【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及隧道設計，尤其涉及一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法。
技術介紹
1、在鐵路山嶺隧道洞口工程的建設中，常常伴隨著大量的天然和人工邊坡。其中，邊仰坡開挖邊界線的確定是設計截水天溝、計算工程量和開挖施工放樣等后續設計、施工的前提，是隧道洞口設計的重要內容之一。
2、目前，隧道洞口邊、仰坡開挖方案的設計均是在二維橫、縱斷面上進行，故開挖邊界線也是由人工計算且最終表達在平面圖上的二維多段線，其主要求解流程為：以隧道洞口設計起點間隔10m劃定設計斷面并完成邊仰坡開挖參數設計；令設計斷面跡線與等高線相交，逐一計算交點位置并手動繪制線；計算設計開挖線與自然地面線交點至隧道中線的水平距離；根據上述距離在平面圖內作出開挖邊界線控制點，人工識別出控制點順序，并手動連接為樣條線?？梢钥闯觯淼蓝纯谶呇銎麻_挖邊界線的設計求解過程包含大量需要人工識別、計算和手動繪制的步驟，且最終成果以二維形式輸出，不能滿足當前高效、精細化設計的需求。
3、上述內容僅用于輔助理解本專利技術的技術方案，并不代表承認上述內容是現有技術。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法，旨在解決現有技術在對到設計上自動化程度低、精度低的技術問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法，所述方法包括以下步驟：
3、建立隧道洞口局部坐標系，并根據所述隧道洞口局部坐標系生成隧道洞
4、基于所述隧道洞口三維線路和所述地形模型生成邊仰坡設計斷面，并確定開挖參數；
5、根據投影法計算所述邊仰坡設計斷面的特征點，根據所述特征點生成所述邊仰坡設計斷面的自然地面線；
6、根據所述邊仰坡設計斷面及其開挖參數生成開挖后邊坡表面線，與所述自然地面線，與所述自然地面線相交求出開挖邊界控制點的坐標集合；
7、根據聚類-改進離散灰狼算法對所述開挖邊界控制點的坐標集合進行排序，得到有序的控制點坐標集；
8、根據三維樣條曲線與所述有序的控制點坐標集擬合得到三維開挖邊界線。
9、可選地，所述基于所述隧道洞口三維線路和所述地形模型生成邊仰坡設計斷面，并確定開挖參數，包括：
10、確定隧道洞口內的控制性里程；
11、將以所述控制性里程的線路坐標為原點，以垂直于所述線路的平面作為邊坡控制設計斷面，并確定所述邊坡控制設計斷面的開挖參數，所述邊坡控制設計斷面的開挖參數至少包括臨時邊坡坡高、坡率以及永久邊坡坡高、坡率、臺階寬度；
12、將以明暗分界里程為原點，以平行于所述線路的平面作為仰坡控制設計斷面，并確定所述仰坡控制設計斷面的開挖參數，所述仰坡控制設計斷面的開挖參數至少包括臨時仰坡坡高、坡率以及永久仰坡坡高、坡率、臺階寬度；
13、對所述邊坡控制設計斷面和所述仰坡控制設計斷面的間隙按照預設間隔加密，得到邊坡加密設計斷面和仰坡加密設計斷面；
14、利用所述邊坡控制設計斷面和仰坡控制設計斷面的開挖參數進行插值，得到所述邊坡加密設計斷面和仰坡加密設計斷面的開挖參數。
15、可選地，所述根據投影法計算所述邊仰坡設計斷面的特征點，根據所述特征點生成所述邊仰坡設計斷面的自然地面線，包括：
16、根據所述邊仰坡設計斷面的原點沿垂直于線路方向得到所述邊仰坡設計斷面在水平面上的投影跡線；
17、根據預設離散精度對所述投影跡線離散，得到多個分段點；
18、根據斷面原點坐標，垂直于線路方向的方向向量以及斷面投影跡線的長度得到所述設計斷面內地面線的特征點的平面坐標；
19、根據所述設計斷面內地面線的特征點的平面坐標作垂直射線與單位地形表面相交，將交點添加到地形面交點列表；
20、將所述地形面交點列表的交點按照順序連接，生成所述邊仰坡設計斷面的自然地面線。
21、可選地，所述根據根據所述邊仰坡設計斷面及其開挖參數生成開挖后邊/仰坡表面線，并根據所述開挖后邊/仰坡表面線與所述自然地面線的交點得到開挖邊界控制點的坐標集合，包括：
22、建立開挖邊界控制點集；
23、根據所述開挖參數計算并繪制出開挖后邊/仰坡表面線；
24、將所述開挖后邊/仰坡表面線與同一斷面的自然地面線做相交運算，得到控制點坐標，并將所述控制點坐標添加到所述開挖邊界控制點集內。
25、可選地，所述根據聚類-改進離散灰狼算法對所述開挖邊界控制點的坐標集合排序，得到有序的控制點坐標集，包括：
26、利用k均值聚類對所述開挖邊界控制點坐標集合分割，得到左側子集和右側子集；
27、分別遍歷所述左側子集和所述右側子集，將子集內距離分割線最近的點作為對應子集的排序起點；
28、根據改進離散灰狼算法，以所述排序起點分別對所述左側子集和右側子集內的控制點坐標進行排序；
29、對排序后的右側子集進行逆序操作，并將逆序后的右側子集與排序后的左側子集重新拼接，得到所述有序的控制點坐標集。
30、可選地，所述根據改進離散灰狼算法，以所述排序起點對所述開挖邊界控制點的坐標集排序，包括：
31、確定所述改進離散灰狼算法的基本參數，所述基本參數至少包括種群數量、變量維度、搜索空間、基本變異比、最大變異比、迭代次數；
32、根據所述控制點坐標集中的待排序點數，將點的索引作為一組排序解；
33、按照所述排序解的順序連接坐標集中的控制點得到一條多段線，將該多段線的長度作為適應度；
34、基于種群數量根據洗牌算法生成多組可行的排序解，同一組排序解中不重復出現相同的點；
35、對所述適應度排序，將所述適應度大于變鄰域下限的部分進行變鄰域搜索，所述變鄰域下限由基本變異比、最大變異比、當前迭代次數與最大迭代次數得到；
36、根據當前個體的位置向群體中最優位置移動的方向確定交換序；
37、根據所述交換序與隨機數確定所述當前個體的位置更新序；
38、根據所述當前個體的位置更新序對所述當前個體的位置進行更新；
39、重復執行所述對所述適應度排序，將所述適應度大于變鄰域下限的部分進行變鄰域搜索的步驟，直至迭代次數達到上限。
40、此外，為實現上述目的，本專利技術還提出一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解裝置，所述隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解裝置包括：
41、求解準備模塊，用于建立隧道洞口局部坐標系，并根據所述隧道洞口局部坐標系生成隧道洞口三維線路和地形模型；
42、斷面求解模塊，用于基于所述隧道洞口三維線路和所述地形模型生成邊仰坡設計斷面，并確定開挖參數；
43、曲線求解模塊，還用于根據投影法計算所述邊仰坡設計斷面的特征點，根據所述特征點生成所述邊仰坡設計斷面的自然地面線；本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法，其特征在于，所述隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法包括：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述隧道洞口三維線路和所述地形模型生成邊仰坡設計斷面，并確定開挖參數，包括：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據投影法計算所述邊仰坡設計斷面的特征點，根據所述特征點生成所述邊仰坡設計斷面的自然地面線，包括：
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述邊仰坡設計斷面及其開挖參數生成開挖后邊/仰坡表面線，并根據所述開挖后邊/仰坡表面線與所述自然地面線得到開挖邊界控制點的坐標集合，包括：
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據聚類-改進離散灰狼算法對所述開挖邊界控制點的坐標集合進行排序，得到有序的控制點坐標集，包括：
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述根據改進離散灰狼算法，以所述排序起點對所述開挖邊界控制點的坐標集排序，包括：
7.一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解裝置，其特征在于，所述隧道洞口邊仰坡三維開
8.一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解設備，其特征在于，所述設備包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解程序，所述隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解程序配置為實現如權利要求1至6中任一項所述的隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法的步驟。
9.一種存儲介質，其特征在于，所述存儲介質上存儲有隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解程序，所述隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解程序被處理器執行時實現如權利要求1至6任一項所述的隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法，其特征在于，所述隧道洞口邊仰坡三維開挖邊界線智能求解方法包括：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述隧道洞口三維線路和所述地形模型生成邊仰坡設計斷面，并確定開挖參數，包括：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據投影法計算所述邊仰坡設計斷面的特征點，根據所述特征點生成所述邊仰坡設計斷面的自然地面線，包括：
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述邊仰坡設計斷面及其開挖參數生成開挖后邊/仰坡表面線，并根據所述開挖后邊/仰坡表面線與所述自然地面線得到開挖邊界控制點的坐標集合，包括：
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據聚類-改進離散灰狼算法對所述開挖邊界控制點的坐標集合進行排序，得到有序的控制點坐標集，包括：
6.如權利要求5所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：戴林發寶，陳韶平，孫文昊，薛光橋，肖明清，楊輝，楊劍，吳佳明，劉先林，彭佳湄，李家健，唐國棟，孫峰，
申請(專利權)人：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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