[发明专利]基于多地层及三维的土石方数量的三角网模型构建方法

说明书

技术领域

本发明是一种多地层属性的道路土石方量的三角网模型分类统计方法，属于道路设计技术领域。

背景技术

土石方数量计算是道路设计最重要的内容之一，为了保护环境、节省投资，在路线设计中要考虑土石方的填挖平衡的原则，故而土石方计算的准确性将直接影响路线CAD及优化设计和路线设计方案的比选。目前道路工程中土石方量的计算采用的是“平均断面法”，即测定沿路线方向的纵横断面，根据实测断面线和设计线计算每个断面的面积，用相邻断面面积的平均值乘以断面之间的距离作为相邻断面之间的填、挖方量，再累加计算路线的总填挖方量，用公式表示为                                                。问题的关键转化为横断面积的计算，因此,不少填挖面积计算的简化方法纷纷出现,如横地面线的单向处理与双向处理、非平行断面间的土方计算,也有利用辛普森（Simpson）公式法等非线性方法对土方量进行计算。但这些方法都有致命的缺点，因为两相邻横断面间的填挖面积并不是线性或按特定规律变化的。从理论上来说，道路土石方量的正确计算必须通过道路设计模型和三维地面模型的叠加来得到。

突飞猛进的空间技术、计算机技术和现代通讯技术推动了以3S为代表的现代测绘技术的研究与应用，数据采集和处理手段的多样化、自动化、智能化程度日益提高，然而道路土石方计算对现代测绘成果的应用并不充分，传统的土石方计算方法外业劳动强度大，内业计算繁琐，容易出错，而且无法区分各地层不同土石的填挖方量。利用业已成熟的数字地面模型技术（Digital Terrain Model，DTM）不仅可以简单、高效、精确地计算土石方量，而且通过多地层的叠加运算可以得到不同土石的填挖方量，减轻工作强度的同时提高了工作精度。三维土方数量计算方法完全可以代替传统的计算方法，其实现也不算复杂，可望在今后的工程中得到应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种在道路工程中基于多地层及三维的土石方数量的三角网模型构建方法，该方法利用三维数字地面模型技术，可以精确计算各地层不同土石的填挖方量，操作简便，能提高道路设计行业的效率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的方法包括以下的具体步骤：

1）基于现有钻孔资料，利用三角网还原各地层层面的三维模型，基于路线走廊内的钻孔资料，利用地层的层顶高程，结合各个钻孔的平面坐标（x ,y），以此为三角形顶点构建地层的狄洛尼三角网模型，用以描述该地层的起伏状况，通过对路线走廊范围地层的还原，实现在该范围内任意指定一点，即可通过三维模型得到该点的具体地层情况的效果，

2）利用多地层模型，按不同的土石分别计算其填挖量，道路三维模型和原地面模型的构建步骤如下：对设计完成的道路模型以横地面线为约束进行三角化，建立道路三角网模型，在平面上,以道路模型三角网叠加原始地面模型三角网,其相交点设为模型的新增点,道路模型边界点也设为新增点,所有原先的三角网边、相交后一边变成的多边均设为约束边，对道路模型三角化产生的所有点及约束边进行带约束的狄洛尼三角网重构，在立面上,将道路模型点投影到原始地面模型得到相应高程,同时将原始地面模型点投影到道路模型得到相应高程,并将相交得到的新点分别投影到两个模型上得到相应的高程，经过以上步骤，就可以得到边网完全重合的道路三维模型和原地面模型三角网，即得到一组由道路模型和原地面模型三角网顶点构成的投影完全重合的三角形对，根据每个三角形对各顶点在三角网模型中的高程坐标，得到各三角形对的体积，累加所有三角形对的体积得到的就是道路与原地面之间的土石方量，按上述方法,可以算出道路三角网模型与地下第一层层底三角网模型之间的土石方量，则即为地下第一层的土石方量，对其他地层分别进行同样的操作，则对任一地层有，即得到了任一地层的土石方量。

基于多地层及三维的土石方数量的计算的成果表达，考虑到现行道路工程中多用“平均断面法”计算土石方数量，多地层及三维土石方数量计算指定一定距离的桩号将整个路线划分成若干段，分段计算不同地层的填挖方数量，按桩号输出填挖方数量Excel表格，满足实际工程中对设计图表的需要。除此之外还可以在AutoCAD 环境下使用三维模型来表达，步骤如下：按照桩号的奇偶性，将各层三角网模型分别放在奇数桩号和偶数桩号图层上，在CAD图层设置中对原地面、各个地层分界面以及道路的设计面使用不同的颜色，可以通过关闭奇数桩号或者偶数桩号图层，而只显示另一个，便于间隔显示道路的三维模型以及中间土层的数据变化。