[发明专利]一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法

说明书

本发明公开了一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法：(1)确定挖槽底部的多段线轮廓、各个边所坡比和挖槽高程；(2)在三维建模平台中建立挖槽底部轮廓，并进行封闭性检验；(3)对挖槽底部轮廓线段排序；(4)根据各条边的坡比求出坡面所在的平面方程，并求得相邻两个坡面平面的交线，即挖槽的棱线；(5)依次求出各个棱线在挖槽高程处的点的坐标，并依次相连生成挖槽上口轮廓；(6)将挖槽上口轮廓与底部轮廓的各个线段一一对应，生成挖槽侧面；(7)根据三维挖槽模型进行疏浚作业。本发明将繁琐的挖槽三维建模过程程序化，用多种计算机图形学算法相结合的方式取代传统建模中所有的人为判断的过程，简化了复杂挖槽的建模设计流程。

技术领域

本发明涉及疏浚工程、三维建模分析以及计算机图形学，特别涉及一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法。

背景技术

航道、港池、泊位挖槽的设计是疏浚港口航道疏浚工程设计最为重要的内容之一。挖槽的设计与工程质量和工程成本息息相关，合理的挖槽设计能够缩短工期、提高工程质量、节约工程成本。

然而，挖槽设计是一个非常复杂的过程。首先，它需要考虑的因素众多，如挖槽断面土质种类、物理力学特性、海域波浪水流以及泥沙沉积的影响、航道被掩护的程度、疏浚设备类型和施工方法、边坡形成的时间等。其次，挖槽边坡本身包含不同种类，大体可分为设计边坡和稳定边坡，设计边坡是根据开挖航槽的土质物理力学特性而确定的；稳定边坡是在两次维护期之间，定期维护疏浚开始前，由于各种外部影响因素作用下，形成相对平衡和比较稳定的边坡。另外，在地质条件复杂的地区，疏浚挖槽可能贯穿多个不同土层，不同土层的土质类型不同、物理力学特性也不同，常需要设计多级边坡。在实际放坡过程中，坡度设计都比较保守，坡比较缓。这就导致在很多情况下超挖土方量会比较大，尤其是地质环境为岩石类的挖槽，偏保守的坡度设计会增大疏浚土的超挖量，以致极大地增加开挖的成本。

由此可见，挖槽的设计是疏浚过程中至关重要，又非常复杂的一个环节。在传统的挖槽设计过程中，设计人员大都是借助CAD进行剖面分析，但二维的图形显示度有限，难以满足复杂挖槽的设计需求。对于三维建模平台，目前业内广泛应用的疏浚设计软件为Hpack、CASS，但这些软件仅提供了基本的建模功能，并没有给出针对复杂挖槽的快速建模方法。在设计过程中，由于需要的考虑的因素众多，一旦某个影响因素发生改变，挖槽就需要重新设计，这一过程极为繁琐，工作量很大。因此，设计人员亟需一种高度自动化的，可以对复杂挖槽在三维平台上进行快速建模的方法。

发明内容

本发明的目的是将繁琐的挖槽三维建模过程程序化，利用计算机图形学算法取代建模中的人为分析过程，提供一种高度自动化的复杂挖槽的快速建模方法，简化了复杂挖槽的建模设计流程。

本发明所采用的技术方案是：一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，包括以下步骤：

步骤A，确定施工区挖槽底部的多段线轮廓和各个边所对应的坡比，以及挖槽高程；

步骤B，在三维建模平台中建立挖槽底部轮廓，并进行封闭性检验；

步骤C，对挖槽底部轮廓的各个线段进行排序；

步骤D，根据各条边的坡比求出坡面所在的平面方程，并求得相邻两个坡面平面的交线，即挖槽的棱线；

步骤E，依次求出各个棱线在挖槽高程处的点的坐标，并依次相连生成挖槽上口轮廓；

步骤F，将挖槽上口轮廓与底部轮廓的各个线段一一对应，生成挖槽侧面，至此，完成三维挖槽模型建模；

步骤G，根据三维挖槽模型进行疏浚作业。

进一步地，步骤A中，所述的挖槽底部的多段线轮廓为若干线段组成的凸多边形或凹多边形，各个线段为由两个点组成的数组，各个线段在同一高程或在不同高程。