CN107102991A - 一种三维gis***中的杆塔参数化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法，分解杆塔结构，得到杆塔建模用组件；确定组件的建模用参数，定位组件并确定组件的建模操作根据组件及其建模操作，在三维GIS***中对杆塔进行参数化建模。本发明提出的方法使设计、审核人员能够在设计阶段全面、***、直观地预演输电线路建成后的工程效果，实现输电线路杆塔在GIS平台中的三维显示；利用该方法建立的杆塔三维模型可支持工程全寿命周期内的共享及应用，并利用三维GIS将杆塔与地形、地貌进行无缝集成；实现三维几何模型与参数信息的有机集成与同步更新，实现杆塔三维模型的最优化。

Description

一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法

技术领域

本发明涉及架空输电线路领域，具体涉及一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法。

背景技术

架空输电线路设计采用二维资料开展，信息不直观，表达效果差，利用虚拟现实技术，根据设计图建立杆塔的三维模型，可显著提高输电线路设计质量。

目前，输电线路杆塔大多采用图形化建模的方法，，选用3DS MAX软件进行手工建模，建模环境稳定，功能强大，操作方便，同时模型与AutoCAD兼容，提供了多种数据导出格式，但手工建模存在效率低，建模质量因人而异、成果不易检查和修改的缺陷。在目前常规的参数化建模技术中，通过对参数化的截面进行布尔运算，实现杆塔构件基本截面的定义，采用移动、复制、拉伸、渐变等方法实现杆塔三维建模，但是模型精度、贴图及渲染效果较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法，该方法使设计、审核人员能够在设计阶段全面、***、直观地预演输电线路建成后的工程效果，实现输电线路杆塔在GIS平台中的三维显示；利用该方法建立的杆塔三维模型可支持工程全寿命周期内的共享及应用，并利用三维GIS将杆塔与地形、地貌进行无缝集成；实现三维几何模型与参数信息的有机集成与同步更新，实现杆塔三维模型的最优化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1.分解杆塔结构，得到杆塔建模用组件；

步骤2.确定所述组件的建模用参数，定位所述组件并确定所述组件的建模操作；

步骤3.根据所述组件及其建模操作，在三维GIS***中对杆塔进行参数化建模。

优选的，所述步骤1包括：

1-1.根据所述杆塔上的各组成部件的相似性将杆塔结构进行逻辑层分解及物理层分解，分别得到逻辑层及物理层的父类组件；

1-2.将分解后的所述逻辑层及物理层下的各所述父类组件细分为子类组件集合。

优选的，所述1-1中的所述逻辑层的父类组件包括：塔头、塔身及塔腿；所述物理层的父类组件包括：主材、斜材、辅材及连接件。

优选的，所述1-2包括：

将所述逻辑层的各父类组件及所述物理层的各父类组件均细分为子类组件集合，所述子类组件集合中均包括角钢、连接板、垫板及螺栓。

优选的，所述步骤2包括：

2-1.确定各所述组件的基本参数，所述基本参数包括位置参数、朝向参数及纹理等参数；

2-2.根据各所述组件的基本参数，对各所述组件进行定位及映射；

2-3.确定各所述组件的组合参数，所述组合参数包括特征操作参数及模型特征参数；

2-4.对所述组合参数进行计算，确定所述组件的建模操作。

优选的，所述2-2包括：

根据各所述组件的所述位置参数及朝向参数，在杆塔拼接场景中定位各所述组件；

根据各所述组件的所述纹理参数，对各所述组件进行纹理映射。

优选的，所述2-4包括：分别计算所述特征操作参数及所述模型特征参数，确定所述组件的建模操作；

所述计算所述特征操作参数包括布尔运算、规则分布、图元构建及扫描体；

所述计算所述模型特征参数包括特征几何计算、特征标量计算和特征矢量计算；

其中，所述布尔运算为进行交叉并的运算；

所述规则分布包括点组合运算、线***运算和面***运算；

所述图元构建包括对规则图元进行构建及对不规则图元进行构建；

所述扫描体包括截面放样、体放样、曲面放样及扭曲放样操作。

优选的，所述步骤3包括：

3-1.根据所述组件及其建模操作，在三维GIS***中创建组件实体及所述组件实体的数据块，并注册所述组件实体；

3-2.设置杆塔模型结构；

3-3.逐层重载杆塔模型中所述组件的绘制函数；

3-4.重载是组件实体的消息响应函数，完成对杆塔的参数化建模。

优选的，所述步骤3-1包括：

根据所述组件及其建模操作，利用格网的数据结构，在三维GIS***中创建组件实体及所述组件实体的数据块，并注册所述组件实体；

其中，所述格网的数据结构包括成员变量及成员函数；所述成员变量包括节点、面及纹理通道；所述成员函数包括坐标等法向量平滑及纹理贴图。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法，分解杆塔结构，得到杆塔建模用组件；确定组件的建模用参数，定位组件并确定组件的建模操作根据组件及其建模操作，在三维GIS***中对杆塔进行参数化建模。本发明提出的方法使设计、审核人员能够在设计阶段全面、***、直观地预演输电线路建成后的工程效果，实现输电线路杆塔在GIS平台中的三维显示；利用该方法建立的杆塔三维模型可支持工程全寿命周期内的共享及应用，并利用三维GIS将杆塔与地形、地貌进行无缝集成；实现三维几何模型与参数信息的有机集成与同步更新，实现杆塔三维模型的最优化。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，利用三维GIS将杆塔与地形、地貌进行无缝集成，并提供共享环境，支持多专业的协同设计，通过语义建模实现杆塔的表述、存储、修改及应用，同步记录杆塔的三维几何模型和相应的参数，并联动更新，实现杆塔三维模型的最优化。

2、本发明所提供的技术方案，使设计、审核人员能够在设计阶段全面、***、直观地预演输电线路建成后的工程效果，实现输电线路杆塔在GIS平台中的三维显示。

3、本发明所提供的技术方案，利用该方法建立的杆塔三维模型可支持工程全寿命周期内的共享及应用，实现三维几何模型与参数信息的有机集成与同步更新。

4、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法的流程图；

图2是本发明的建模方法中步骤1的流程示意图；

图3是本发明的建模方法中步骤2的流程示意图；

图4是本发明的建模方法中步骤3的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法，包括如下步骤：

步骤1.分解杆塔结构，得到杆塔建模用组件；

步骤2.确定组件的建模用参数，定位组件并确定组件的建模操作；

步骤3.根据组件及其建模操作，在三维GIS***中对杆塔进行参数化建模。

如图2所示，步骤1包括：

1-1.根据杆塔上的各组成部件的相似性将杆塔结构进行逻辑层分解及物理层分解，分别得到逻辑层及物理层的父类组件；

1-2.将分解后的逻辑层及物理层下的各父类组件细分为子类组件集合。

3、如权利要求2的方法，其特征在于，1-1中的逻辑层的父类组件包括：塔头、塔身及塔腿；物理层的父类组件包括：主材、斜材、辅材及连接件。

其中，1-2包括：

将逻辑层的各父类组件及物理层的各父类组件均细分为子类组件集合，子类组件集合中均包括角钢、连接板、垫板及螺栓。

如图3所示，步骤2包括：

2-1.确定各组件的基本参数，基本参数包括位置参数、朝向参数及纹理等参数；

2-2.根据各组件的基本参数，对各组件进行定位及映射；

2-3.确定各组件的组合参数，组合参数包括特征操作参数及模型特征参数；

2-4.对组合参数进行计算，确定组件的建模操作。

其中，2-2包括：

根据各组件的位置参数及朝向参数，在杆塔拼接场景中定位各组件；

根据各组件的纹理参数，对各组件进行纹理映射。

其中，2-4包括：分别计算特征操作参数及模型特征参数，确定组件的建模操作；

计算特征操作参数包括布尔运算、规则分布、图元构建及扫描体；

计算模型特征参数包括特征几何计算、特征标量计算和特征矢量计算；

其中，布尔运算为进行交叉并的运算；

规则分布包括点组合运算、线***运算和面***运算；

图元构建包括对规则图元进行构建及对不规则图元进行构建；

扫描体包括截面放样、体放样、曲面放样及扭曲放样操作。

如图4所示，步骤3包括：

3-1.根据组件及其建模操作，在三维GIS***中创建组件实体及组件实体的数据块，并注册组件实体；

3-2.设置杆塔模型结构；

3-3.逐层重载杆塔模型中组件的绘制函数；

3-4.重载是组件实体的消息响应函数，完成对杆塔的参数化建模。

其中，步骤3-1包括：

根据组件及其建模操作，利用格网的数据结构，在三维GIS***中创建组件实体及组件实体的数据块，并注册组件实体；

其中，格网的数据结构包括成员变量及成员函数；成员变量包括节点、面及纹理通道；成员函数包括坐标等法向量平滑及纹理贴图。

本发明提供一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法的具体应用例，如下：

包括面向组件的杆塔参数化建模1，组件的定位和组合2，实体模型绘制3，本发明专利通过上述三个步骤，建立杆塔三维模型，供工程设计人员在GIS中使用。

(1)面向组件的杆塔参数化建模

对杆塔的结构进行分解包含逻辑层分解和物理层分解两个层次，具体操作方法为：

1-1)充分提炼组件的相似性，形成具有代表性父类；

1-2)对父类的强变化部分予以局部细化，获得多样且可扩充的子类集合。按照此类方法，逻辑层分解指根据杆塔的上下逻辑关系分为塔头、塔身、塔腿；物理层分解可分为主材、斜材、辅材、连接件；根据两个层次，可进一步划分为一个个组件或子类，包含角钢、连接板、垫板、螺栓四大组件。

(2)组件的定位和组合

杆塔的各个组件利用参数来定义模型的几何特性，通过公式和数学法则相互关联，定位和组合需设计的参数包括基本参数和组合参数。具体为：

2-1)基本参数包括组件的位置、朝向和纹理等参数，通过位置参数和朝向参数实现模型组件在杆塔拼接场景中的定位，纹理参数对各个组件进行纹理映射；

2-2)组合参数包括特征操作参数及模型特征参数，通过特征操作类型确定当前组件需要的操作，包括布尔运算、规则分布、图元构建和扫描体，布尔运算进行交叉并的运算；股则分布进行点组合、线***和面***；图元构建分为规则图元和不规则图元；扫描体进行截面放样、体放样、曲面放样和扭曲放样的操作；模型特征参数包含特征几何、特征标量和特征矢量。

(3)实体模型绘制

利用“格网”数据结构，包括节点、面、纹理通道、坐标等成员变量及法向量平滑、纹理贴图等成员函数。其中，节点的坐标值决定了模型点在世界坐标系中的真实位置，面用于表达节点的拓扑关系，面的法向量满足右手系原则，纹理通道、纹理坐标与纹理面用于指定面的贴图内容和贴图方式；在VC2010语言下进行开发，实现杆塔的可视化参数编辑，步骤为：

3-1)创建组件实体其数据块，并注册实体；

3-2)进行结构设置；

3-3)逐层重载组件的绘制函数；

3-4)重载实体的消息响应函数。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三维GIS***中的杆塔参数化建模方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1.分解杆塔结构，得到杆塔建模用组件；

步骤2.确定所述组件的建模用参数，定位所述组件并确定所述组件的建模操作；

步骤3.根据所述组件及其建模操作，在三维GIS***中对杆塔进行参数化建模。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

1-1.根据所述杆塔上的各组成部件的相似性将杆塔结构进行逻辑层分解及物理层分解，分别得到逻辑层及物理层的父类组件；

1-2.将分解后的所述逻辑层及物理层下的各所述父类组件细分为子类组件集合。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述1-1中的所述逻辑层的父类组件包括：塔头、塔身及塔腿；所述物理层的父类组件包括：主材、斜材、辅材及连接件。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述1-2包括：

将所述逻辑层的各父类组件及所述物理层的各父类组件均细分为子类组件集合，所述子类组件集合中均包括角钢、连接板、垫板及螺栓。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

2-1.确定各所述组件的基本参数，所述基本参数包括位置参数、朝向参数及纹理等参数；

2-2.根据各所述组件的基本参数，对各所述组件进行定位及映射；

2-3.确定各所述组件的组合参数，所述组合参数包括特征操作参数及模型特征参数；

2-4.对所述组合参数进行计算，确定所述组件的建模操作。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述2-2包括：

根据各所述组件的所述位置参数及朝向参数，在杆塔拼接场景中定位各所述组件；

根据各所述组件的所述纹理参数，对各所述组件进行纹理映射。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述2-4包括：分别计算所述特征操作参数及所述模型特征参数，确定所述组件的建模操作；

所述计算所述特征操作参数包括布尔运算、规则分布、图元构建及扫描体；

所述计算所述模型特征参数包括特征几何计算、特征标量计算和特征矢量计算；

其中，所述布尔运算为进行交叉并的运算；

所述规则分布包括点组合运算、线***运算和面***运算；

所述图元构建包括对规则图元进行构建及对不规则图元进行构建；

所述扫描体包括截面放样、体放样、曲面放样及扭曲放样操作。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

3-1.根据所述组件及其建模操作，在三维GIS***中创建组件实体及所述组件实体的数据块，并注册所述组件实体；

3-2.设置杆塔模型结构；

3-3.逐层重载杆塔模型中所述组件的绘制函数；

3-4.重载是组件实体的消息响应函数，完成对杆塔的参数化建模。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3-1包括：

根据所述组件及其建模操作，利用格网的数据结构，在三维GIS***中创建组件实体及所述组件实体的数据块，并注册所述组件实体；

其中，所述格网的数据结构包括成员变量及成员函数；所述成员变量包括节点、面及纹理通道；所述成员函数包括坐标等法向量平滑及纹理贴图。