CN114239337A - 基于地形的数值模型构建方法、装置及电子设备 - Google Patents

基于地形的数值模型构建方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开关于一种基于地形的数值模型构建方法、装置及电子设备，属于岩土工程数值分析技术领域，其中，该方法包括：确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据；根据多角度影像数据，确定地形区域的三维地表模型网格文件；根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况，提高数值模型的生成效率，提高数值模型的准确度。

Description

基于地形的数值模型构建方法、装置及电子设备
技术领域
本公开涉及岩土工程数值分析技术领域，尤其涉及一种基于地形的数值模型构建方法、装置及电子设备。
背景技术
FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua，快速拉格朗日法)是一款岩土工程数值模拟软件，以拉格朗日算法为基础，以有限差分法为计算方式。
目前，利用FLAC3D建立复杂模型的方法为，根据建模数据之间的关系，采集建模数据，建立建模数据库，利用SQL语句从建模数据中，查询生成FLAC3D建模命令流，保存为txt格式，在FLAC3D中调用所生成的建模数据文件，生成模型。上述方案中，在面对复杂实际地形时，创建模型的效率较低且构建的数值模型与实际地形相差较大，不能反应实际地形的细节起伏，同时模型网格的质量不高。
发明内容
本公开提供一种基于地形的数值模型构建方法、装置及电子设备，以至少解决相关技术中在面对复杂实际地形时，创建模型的效率较低且构建的数值模型与实际地形相差较大，不能反应实际地形的细节起伏，同时模型网格的质量不高的问题。本公开的技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于地形的数值模型构建方法，包括：确定待处理的地形区域，以及所述地形区域的多角度影像数据；根据所述多角度影像数据，确定所述地形区域的三维地表模型网格文件；根据所述三维地表模型网格文件，生成所述地形区域的数值模型，以用于预测所述地形区域在外界应力作用下的变形情况。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于地形的数值模型构建装置，包括：第一确定模块，用于确定待处理的地形区域，以及所述地形区域的多角度影像数据；第二确定模块，用于根据所述多角度影像数据，确定所述地形区域的三维地表模型网格文件；生成模块，用于根据所述三维地表模型网格文件，生成所述地形区域的数值模型，以用于预测所述地形区域在外界应力作用下的变形情况。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如上所述的基于地形的数值模型构建方法。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如上所述的基于地形的数值模型构建方法。
根据本公开实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如上所述的一种基于地形的数值模型构建方法。
本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据；根据多角度影像数据，确定地形区域的三维地表模型网格文件；根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况，提高数值模型的生成效率，提高数值模型的准确度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于地形的数值模型构建方法的流程图；
图2为无人机航测地形区域的示意图；
图3是为三维地表模型网格文件的示意图；
图4为构建模型基准组(Group)的示意图；
图5为数值模型基准组(Group)生成数值模型的示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的又一种基于地形的数值模型构建方法的流程图；
图7为三维地表模型网格文件以Geometric Data(几何数据)形式导入FLAC3D的示意图；
图8是根据一示例性实施例示出的基于地形的数值模型构建装置的结构示意图；
图9是根据一示例性实施例示出的一种基于地形的数值模型构建的电子设备的框图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于地形的数值模型构建方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤。
在步骤101中，确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据。
需要说明的是，本公开的基于地形的数值模型构建方法的执行主体为基于地形的数值模型构建装置。本公开实施例的基于地形的数值模型构建方法可以由本公开实施例的基于地形的数值模型构建装置执行，本公开实施例的基于地形的数值模型构建装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的基于地形的数值模型构建方法。
其中，电子设备可以为任一具有计算能力的设备，例如可以为个人电脑(PersonalComputer，简称PC)、移动终端、服务器等，移动终端例如可以为车载设备、手机、平板电脑、个人数字助理、穿戴式设备等具有各种操作系统、触摸屏和/或显示屏的硬件设备。
在本公开实施例中，基于地形的数值模型构建装置执行步骤101的过程例如可以为，获取对预设区域进行多角度影像采集得到的影像数据；确定待处理的地形区域以及对应的位置信息；根据位置信息，从影像数据中选择地形区域的多角度影像数据。
其中，待处理的地形区域指的是爆破区域以及对应的周边边坡区域。多角度影像数据指的是从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度拍摄的地形区域的影像信息。
在本公开实施例中，多角度影像数据例如可以通过无人机摄影获取，其中，无人机可以为带有RTK定位系统的无人机，也可以为其他具备航测功能的无人机，此处不做具体限定，可根据实际需要进行选择。
在本公开实施例中，以带有RTK定位系统的无人机为例，图2为航测地形区域的示意图，如图2所示。无人机的航测作业规划的具体过程可以为，启动无人机的飞行器和遥控器，连接4G网络，信号方式选择网络RTK，并确保飞行器进入RTK定位状态，在遥控器屏幕上调整至需要航测的区域，建立航点选定区域，并设置飞行高度和飞行速度，根据待处理的地形区域以及建模精度的要求，调整航测影像的横向重复率和纵向重复率，并设置云台角度，调整相机参数，然后执行任务，即开始飞行进行航测作业，航测作业完成后，可以自动返航。若中途需要更换电池，可暂停任务，返航更换电池后继续任务，直至完成航测作业。
在本公开实施例中，飞行航线的横向重复率和纵向重复率至少为80％，因为重复率是提高相片连接点的重要保障，重叠率若低，每个地形测图中确定地物形状的特征点仅会在少量影像信息中显现，提取连接点的量会很少，无人机摄影获取的多角度影像数据中的照片连接粗糙，高的重叠率能够使获取的多角度影像数据更精确，从而获取待处理的地形区域更清晰的地形情况。
在步骤102中，根据多角度影像数据，确定地形区域的三维地表模型网格文件。
在本公开实施例中，图3为三维地表模型网格文件的示意图，如图3所示。确定地形区域的三维地表模型网格文件的具体过程可以为，将多角度影像数据导入件ContextCapture(三维实景建模软)，进行空中三角测量完善影像信息，通过空中三角测量质量报告确认空三计算结果是否符合重建数值模型的要求，若符合则可根据计算机性能对数值模型进行切块、坐标系选择，将多角度影像数据转化为三维网格数据并输出OBJ格式的三维地形模型文件。将三维地表模型文件导入Rhino(Rhinoceros，犀牛)软件，并通过FLAC3D生成三维地表模型网格文件。其中，多角度影像数据也可以导入大疆智图(DJITerra)、Pix4D(无人机测绘和摄影测量软件)，此处不做限定，可根据实际情况进行选择。
在步骤103中，根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况。
其中，外界应力例如可以为爆炸导致的应力。
在本公开实施例中，基于地形的数值模型构建装置执行步骤103的过程例如可以为，根据三维地表模型网格文件，确定数值模型的尺寸信息以及坐标信息；根据尺寸信息以及坐标信息，构建数值模型的基准组；根据三维地表模型网格文件，在基准组上构建各个位置的三维地表网格，得到地形区域的数值模型。
举例说明，以正六面体为例，图4为构建数值模型基准组(Group)的示意图，如图4所示。根据三维地表模型网格文件，确定数值模型的尺寸信息以及坐标信息，根据该尺寸信息与坐标信息在三维地表模型网关文件正下方键入命令语句构建基准组，基准组边界要处于三维地表模型网关文件投影边界内。建模命令语句如例句1所示，即通过“zone createbrick”命令输入4个顶点即P0-P4的坐标，并将基准组命名为‘b’。图5为数值模型基准组(Group)生成数值模型的示意图，如图5所示。在数值模型的基准组的基础上键入命令语句，构建各个位置的三维地表网格，对表面区域进行加密，所得的数值模型命名为‘b1’，建模命令语句如例句2所示，从而得到地形区域的数值模型。
例句1：FLAC3D建模命令例句如下：
Zone create brick size 150 150 20 point 0 -470 -350 -500 point 1 390-350 -500 point 2 -470 240 -500 point 3 -470 -350 -400 group‘b’
例句2：FLAC3D建模命令例句如下：
Zone generate from-topography geometry-set‘HP’segments 50 ratio 0.85group‘b1’range group‘b’
综上，确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据；根据多角度影像数据，确定地形区域的三维地表模型网格文件；根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况，提高数值模型的生成效率，提高数值模型的准确度。
为了生成质量更好的网格，得到三维地表模型网格文件，如图6所示，图6是根据一示例性实施例示出的又一种基于地形的数值模型构建方法的流程图，在本公开实施例中，根据多角度影像以及对应的参数信息，生成地形区域的三维地表模型文件，根据该三维地表模型文件，生成三维地表模型网格文件，具体实现过程如下：
在步骤601中，确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据。
在步骤602中，根据多角度影像以及对应的参数信息，生成地形区域的三维地表模型文件。
在本公开实施例中，基于地形的数值模型构建装置执行步骤602的过程例如可以为，根据多角度影像以及对应的参数信息，确定地形区域的三维网格数据；根据三维网格数据，生成三维地表模型文件。
其中，参数信息包括以下参数中的至少一种：经纬度以及高度。三维网格数据指的是地形区域内，各个位置点的经纬度，高度等数据。
在本公开实施例中，生成地形区域的三维地表模型文件的具体过程可以为，将多角度影像数据导入件ContextCapture(三维实景建模软)，进行空中三角测量完善影像信息，通过空中三角测量质量报告确认空三计算结果是否符合重建数值模型的要求，若符合则可根据计算机性能对数值模型进行切块、坐标系选择，将多角度影像数据转化为三维网格数据并输出OBJ格式的三维地形模型文件。
在步骤603中，根据三维地表模型文件，生成三维地表模型网格文件。
在本公开实施例中，根据三维地表模型文件，生成三维地表模型网格文件的具体过程可以为，将三维地表模型文件导入Rhino(Rhinoceros，犀牛)软件中，选中所有网格并点击“文件—导出选取的物件”，生成初始的三维地表模型网格文件。其中，初始的三维地表模型网格文件以DXF文件保存，例如可以命名为“HP”，便于后续使用。图7为三维地表模型网格文件以Geometric Data(几何数据)形式导入FLAC3D的示意图，如图7所示。将初始的三维地表模型网格文件导入FLAC3D，在FLAC3D点击“File-open into project”，选择GeometricData(几何数据)形式导入HP.DXF文件，生成三维地表模型网格文件。
在步骤604中，根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况。
在本公开实施例中，步骤601、604的详细描述可参见图1实施例的步骤101、103，本公开不再赘述。
本公开实施例的基于地形的数值模型构建方法，通过根据多角度影像以及对应的参数信息，生成地形区域的三维地表模型文件；根据三维地表模型文件，生成三维地表模型网格文件，提高数值模型的生成效率，提高数值模型的准确度。
为了实现上述实施例，本公开实施例提出了一种基于地形的数值模型构建装置。
图8是根据一示例性实施例示出的基于地形的数值模型构建装置的结构示意图，参照图8，该基于地形的数值模型构建装置800，可以包括：第一确定模块810、第二确定模块820和生成模块830。
其中，第一确定模块810，用于确定待处理的地形区域，以及所述地形区域的多角度影像数据；第二确定模块820，用于根据所述多角度影像数据，确定所述地形区域的三维地表模型网格文件；生成模块830，用于根据所述三维地表模型网格文件，生成所述地形区域的数值模型，以用于预测所述地形区域在外界应力作用下的变形情况。
作为本公开实施例的一种可能实现方式，所述第一确定模块810具体用于，获取对预设区域进行多角度影像采集得到的影像数据；待处理的地形区域以及对应的位置信息；根据所述位置信息，从所述影像数据中选择所述地形区域的多角度影像数据。
作为本公开实施例的一种可能实现方式，所述多角度影像数据包括：多角度影像以及对应的参数信息，所述第二确定模块820具体用于，根据所述多角度影像以及对应的参数信息，生成所述地形区域的三维地表模型文件；根据所述三维地表模型文件，生成所述三维地表模型网格文件。
作为本公开实施例的一种可能实现方式，所述第二确定模块820具体用于，根据所述多角度影像以及对应的参数信息，确定所述地形区域的三维网格数据；根据所述三维网格数据，生成所述三维地表模型文件。
作为本公开实施例的一种可能实现方式，所述生成模块830具体用于，根据所述三维地表模型网格文件，确定所述数值模型的尺寸信息以及坐标信息；根据所述尺寸信息以及所述坐标信息，构建所述数值模型的基准组；根据所述三维地表模型网格文件，在所述基准组上构建各个位置的三维地表网格，得到所述地形区域的数值模型。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本公开实施例的基于地形的数值模型构建装置，通过确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据；根据多角度影像数据，确定地形区域的三维地表模型网格文件；根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况，提高数值模型的生成效率，提高数值模型的准确度。
图9是根据一示例性实施例示出的一种基于地形的数值模型构建方法的电子设备的框图。
如图9所示，上述电子设备900包括：
存储器910及处理器920，连接不同组件(包括存储器910和处理器920)的总线930，存储器910存储有计算机程序，当处理器920执行所述程序时实现本公开实施例所述的基于地形的数值模型构建方法。
总线930表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
电子设备900典型地包括多种电子设备可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备900访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器910还可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)940和/或高速缓存存储器950。电子设备900可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统960可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图9未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图9中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线930相连。存储器910可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块970的程序/实用工具980，可以存储在例如存储器910中，这样的程序模块970包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块970通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备900也可以与一个或多个外部设备990(例如键盘、指向设备、显示器991等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备900交互的设备通信，和/或与使得该电子设备900能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口992进行。并且，电子设备900还可以通过网络适配器993与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图9所示，网络适配器993通过总线930与电子设备900的其它模块通信。应当明白，尽管图9中未示出，可以结合电子设备900使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理器920通过运行存储在存储器910中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。
需要说明的是，本实施例的电子设备的实施过程和技术原理参见前述对本公开实施例的基于地形的数值模型构建方法的解释说明，此处不再赘述。
本公开实施例提供的电子设备，可以执行如前所述的基于地形的数值模型构建方法，通过确定待处理的地形区域，以及地形区域的多角度影像数据；根据多角度影像数据，确定地形区域的三维地表模型网格文件；根据三维地表模型网格文件，生成地形区域的数值模型，以用于预测地形区域在外界应力作用下的变形情况，提高数值模型的生成效率，提高数值模型的准确度。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种存储介质。
其中，该存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如前所述的基于地形的数值模型构建方法。
为了实现上述实施例，本公开还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如前所述的基于地形的数值模型构建方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于地形的数值模型构建方法，其特征在于，包括：
确定待处理的地形区域，以及所述地形区域的多角度影像数据；
根据所述多角度影像数据，确定所述地形区域的三维地表模型网格文件；
根据所述三维地表模型网格文件，生成所述地形区域的数值模型，以用于预测所述地形区域在外界应力作用下的变形情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定待处理的地形区域，以及所述地形区域的多角度影像数据，包括：
获取对预设区域进行多角度影像采集得到的影像数据；
确定待处理的地形区域以及对应的位置信息；
根据所述位置信息，从所述影像数据中选择所述地形区域的多角度影像数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多角度影像数据包括：多角度影像以及对应的参数信息，所述根据所述多角度影像数据，确定所述地形区域的三维地表模型网格文件，包括：
根据所述多角度影像以及对应的参数信息，生成所述地形区域的三维地表模型文件；
根据所述三维地表模型文件，生成所述三维地表模型网格文件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述多角度影像以及对应的参数信息，生成所述地形区域的三维地表模型文件，包括：
根据所述多角度影像以及对应的参数信息，确定所述地形区域的三维网格数据；
根据所述三维网格数据，生成所述三维地表模型文件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维地表模型网格文件，生成所述地形区域的数值模型，包括：
根据所述三维地表模型网格文件，确定所述数值模型的尺寸信息以及坐标信息；
根据所述尺寸信息以及所述坐标信息，构建所述数值模型的基准组；
根据所述三维地表模型网格文件，在所述基准组上构建各个位置的三维地表网格，得到所述地形区域的数值模型。
6.一种基于地形的数值模型构建装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定待处理的地形区域，以及所述地形区域的多角度影像数据；
第二确定模块，用于根据所述多角度影像数据，确定所述地形区域的三维地表模型网格文件；
生成模块，用于根据所述三维地表模型网格文件，生成所述地形区域的数值模型，以用于预测所述地形区域在外界应力作用下的变形情况。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于，
获取对预设区域进行多角度影像采集得到的影像数据；
确定待处理的地形区域以及对应的位置信息；
根据所述位置信息，从所述影像数据中选择所述地形区域的多角度影像数据。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1-5中任一项所述的基于地形的数值模型构建方法。
9.一种存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1-5中任一项所述的基于地形的数值模型构建方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1-5中任一项所述的基于地形的数值模型构建方法。
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