CN117034434A - 一种基于安全评价的道路模型快速生成方法 - Google Patents

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闫向阳
孟园英
赵晓峰
杜博英
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    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects

Abstract

本发明涉及道路模型设计技术领域，尤其涉及一种基于安全评价的道路模型快速生成方法；包括以下步骤：S1、建立二维数据模板，二维数据模板包含平面文件、纵断面文件、超高文件、宽度文件和控制文件；S2、程序根据不同线形以及对应的参数，自动生成平面线形，并将不同线形所对应的控制点连接过渡形成平面路线模型；S3、按照纵断面文件中的标高参数调整平面路线模型，生成三维路线模型；S4、按照控制文件参数自动布置桥梁、隧道以及路基，生成最终的三维道路模型；通过导入传统二维设计文件快速建立三维道路模型，实现了二维、三维数据的互联互通，并通过现有的二维设计文件数据快速地进行三维道路模型的生成。

Description

一种基于安全评价的道路模型快速生成方法
技术领域
本发明涉及道路模型设计技术领域，尤其涉及一种基于安全评价的道路模型快速生成方法。
背景技术
近年来，我国大力发展基础交通建设，对于道路建设准备阶段，需要先进行道路模型的建立，而目前所建立的道路模型分为二维模型和三维模型，二维模型通常由设计人员通过CAD等专业制图软件绘制而成，通常展示平、纵、横二维图纸，三维模型则是设计人员通过solidworks、UG等专业的建模软件手动制成，但是由于三维模型建立周期较长，在实际操作过程中，二维模型的建立比较三维模型而言更受欢迎，但是二维模型不如三维模型那样形象、直观，并且在路线发生变化的情况下，无法做到联动修改，修改工程量巨大。
目前，我国随着建筑行业、地铁行业的不断深入研究和应用，BIM技术优势和综合效益也逐步显现，BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，为建设项目全生命期设计、施工和运营服务的“数字模型”，BIM技术是一种应用于工程策划、设计、建造和管理的数字化工具，通过模型整合各种项目信息，在项目策划、设计、建造、运行和维护的全生命期过程中进行信息共享和传递，使各参与方对信息作出正确的理解和应对，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要的作用。
但是目前BIM技术在公路行业的应用并不广泛，并且也没有将现有的二维设计文件与三维BIM模型数据互联互通的设计。
因此，亟需提供一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，相对于现有技术，实现现有的二维设计文件与三维BIM模型数据互联互通。
发明内容
本发明解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于安全评价的道路模型快速生成方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，包括以下步骤：
S1、建立二维设计文件数据模板，二维设计文件数据模板包含平面文件、纵断面文件、超高文件、宽度文件和控制文件；
S2、平面文件数据包括直线、圆曲线和缓和曲线，程序根据不同线形以及对应的参数，自动生成平面线形，并将不同线形所对应的控制点连接过渡形成平面路线模型；
S3、按照纵断面文件中的标高参数调整平面路线模型，生成三维路线模型；
S4、按照控制文件参数自动布置桥梁、隧道以及路基，生成最终的三维道路模型。
进一步地，所述缓和曲线上控制点pt坐标参数根据切线支距法计算，具体通过下述公式计算得出：
上式中，Dist表示为距离分段路线起始位置的长度，R为该控制点所在的缓和曲线上的圆曲线的半径，TotalL为分段路线长度。
更进一步地，缓和曲线pt坐标计算取点间隔设为5米。
更进一步地，所述缓和曲线还分为下述几种线形：由直线过渡到圆曲线的缓圆曲线、由圆曲线过渡到直线的圆缓曲线、由大半径圆曲线过渡到小半径圆曲线的卵形曲线小、由小半径圆曲线过渡到大半径圆曲线的卵形曲线大。
进一步地，路线的平面为路线中线在水平面上的投影。
进一步地，根据二维设计文件数据模板，设计配套的程序数据结构，用于存储二维数据，程序数据结构根据线形的不同分段存储路线信息。
进一步地，S3步骤中按照纵断面文件标高调整平面路线模型的具体方法为：平面路线模型生成后，按照不同线形的方位角旋转，并根据纵断面文件计算得到平面上不同线形上的各个控制点的高程信息，生成正确的三维路线模型。
更进一步地，S3步骤中还通过纵断面文件的变坡点桩号和坡度值得出安全评价系统所需的各种路段信息。
进一步地，S4步骤中根据实际需要对于控制文件中未涉及的参数通过系统提供的参数界面进行设定，结合控制文件参数和通过系统设定的参数自动布置桥梁、隧道以及路基，生成最终的三维道路模型。
更进一步地，控制文件中对于桥梁的参数包括含有桥涵的起终点桩号、中心桩号、桥名、跨径表达式、路线角度、标高和分幅类型；控制文件中对于隧道的参数包括起终点桩号、隧道名。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明通过定义二维设计文件数据模板，可以统一解析目前的二维设计数据文件，同时，该模板也为后期直接进行三维设计奠定了路线数据结构的基础；本发明还对公路传统的二维设计文件的数据进行分析和BIM软件文件结构进行解析，建立了二维设计文件与三维BIM模型的标准数据接口，通过导入传统二维设计文件快速建立三维道路BIM评价模型，实现了二维、三维数据的互联互通，并通过现有的二维设计文件数据快速地进行道路三维模型的生成。
（2）本发明对于后期数据需要更改时，只需在BIM系统上输入正确的数值后，三维模型也会相应的作出修改，相比于传统的人工二维模型设计、人工三维模型设计，大大减少了修改工程量。
附图说明
图1是本发明的设计流程图。
图2是本发明最终形成的三维道路模型的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，包括以下步骤：
S1、进行二维设计文件数据模板建立、程序数据结构设计等准备工作，具体包括以下步骤：
S101、建立二维设计文件数据模板。
由于设计单位的路线设计成果大多以平、纵、横二维图纸的形式展示，具体包括平面文件、纵断面文件、超高文件、宽度文件和控制文件等，横断面图纸还需要通过上述文件结合生成；但是由于不同的设计软件生成的二维设计数据文件格式差异较大，无法统一读取，所以需要根据路线设计文件特征，提取并统一定义二维设计文件数据模板，包括平面文件、纵断面文件、超高文件、宽度文件和控制文件，具体为：
（1）平面文件包括以下数据：直线、圆曲线、缓和曲线；直线包括以下参数：起终点桩号、起终点方位角、转向、长度、控制点坐标；圆曲线包括以下参数：起终点桩号、起终点方位角、转向、长度、控制点坐标、圆曲线半径；缓和曲线包括以下参数：起终点桩号、起终点方位角、转向、长度、控制点坐标、起终点半径、A值。
（2）纵断面文件包括以下数据：变坡点；变坡点包括以下参数：变坡点桩号、标高、半径。
（3）超高文件包括以下数据：分段超高；分段超高包括以下参数：特征桩号左右侧土路肩、硬路肩、行车道横坡值。
（4）宽度文件包括以下数据：分段宽度；分段宽度包括以下参数：起终点桩号、中分带宽度、路面宽度、土路肩宽度、硬路肩宽度。
（5）控制文件包括以下数据：桥梁、隧道；桥梁包括以下参数：起终点桩号、中心桩号、桥名、跨径表达式、路线角度、标高、分幅类型；隧道包括以下参数：起终点桩号、隧道名。
S102、BIM软件的程序数据结构设计。
根据二维设计文件数据模板，在BIM软件中设计配套的程序数据结构，负责存储二维数据，部分平面程序数据结构如下表所示：
表1 部分平面程序数据结构
纵断面程序数据结构如下表所示：
表2 纵断面程序数据结构
在系统接入平面设计数据后，按照表1中的结构根据线形不同分段存储线路信息，再结合表2所示的纵断面数据，生成三维路线模型。
S2、创建平面路线模型。
路线的平面为路线中线在水平面（即xy平面）上的投影，平面路线模型根据各分段路线平面文件数据的数组，程序根据不同线形以及对应的参数，自动生成平面线形，并根据控制点连接过渡而成。
具体地说，平面文件数据中道路曲线类型分为以下6种：直线、圆曲线、缓圆曲线、圆缓曲线、卵形曲线小、卵形曲线大、无效类型；再具体地说，缓圆曲线为由直线过渡到圆曲线的缓和曲线；圆缓曲线为由圆曲线过渡到直线的缓和曲线；卵形曲线小为由大半径圆曲线过渡到小半径圆曲线的缓和曲线；卵形曲线大为由小半径圆曲线过渡到大半径圆曲线的缓和曲线。
其中，直线、圆曲线的控制点坐标根据二维设计文件数据中的相关参数计算取得。
缓和曲线上控制点的pt坐标依据切线支距法计算，具体计算公式为：
上式中，Dist为距离分段路线起始位置的长度，R为该控制点所在的缓和曲线上的圆曲线的半径，TotalL为分段路线长度。
直线与圆曲线上控制点的坐标根据平面文件中的控制点坐标得出。
为了更好的提升路线精度以及平滑度，坐标计算取点间隔为5米，间隔取点后计算得出的坐标值为平面文件中缓和曲线参数中的控制点坐标。
S3、按照纵断面文件标高调整平面路线模型，生成三维路线模型。
平面线形生成后，按照不同线形的方位角旋转，并根据纵断面计算得到平面上不同线形的各个控制点的高程信息，最终得到正确的三维路线模型；纵断面表示路线起伏状况，是指沿路线中线作铅锤剖面在线向展直后的立面图；同时，通过纵断面变坡点桩号以及坡度值得到安全评价系统需要的各种路段信息，具体路段信息包括：“平直路段”、“纵坡路段”、“平曲线路线（入口直线-曲线）”、“平曲线路段（入口曲线-曲线）”、“平曲线路段（出口曲线-直线）”、“平曲线路段（出口曲线-曲线）”、“弯坡组合路段（入口直线-曲线）”、“弯坡组合路段（入口曲线-曲线）”、“弯坡组合路段（出口曲线-直线）”、“弯坡组合路段（出口曲线-曲线）”、“互通区平直路段”、“互通区纵坡路段”、“互通区平曲线路段（入口直线-曲线）”、“互通区平曲线路段（入口曲线-曲线）”、“互通区平曲线路段（出口曲线-直线）”、“互通区平曲线路段（出口曲线-曲线）”、“互通区弯坡组合路段（入口直线-曲线）”、“互通区弯坡组合路段（入口曲线-曲线）”、“互通区弯坡组合路段（出口曲线-直线）”、“互通区弯坡组合路段（出口曲线-曲线）”、“隧道洞口200米”、“隧道内”、“驶出隧道洞口后100米”、“无效类型”。
S4、按照控制文件自动布置桥梁、隧道以及路基。
控制文件对于桥梁的参数包括含有桥涵的起终点桩号、中心桩号、桥名、跨径表达式、路线角度、标高、分幅类型等信息，控制文件对于隧道的参数包括起终点桩号和隧道名，同时对于控制文件未包含的构件的具体参数信息，系统上提供了参数界面，可以根据实际需要在BIM软件上设置构件参数。
结合控制文件所包含的信息以及根据实际需要通过系统设定的构件参数，在已生成的三维线路上按照上述信息、参数自动布设桥梁、隧道以及路基主体，形成完整的三维道路模型（如图2所示）。
本发明通过定义二维设计文件数据模板，可以统一解析目前的二维设计数据文件，同时，该模板也为后期直接进行三维设计奠定了路线数据结构的基础；本发明还对公路传统的二维设计文件的数据分析和BIM软件文件结构解析，建立了二维设计文件与三维BIM模型的标准数据接口，通过导入传统二维设计文件快速建立三维道路BIM评价模型，实现了二维、三维数据的互联互通，并通过现有的二维设计文件数据快速地进行道路三维模型的生成，并对于后期数据需要更改时，只需在系统上输入正确的数值后，三维模型也会相应的作出修改，大大减少了修改工程量。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立二维设计文件数据模板，二维设计文件数据模板包含平面文件、纵断面文件、超高文件、宽度文件和控制文件；
S2、平面文件数据包括直线、圆曲线和缓和曲线，程序根据不同线形以及对应的参数，自动生成平面线形，并将不同线形所对应的控制点连接过渡形成平面路线模型；
S3、按照纵断面文件中的标高参数调整平面路线模型，生成三维路线模型；
S4、按照控制文件参数自动布置桥梁、隧道以及路基，生成最终的三维道路模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，所述缓和曲线上控制点pt坐标参数根据切线支距法计算，具体通过下述公式计算得出：
上式中，Dist表示为距离分段路线起始位置的长度，R为该控制点所在的缓和曲线上的圆曲线的半径，TotalL为分段路线长度。
3.根据权利要求2所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，缓和曲线pt坐标计算取点间隔设为5米。
4.根据权利要求2所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，所述缓和曲线还分为下述几种线形：由直线过渡到圆曲线的缓圆曲线、由圆曲线过渡到直线的圆缓曲线、由大半径圆曲线过渡到小半径圆曲线的卵形曲线小、由小半径圆曲线过渡到大半径圆曲线的卵形曲线大。
5.根据权利要求1所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，路线的平面为路线中线在水平面上的投影。
6.根据权利要求1所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，根据二维设计文件数据模板，设计配套的程序数据结构，用于存储二维数据，程序数据结构根据线形的不同分段存储路线信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，S3步骤中按照纵断面文件标高调整平面路线模型的具体方法为：平面路线模型生成后，按照不同线形的方位角旋转，并根据纵断面文件计算得到平面上不同线形上的各个控制点的高程信息，生成正确的三维路线模型。
8.根据权利要求7所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，S3步骤中还通过纵断面文件的变坡点桩号和坡度值得出安全评价系统所需的各种路段信息。
9.根据权利要求1所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，S4步骤中根据实际需要对于控制文件中未涉及的参数通过系统提供的参数界面进行设定，结合控制文件参数和通过系统设定的参数自动布置桥梁、隧道以及路基，生成最终的三维道路模型。
10.根据权利要求9所述的一种基于安全评价的道路模型快速生成方法，其特征在于，控制文件中对于桥梁的参数包括含有桥涵的起终点桩号、中心桩号、桥名、跨径表达式、路线角度、标高和分幅类型；控制文件中对于隧道的参数包括起终点桩号、隧道名。
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