元和第二地形文件合并单元，所述第一地形文件合并单元，用于将所述地形边缘修复模块进行边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；所述第二地形文件合并单元，用于将所述模型曲面提取模块导出的原始TIF地形文件、所述地形边缘修复模块导出的边缘修复后的TIF地形文件及所述道路交汇精修模块导出的精修后的TIF地形文件进行合并，根据地形高程整体偏移的方式修复误差，得到进一步修复后的地形；
隧道洞口挖洞模块，用于进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形，并加载到三维场景中，得到地形与道路路基模型的贴合情况；否则，直接加载到三维场景中，得到地形与道路路基模型的贴合情况。
每个模块的具体执行过程按照实施例1所述的基于BIM模型的原始地形修正方法具体步骤执行即可，本实施例中不再一一赘述。
本发明在实际应用的实施例中，通过运用本发明修改地形可以实现模型和地形精准的贴合，可以使最后在三维场景中呈现的效果更加完美，更加合理且能够完成对隧道洞口的处理。
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。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (7)
1.基于BIM模型的原始地形修正方法，其特征在于，该方法包括：
S1：获取道路路基模型，根据获取的道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；
S2：根据所述路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；
S3：将所述边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；
S4：进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，并返回执行步骤S2；若道路交汇处地形不需要精修，则执行步骤S5；
S5：进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形；并加载到三维场景中，展示地形与道路路基模型的贴合情况；否则，直接加载到三维场景中，展示地形与道路路基模型的贴合情况；
步骤S2包括：
根据所述路基地形，得到该路基地形的栅格数据集；从所述栅格数据集中筛选出高程值为有效值的栅格点，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，即对曲面地形边缘存在的高程值为有效值但是高程值为0的错误栅格点进行修复，得到边缘修复后的路基地形；
其中，所述栅格数据集的属性包括栅格数据集的宽度、栅格数据集的高度、数据集中每个点的高程和地形的波段数；
所述扩大TIF边缘方法的执行步骤如下：
S21：遍历所述栅格数据集中每一个栅格点，得到每一个点的高程，包括高程值和标记值；所述标记值为布尔值；
S22：若一个点的高程中标记值为True，则利用该点周围4个点的高程平均值方式确定该点的高程；若这个点的周围4个点的高程存在有空值的，则去掉空值后取平均值；若四个点都是空值，则跳过不修改；从而得到每个点的高程修改记录结果；
S23：根据所述高程修改记录结果，对所述栅格数据集中的每个栅格点的高程进行批量修改，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件，并覆盖修改之前的原始TIF地形文件；
步骤S5中进行隧道挖洞处理来修改地形，具体包括：
S51：获取隧道的整体信息，确定隧道绑定的路线信息；从隧道洞口属性表中获得洞口的起点桩号、终点桩号和内部宽度、高度；根据洞口的起点桩号、终点桩号和内部宽度、高度，计算洞门内轮廓的顶点位置A1、A2、A3、A4；
S52：获取地形的栅格数据集，根据洞门内轮廓的顶点位置A1、A2、A3、A4，在所述栅格数据集中依次筛选匹配距离这四个顶点A1、A2、A3、A4最近的栅格点B1、B2、B3、B4；
S53：根据得到的栅格点B1、B2、B3、B4对地形的栅格数据集进行二次筛选，将处于这四个栅格点形成矩形的内部及边界的所有栅格点筛选出来，并对筛选出的栅格点做记录；
S54：将步骤S53记录的栅格点依次与隧道洞口的高程范围进行比较，根据比较结果确认隧道洞口路基地形是否需要进行修改处理，并得到修改后的地形；
S55：将所述修改后的地形导出保存并覆盖修改之前的地形。
2.根据权利要求1所述的基于BIM模型的原始地形修正方法，其特征在于，步骤S1中根据获取的道路路基模型自动提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时基于所述路基地形转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；并保存至数据库中；
或者采用人工手动绘制一个任意多边形组成道路路基曲面，自动转换成路基地形，生成TIF格式地形文件，并保存至数据库中。
3.根据权利要求2所述的基于BIM模型的原始地形修正方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：
S11：根据道路路基模型文件获取道路路基模型，并生成由单条或者多条道路路基模型信息组成的CorridorCollection集合；
S12：遍历所述CorridorCollection集合，根据每一条道路路基模型信息中的属性，得到相应的CorridorSurface路基曲面数据；
S13：把所述CorridorSurface路基曲面数据转换成TinSurface地形曲面数据，得到路基地形；
S14：将所述TinSurface地形曲面数据保存为TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件，保存至数据库中。
4.根据权利要求1所述的基于BIM模型的原始地形修正方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：
S41：在三维场景中加载步骤S1、步骤S2得到的原始TIF地形文件、边缘修复后的TIF地形文件和道路路基模型，根据道路交汇处判断是否需要精修；
S42：若道路交汇处地形需要精修，则得到精修处的桩号、精修处的长宽和高程；根据所述精修处的桩号、精修处的长宽和高程，绘制出相应的闭合的Polyline3d三维多段线，及导出道路交汇处地形精修后的TIF地形文件，并保存至数据库中；
若道路交汇处地形不需要精修，则执行步骤S5；
其中，所述道路交汇处地形包括匝道和主干路线的交汇处、匝道与匝道之间的交汇处的连接部分。
5.基于BIM模型的原始地形修正系统，其特征在于，该系统支持如权利要求1至4中任一所述的基于BIM模型的原始地形修正方法，该系统包括：
模型曲面提取模块，用于获取道路路基模型，根据获取的道路路基模型提取道路路基曲面，并根据所述道路路基曲面提取路基地形；同时基于所述路基地形转换导出TIF格式地形文件，作为原始TIF地形文件；并保存至数据库中；
地形边缘修复模块，用于根据所述模型曲面提取模块得到的路基地形，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，得到边缘修复后的路基地形；同时，把所述边缘修复后的路基地形保存为边缘修复后的TIF地形文件；
道路交汇精修模块，用于进行道路交汇处地形是否需要精修的判断，若道路交汇处地形需要精修，则修改需要精修部分曲面，得到精修后的TIF地形文件；若道路交汇处地形不需要精修，则进行隧道洞口挖洞模块的执行过程；
地形文件合并模块，包括第一地形文件合并单元和第二地形文件合并单元，所述第一地形文件合并单元，用于将所述地形边缘修复模块进行边缘修复后的路基地形与原始地形进行合并，覆盖并修复高程误差，得到初步修复后的地形；所述第二地形文件合并单元，用于将所述模型曲面提取模块导出的原始TIF地形文件、所述地形边缘修复模块导出的边缘修复后的TIF地形文件及所述道路交汇精修模块导出的精修后的TIF地形文件进行合并，根据地形高程整体偏移的方式修复误差，得到进一步修复后的地形；
隧道洞口挖洞模块，用于进行是否存在隧道的判断，若存在隧道，则计算隧道洞口确认位置，及进行隧道挖洞处理来修改地形，得到最终地形，并加载到三维场景中，得到地形与道路路基模型的贴合情况；否则，直接加载到三维场景中，得到地形与道路路基模型的贴合情况。
6.根据权利要求5所述的基于BIM模型的原始地形修正系统，其特征在于，所述地形边缘修复模块包括：
根据所述路基地形，得到该路基地形的栅格数据集；从所述栅格数据集中筛选出高程值为有效值的栅格点，采用扩大TIF边缘方法对曲面地形进行边缘修复，即对曲面地形边缘存在的高程值为有效值但是高程值为0的错误栅格点进行修复，得到边缘修复后的路基地形；
其中，所述栅格数据集的属性包括栅格数据集的宽度、栅格数据集的高度、数据集中每个点的高程和地形的波段数。
7.一种计算机终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的基于BIM模型的原始地形修正方法。
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