【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及參數(shù)化建模，更具體地說，本專利技術(shù)涉及一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法。
技術(shù)介紹
1、隧道工程作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，對國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步具有重要意義；然而，由于隧道作業(yè)區(qū)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，現(xiàn)有的隧道作業(yè)區(qū)建模技術(shù)存在諸多不足，嚴(yán)重制約了隧道工程的設(shè)計、施工和運營管理水平；首先，隧道作業(yè)區(qū)的多源參數(shù)等存在顯著的空間差異性，采用統(tǒng)一參數(shù)進行建模難以準(zhǔn)確反映實際情況；以西藏地區(qū)的隧道工程為例，由于該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土性質(zhì)差異大、高原環(huán)境影響顯著，如果采用統(tǒng)一的參數(shù)組合進行建模，必然會導(dǎo)致模型與實際情況存在較大偏差，給工程設(shè)計和施工帶來重大風(fēng)險；其次，現(xiàn)有的隧道作業(yè)區(qū)建模方法大多基于簡化假設(shè)和經(jīng)驗公式，缺乏對實測數(shù)據(jù)的充分利用，建模精度和可靠性較低，設(shè)計人員只能依賴有限的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行建模，導(dǎo)致模型與實際情況存在較大偏差；再者，傳統(tǒng)建模方法往往將隧道作業(yè)區(qū)視為整體，無法針對不同區(qū)域采用不同的參數(shù)組合，難以體現(xiàn)局部區(qū)域的特征；最后，如果參數(shù)過渡處理不當(dāng)，將可能導(dǎo)致模型在某些區(qū)域出現(xiàn)不連續(xù)或參數(shù)突變的情況，影響模型的準(zhǔn)確性和可靠性。
2、鑒于此，本專利技術(shù)提出一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法以解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，包括：步驟1、采集隧道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)；
2、步驟2、基于所采集的實測數(shù)據(jù)，建立隧道作業(yè)區(qū)的初始模型；p>
3、步驟3、將隧道作業(yè)區(qū)的初始模型劃分為若干個模型區(qū)域，將模型區(qū)域作為節(jié)點構(gòu)建作業(yè)區(qū)無向圖；
4、步驟4、為作業(yè)區(qū)無向圖中的節(jié)點分配顏色；
5、步驟5、針對每個模型區(qū)域，根據(jù)其所分配的顏色確定對應(yīng)的參數(shù)組，基于隧道作業(yè)區(qū)的初始模型和各個模型區(qū)域?qū)?yīng)的參數(shù)組更新得到整體參數(shù)化模型；即整個隧道作業(yè)區(qū)的動態(tài)參數(shù)化建模結(jié)果。
6、進一步地，所述隧道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)包括地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、原位測試數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、應(yīng)力測量數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以及施工參數(shù)數(shù)據(jù)。
7、進一步地，所述建立隧道作業(yè)區(qū)的初始模型的方式包括：
8、對采集的各類的實測數(shù)據(jù)進行分類和整理，按照數(shù)據(jù)類型進行歸檔，分別得到對應(yīng)的數(shù)據(jù)包，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包分別進行平滑插值處理，得到對應(yīng)的平滑數(shù)據(jù)包；
9、獲取隧道作業(yè)區(qū)內(nèi)各個位置點的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將獲取的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)，合并為統(tǒng)一的點云數(shù)據(jù)集，將點云數(shù)據(jù)集進行濾波處理，得到標(biāo)準(zhǔn)點云數(shù)據(jù)集；采用基于區(qū)域生長的分割算法將標(biāo)準(zhǔn)點云數(shù)據(jù)集分割為不同的點云部分?jǐn)?shù)據(jù)；
10、將分割后的各個點云部分?jǐn)?shù)據(jù)擬合出相應(yīng)的曲面模型；將擬合出的曲面模型進行網(wǎng)格化，生成由三角形或四邊形面片組成的網(wǎng)格模型；對生成的網(wǎng)格模型進行優(yōu)化處理；得到各個點云部分?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)的初步網(wǎng)格模型；將各個點云部分?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)的初步網(wǎng)格模型進行配準(zhǔn)連接，得到初步隧道作業(yè)區(qū)模型；
11、將平滑數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)點按照對應(yīng)的坐標(biāo)值配準(zhǔn)至初步隧道作業(yè)區(qū)模型所在空間，即將初步隧道作業(yè)區(qū)模型賦予初始參數(shù)，得到初始模型。
12、進一步地，所述將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包分別進行平滑插值處理的方式包括：
13、將隧道線路的起訖點坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)點的空間范圍的初步參考點，基于初步參考點確定數(shù)據(jù)包的空間范圍，定義空間范圍的劃分層次數(shù)，將整個空間范圍作為第一層次，并將第一層次劃分為一個規(guī)則的三維網(wǎng)格；
14、定義映射曲線的階數(shù)m＝ceil(log2(max(n_x,n_y,n_z,α×(-∑(p(i)×log2(p(i)))))))；其中，n_x、n_y和n_z分別為三維空間的x、y和z方向上的三維網(wǎng)格數(shù)量；p(i)為第i個屬性值在數(shù)據(jù)包中出現(xiàn)的概率；α為權(quán)重系數(shù)，ceil()表示向上取整；根據(jù)定義的階數(shù)m，計算數(shù)據(jù)包進行曲線編碼的編碼范圍[0，2(3×m)-1]，即編碼范圍的最小編碼值為0，最大編碼值為2(3×m)-1；
15、基于階數(shù)m構(gòu)建一個虛擬的映射曲線，將數(shù)據(jù)包內(nèi)的數(shù)據(jù)點的利用butz算法映射到映射曲線上，作為一個曲線點，得到的每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)的曲線點的值，即映射曲線上的編碼值；
16、將數(shù)據(jù)點對應(yīng)的編碼值按照編碼范圍劃分為若干個區(qū)間，每個區(qū)間對應(yīng)一個數(shù)據(jù)塊，區(qū)間的大小其中s為數(shù)據(jù)塊的數(shù)量；根據(jù)計算出的區(qū)間的大小，確定每個區(qū)間的下界和上界；遍歷數(shù)據(jù)包內(nèi)的所有數(shù)據(jù)點，根據(jù)其編碼值將其分配到對應(yīng)的區(qū)間中；每個區(qū)間對應(yīng)一個第一層次的數(shù)據(jù)塊；
17、獲取數(shù)據(jù)塊內(nèi)數(shù)據(jù)點的數(shù)量，若大于預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)量閾值，則將對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊作為新的層次，重新進行和第一層次相同的數(shù)據(jù)劃分；直至數(shù)據(jù)塊內(nèi)數(shù)據(jù)點的數(shù)量小于或等于預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)量閾值或達到預(yù)設(shè)的劃分層次數(shù)；停止劃分；并將數(shù)據(jù)塊進行策略合并，得到最終的數(shù)據(jù)塊；
18、將最終得到的數(shù)據(jù)塊分發(fā)到不同的計算節(jié)點上，在每個計算節(jié)點上，針對分發(fā)的數(shù)據(jù)塊，并行執(zhí)行插值計算，得到各個計算節(jié)點的插值結(jié)果；將各個計算節(jié)點上的插值結(jié)果合并，得到對應(yīng)的平滑數(shù)據(jù)包。
19、進一步地，所述將數(shù)據(jù)塊進行策略合并的方式包括：
20、對于每個數(shù)據(jù)塊，計算其內(nèi)部所有數(shù)據(jù)點的質(zhì)心坐標(biāo)；質(zhì)心坐標(biāo)代表了該數(shù)據(jù)塊的空間位置中心；
21、將所有數(shù)據(jù)塊的質(zhì)心坐標(biāo)構(gòu)建一個空間索引；設(shè)置一個自適應(yīng)的空間距離閾值kl＝α1×mean+α2×std，其中，α1和α2為兩個距離調(diào)節(jié)系數(shù)；mean為所有數(shù)據(jù)塊其內(nèi)部所有數(shù)據(jù)點的質(zhì)心坐標(biāo)之間的平均歐幾里得距離；std為所有數(shù)據(jù)塊其內(nèi)部所有數(shù)據(jù)點的質(zhì)心坐標(biāo)之間的歐幾里得距離的標(biāo)準(zhǔn)差；
22、預(yù)設(shè)搜索半徑，利用空間索引，查找每個數(shù)據(jù)塊在搜索半徑內(nèi)的數(shù)據(jù)塊，記作鄰近數(shù)據(jù)塊；對于每對鄰近數(shù)據(jù)塊，計算它們質(zhì)心坐標(biāo)之間的歐幾里得距離；對于歐幾里得距離小于空間距離閾值的兩個鄰近數(shù)據(jù)塊，將它們合并為一個新的數(shù)據(jù)塊，合并后的新的數(shù)據(jù)塊包含了原有兩個數(shù)據(jù)塊的所有數(shù)據(jù)點，并重新計算新的數(shù)據(jù)塊的質(zhì)心坐標(biāo)，重復(fù)合并直到?jīng)]有可合并的數(shù)據(jù)塊對為止；每次合并后，更新空間索引和數(shù)據(jù)塊。
23、進一步地，所述曲面模型的擬合方式包括：
24、將點云部分?jǐn)?shù)據(jù)劃分到一個三維的體素空間中，對體素空間進行中值濾波處理；得到濾波后體素空間；從濾波后體素空間中提取出表面體素；對提取出的表面體素進行曲面擬合，生成連續(xù)的曲面模型。
25、進一步地，所述從濾波后體素空間中提取出表面體素的方式包括：
26、定義一個滑動窗口，對濾波后體素空間進行滑動窗口掃描，計算每個滑動窗口內(nèi)體素的曲率特征和密度特征；曲率特征包括主曲率和高斯曲率；密度特征包括體素占據(jù)率和體素鄰域數(shù)量；將曲率特征和密度特征進行歸一化處理，并進行加權(quán)計算，得到綜合特征值；根據(jù)綜合特征值的分布，將濾波后體素空間劃分為若干個體素區(qū)域；對于每個體素區(qū)域，定義一個種子點數(shù)量nse；對于每個體素區(qū)域隨機選取nse個種子點；
27、nse＝a本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，包括：步驟1、采集隧道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述隧道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)包括地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、原位測試數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、應(yīng)力測量數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以及施工參數(shù)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述建立隧道作業(yè)區(qū)的初始模型的方式包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包分別進行平滑插值處理的方式包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述將數(shù)據(jù)塊進行策略合并的方式包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述曲面模型的擬合方式包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述從濾波后體素空間中提取出表面體素的方式包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，構(gòu)建作業(yè)區(qū)無向圖的方式包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述為作業(yè)區(qū)無向圖中的節(jié)點分配顏色的方式包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，包括：步驟1、采集隧道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述隧道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)包括地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、原位測試數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、應(yīng)力測量數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以及施工參數(shù)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述建立隧道作業(yè)區(qū)的初始模型的方式包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包分別進行平滑插值處理的方式包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種隧道作業(yè)區(qū)動態(tài)參數(shù)化建模方法，其特征在于，所述將數(shù)據(jù)塊進行策...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜煒，吳龍烽，吳海平，伍毅敏，
申請(專利權(quán))人：湖北交投利咸高速公路有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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