[发明专利]一种基于多源数据融合的边坡三维数字孪生模型建立方法

说明书

本发明公开了一种多源数据融合的边坡三维数字孪生模型建立方法，包括：采用倾斜摄影方法获得边坡地表模型；采用空间插值算法生成三维多层数字高程模型；生成地表地形等高线；采用空间插值算法重构地形面；利用重构的地形面网格替代多层DEM的地表层网格，形成修正的三维多层DEM，基于网格地层分析生成三维地层体元模型；生成边坡表面模型，生成结构体模型；将三维地层体元模型、边坡表面模型与结构体模型整合形成边坡三维数字孪生模型；按统一拓扑关系产生边坡三维数字孪生模型数据；在实现多源数据的有效融合，建立边坡三维数字孪生模型；可以为岩土工程计算分析提供仿真模型，采用多种几何拓扑描述方式，数据形式适应性强。

技术领域

本发明属于土木建筑、工程地质、水利水电、交通等岩土工程与防灾减灾工程技术领域，具体涉及一种基于多源数据融合的边坡三维数字孪生模型建立方法。

背景技术

我国是世界上边坡地质灾害最为严重的国家之一。而且，伴随随着我国建筑、水利、交通领域的边坡工程规模越来越大。近年来，频发的边坡地质灾害给我国人民生命财产安全造成巨大损失，同时严重威胁一大批在建与将建的工程，成为制约国家战略实施的关键问题边坡地质灾害的防治问题成为岩土工程领域的重要研究方向。

建立合理的边坡三维地质模型是边坡防治的重要前提。近几十年来，空间信息技术的综合应用飞速发展，促进了数字地球技术体系的产生。地理信息系统(GeographicInformation System,GIS)作为数字地球的支撑技术，其发展为数字地球的实现提供了重要的保证。边坡是经历了漫长的地质历史年代而生成的地质体，人们在长期的工程实践中积累了大量的数据资料，对这些数据和信息的数字化、定量化以及智能化的要求日益提高。GIS技术体系的发展为边坡三维地质建模奠定了坚实的基础。

目前，针对边坡三维地质建模主要是利用钻孔资料，通过空间插值算法描述边坡地层，考虑边坡的挡土墙、抗滑桩、锚杆等支挡结构的研究尚不多见。随着BIM、无人机等新兴技术的发展，边坡的参数获取方法与建模技术也是日新月异。因此，如何将地层和工程设计参数等多源数据有效融合，成为构建边坡三维数字孪生模型的技术瓶颈。

发明内容

为了实现上述目的，本发明涉及：一种基于多源数据融合的边坡三维为解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种将地层和工程设计参数等多源数据有效融合的多源数据融合的边坡三维数字孪生模型建立方法，包括如下步骤：

步骤一、采用倾斜摄影方法获得边坡地表模型；

步骤二、结合钻孔资料与无人机倾斜摄影图像、边坡坡面设计参数、支挡结构设计参数，采用空间插值算法生成三维多层数字高程模型(DEM)，采用面—网格—顶点描述；

步骤三、利用倾斜摄影所摄图像，采用建模软件生成地表地形等高线，再采用空间插值算法重构地形面，采用面—网格—顶点描述；

步骤四、利用重构的地形面网格替代多层DEM(数字高程模型)的地表层网格，但需要保留钻孔位置所在的网格，形成修正的三维多层DEM，基于网格地层分析生成三维地层体元模型，采用体—顶点描述；

步骤五、利用边坡坡面设计参数，生成边坡表面模型，采用面—顶点描述；

步骤六、利用支挡结构设计参数，采用BIM建模软件生成结构体模型，采用体—面—线—顶点描述；

步骤七、将三维地层体元模型、边坡表面模型与结构体模型整合形成边坡三维数字孪生模型；

步骤八、按体—面—线—顶点的统一拓扑关系产生边坡三维数字孪生模型数据。

进一步的，所述倾斜摄影方法采用无人机倾斜摄影。

进一步的，所述步骤二中采用空间插值算法生成三维多层数字高程模型具体步骤为：