CN113269883A - 基于二维剖面和catia的bim三维地质建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，包括以下步骤：下载地质体的地表高程影像图；地表高程影像图的转换；地质体断面物探信息处理；CATIA三维地质建模；3DMAX贴图。本发明具有以下优点：无需钻孔数据，只利用二维cad剖面与隧道位置建立三维地质体，利用工业软件精细程度高与兼容性强的特点，将其应用到地质领域，从而使地质模型更加精细，也利用动画软件强可视化的特点，使三维地质体更加直观，从而为隧道BIM***的建设提供一种新思路。

Description

基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法

技术领域

本发明属于地质建模技术领域，具体涉及一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法。

背景技术

近年来BIM技术不断发展成熟，在工程建设中三维建筑模型也不断发展完善，随着前端技术与工业建模软件的发展，人类在工程建设中对三维模型也有了更高的要求，工程模型的可视化程度也不断提高。

目前，隧道BIM技术中的三维模型大部分只包含隧道结构模型，显示的内容较少，另外，目前三维地质模型的可视化程度相对不高。传统的地质建模软件只能通过钻孔插值建立模型，建模效率低，并且精细化程度也相对不高，并且输出的模型格式也无法与cesium或threejs三维引擎兼容。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，包括以下步骤：

步骤1，下载地质体的地表高程影像图；

将地质体左右断面的地理空间位置数据的kml文件导入LocaSpaceViewer中，选中地质体区域，并且下载选中的地质体区域的地表高程影像图；

步骤2，地表高程影像图的转换：

将所述地表高程影像图导入Globalmapper中进行投影转换，导出所需的xyz格式的地表高程数据文件；

步骤3，地质体断面物探信息处理：

获取地质体左右断面沿线的二维地质剖面图；其中，所述二维地质剖面图中同时包括断面信息和物探信息；

将所述地质体左右断面沿线的二维地质剖面图导入CAD中；采用CAD将断面信息和物探信息分开，分别导出地质体左右断面的断面图和地质体左右断面的物探低阻区图；所述断面图和所述物探低阻区图为dxf格式文件；其中，断面图为两张，分别对应地质体左断面和地质体右断面；物探低阻区图为两张，分别对应地质体左断面和地质体右断面；

步骤4，CATIA三维地质建模：

将步骤2的高程数据文件、步骤3的断面图和物探低阻区图均导入CATIA，利用CATIA建立地质体三维实体；

步骤5，3DMAX贴图：

将步骤4得到的地质体三维实体，按照不同岩性分别导出stp格式的文件，再逐个导入到3DMAX中，挑选合适岩性图片对地质体三维实体进行贴图处理，最后将贴图处理后的模型导出为obj格式，同时导出mtl材质文件。

优选的，步骤4具体为：

步骤4.1，将步骤2得到的地表高程数据文件导入CATIA的逆向工程曲面模块中生成点云，然后将点云转入快速曲面模块，生成地质体地表曲面；

步骤4.2，提取到隧道轴线位置的kml文件，将隧道轴线位置的kml文件转为cad文件并导入到CATIA的创成式外形设计模块中，根据地表高程数据文件按照比例定位到隧道进口位置，将隧道走线放置在隧道进口位置，从而按比例真实还原得到地表模型、隧道埋深与走向；

步骤4.3，将地表模型进行封闭，并按照隧道走线将地表模型切开，从而形成地质体左断面实体和地质体右断面实体；

将步骤3得到的地质体左断面对应的断面图和物探低阻区图映射到地质体左断面实体，得到地质体左断面模型图；从地质体左断面模型图中分别提取不同岩性图、低阻区图与断层图；

将步骤3得到的地质体右断面对应的断面图和物探低阻区图映射到地质体右断面实体，得到地质体右断面模型图；地质体右断面模型图中分别提取不同岩性图、低阻区图与断层图；

步骤4.4，步骤4.3得到的地质体左断面模型图、地质体右断面模型图和步骤4.1得到的地质体地表曲面，共同拼接形成地质体三维实体。

本发明提供的基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法具有以下优点：

无需钻孔数据，只利用二维cad剖面与隧道位置建立三维地质体，利用工业软件精细程度高与兼容性强的特点，将其应用到地质领域，从而使地质模型更加精细，也利用动画软件强可视化的特点，使三维地质体更加直观，从而为隧道BIM***的建设提供一种新思路。

附图说明

图1为本发明提供的基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法的流程示意图；

图2为本发明提供的物探与底层剖面图；

图3为本发明提供的所下载地表范围示意图；

图4为本发明提供的CATIA建模示意图；

图5为本发明提供的三维地质模型示意图；

图6为本发明提供的3DMAX后期处理图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为解决现有地质建模领域存在的问题，本发明目的在于提供一种基于隧道左右幅沿线二维地质剖面和CATIA的三维地质建模方法。该方法所使用的原始资料包括：地质体的左右二维断面，以及左右幅的物探资料，其中，断面信息包括岩性、断层、含水层，物探信息与断面信息在一张cad图中；此外还包括左右断面的地表位置，即kml文件。该方法首先下载高程与卫星图片，再利用CATIA建立三维零件实体，然后采用3DMAX进行模型贴图与导出，最后将模型用threejs引擎进行定位与展示。

具体的，本发明提供一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，该建模方法利用二维cad岩性剖面图与物探图，基于工业设计软件CATIA建立三维地质体。同时利用Globalmapper以及LocaSpaceViewer软件对地表高程和影像数据进行处理，然后利用3DMAX进行模型贴图与输出，最终利用threejs进行无缝加载。本发明的优点是：无需钻孔数据，只利用二维cad剖面与隧道位置建立三维地质体，利用工业软件精细程度高与兼容性强的特点，将其应用到地质领域，从而使地质模型更加精细，也利用动画软件强可视化的特点，使三维地质体更加直观，从而为隧道BIM***的建设提供一种新思路。

本发明提供的基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，下载地质体的地表高程影像图；

将地质体左右断面的地理空间位置数据的kml文件导入LocaSpaceViewer中，选中地质体区域，并且下载选中的地质体区域的地表高程影像图；

步骤2，地表高程影像图的转换：

将所述地表高程影像图导入Globalmapper中进行投影转换，导出所需的xyz格式的地表高程数据文件；

步骤3，地质体断面物探信息处理：

获取地质体左右断面沿线的二维地质剖面图；其中，所述二维地质剖面图中同时包括断面信息和物探信息；

将所述地质体左右断面沿线的二维地质剖面图导入CAD中；采用CAD将断面信息和物探信息分开，分别导出地质体左右断面的断面图和地质体左右断面的物探低阻区图；所述断面图和所述物探低阻区图为dxf格式文件；其中，断面图为两张，分别对应地质体左断面和地质体右断面；物探低阻区图为两张，分别对应地质体左断面和地质体右断面；

步骤4，CATIA三维地质建模：

将步骤2的高程数据文件、步骤3的断面图和物探低阻区图均导入CATIA，利用CATIA建立地质体三维实体；

步骤4具体为：

步骤4.1，将步骤2得到的地表高程数据文件导入CATIA的逆向工程曲面模块中生成点云，然后将点云转入快速曲面模块，生成地质体地表曲面；

步骤4.2，提取到隧道轴线位置的kml文件，将隧道轴线位置的kml文件转为cad文件并导入到CATIA的创成式外形设计模块中，根据地表高程数据文件按照比例定位到隧道进口位置，将隧道走线放置在隧道进口位置，从而按比例真实还原得到地表模型、隧道埋深与走向；

步骤4.3，将地表模型进行封闭，并按照隧道走线将地表模型切开，从而形成地质体左断面实体和地质体右断面实体；

将步骤3得到的地质体左断面对应的断面图和物探低阻区图映射到地质体左断面实体，得到地质体左断面模型图；从地质体左断面模型图中分别提取不同岩性图、低阻区图与断层图；

将步骤3得到的地质体右断面对应的断面图和物探低阻区图映射到地质体右断面实体，得到地质体右断面模型图；地质体右断面模型图中分别提取不同岩性图、低阻区图与断层图；

步骤4.4，步骤4.3得到的地质体左断面模型图、地质体右断面模型图和步骤4.1得到的地质体地表曲面，共同拼接形成地质体三维实体。

步骤5，3DMAX贴图：

将步骤4得到的地质体三维实体，按照不同岩性分别导出stp格式的文件，再逐个导入到3DMAX中，挑选合适岩性图片对地质体三维实体进行贴图处理，最后将贴图处理后的模型导出为obj格式，同时导出mtl材质文件。

3DMAX：3D Studio Max，是一种基于PC***的三维动画渲染和制作软件。

下面介绍实施例：

实施例一：

如图1所示，本发明将对技术路线进行展开，地质体以大亮山隧道工程为项目背景，具体介绍此三维地质建模方法。

步骤一：下载地表高程影像图：

如图3所示，将隧道位置的kml文件导入LocaSpaceViewer中，以隧道进出口为起始点，沿隧道走线选框选方形区域作为隧道区域，并且下载选中的隧道区域的地表高程影像图；其中，地表高程影像图为tif图。

其中：kml文件是指：Keyhole Markup Language，Keyhole标记语言，是一种基于XML的标记语言，利用XML语法格式描述地理空间数据，包括点、线、面、多边形和模型等。

LocaSpaceViewer：是三维数字地球产品，LocaSpace Viewer提供在线地图浏览，地图数据下载，高清卫星地图，高分辨率卫星影像，地图标注，量测，倾斜摄影三维模型浏览等。

tif图：tif是TIFF文件的扩展名，标签图像文件格式(Tag Image File Format,简写为TIFF)，是一种灵活的位图格式。

步骤二：地表高程影像图的转换：

将下载的地表高程影像图，即tif文件导入Globalmapper中，以wgs84为基准选择UTM投影(即将经纬度转为xyz坐标)，最后将投影转换的文件输出为xyz格式，最后将xyz文件转换为csv格式的excel表文件，以便将该文件导入CATIA中。

其中：

Globalmapper：是一种地图绘制工具，包括从3D矢量、激光雷达数据创建高程网格，计算重叠栅格、地形、视图、棚层等内容。

CATIA：是一种三维建模软件。

步骤三：断面物探信息处理

获取隧道左右断面沿线的二维地质剖面图；其中，所述二维地质剖面图中同时包括断面信息和物探信息；

将所述隧道左右断面沿线的二维地质剖面图导入CAD中；采用CAD将断面信息和物探信息分开，分别导出隧道左右断面的断面图和隧道左右断面的物探低阻区图；

具体方法为：如图2所示，在CAD中，物探信息中深蓝色区域为低阻区节理发育严重，并提取低阻区的cad曲线将其导出，得到物探低阻区图。第二张图为断面图，包含断层与岩性。

最后将两张cad图共同导入CATIA中，从而根据cad图纸构建三维地质剖面。

步骤四：CATIA三维地质建模

将步骤三导出的物探低阻区图和断面图、步骤二导出的csv格式的高程数据文件共同导入CATIA中，从而根据cad图纸构建三维地质模型。

具体方法为：

利用CATIA的逆向工程曲面模块，将步骤二的高程数据文件转为点云，并生成地质体地表曲面。

然后将断面图和物探低阻区图转入创成式外形设计模块，在此模块中将二维cad图(即断面图和物探低阻区图)转为三维地质剖面。

所述CATIA建模过程为：

如图4所示，将步骤二得到的csv格式的地表高程影像数据导入逆向工程曲面模块生成点云，然后转入快速曲面模块生成地质体地表曲面。

将隧道轴线kml文件提取后转为cad文件并导入CATIA创成式外形设计模块中，根据地表高程影像图按照比例找到隧道进口位置，将隧道走线放置在此，从而按比例真实还原得到地表模型与隧道埋深与走向。

进一步的，将地表模型进行封闭，并按照隧道走线将地表模型切开，从而形成以左右幅剖面为界的两块地质体。以右幅为例，将cad图映射到右幅剖面上，并且分别提取不同岩性、低阻区与断层。如图2所示，从上到下依次是低阻区、断层、角砾岩与砂岩。由于所探测区域为k13+000-k14+400，对于未探测的区域用同一岩性来处理。

地质体地表曲面、地质体左断面三维剖面和地质体右断面三维剖面形成地质体三维实体，CATIA地质建模最终的效果如图5所示。

步骤五：3DMAX贴图

CATIA建完模型后将模型按照不同岩性分别导出stp格式的文件，逐个导入3DMAX中，挑选合适岩性图片对模型进行贴图处理。贴图处理中选择uvw贴图展开，同时注意调整卫星贴图的角度，最后将模型导出为obj格式，并且同时导出mtl材质文件。

实施例二：

步骤一：下载地表高程与卫星图片

将隧道左右幅的kml文件导入LocaSpaceViewer中，选中区域下载地表高程与卫星影像数据。

步骤二：影像高程数据处理

将高程数据导入Globalmapper中，投影转换后导出所需的xyz高程数据。

步骤三：断面物探信息处理

在CAD中将物探信息与断面信息分开并分别到处断面图与物探低阻区图，生成两个dxf文件，分别对应左幅与右幅。

步骤四：CATIA三维地质建模

将导出的dxf文件导入CATIA中，在创成式外形设计模块中进行地质剖面与地表面建模，同时建立隧道模型，最后将岩性与隧道模型分别导出。

步骤四中CATIA三维地质建模中地表与隧道建模具体为：将csv数据导入逆向工程曲面模块后生成点云，然后转入快速曲面模块生成地表曲面。将隧道轴线kml文件提取后转为cad文件并导入catia创成式外形设计模块中，根据地表影像图按照比例找到隧道进口位置，将隧道走线放置在此，从而按比例真实还原地表模型与隧道埋深与走向。

将地表模型进行封闭，并按照隧道走线将地表模型切开，从而形成以左右幅剖面为界的两块地质体。以右幅为例，将cad图映射到右幅剖面上，并且分别提取不同岩性、低阻区与断层。

本发明提供的基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，具有以下优点：

1)基于二维剖面信息建立三维地质体，区别于普通的地质三维建模软件，可以不利用钻孔数据进行地质建模。

2)基于工业建模软件CATIA精细化建模的特点，可以建立精细的三维地质模型。

3)将多种领域软件进行融合，利用各自软件的优势从而建立可视化程度较高、专业性较强的三维地质体。

4)将地质体与隧道进行结合，从而直观的反应隧道沿线所遇到的地质体，填补了隧道BIM建设过程中的空白。

本发明提供的基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，根据隧道的走线以及左右幅的物探信息，以CATIA为核心，多种地理信息软件相结合，构建出一种可视化程度较高的三维地质模型，并且也将物探信息通过三维可视化具体体现出来。利用CATIA的精细化建模的优势构建出一种精细化程度较高的三维地质模型，利用其可视性、精细性以及兼容性的特点为隧道BIM建设提供了一种新思路，从而可以直观了解到隧道掘进过程中地质体的变化，同时也为三维地质建模提供了一种新的思路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，下载地质体的地表高程影像图；

将地质体左右断面的地理空间位置数据的kml文件导入LocaSpaceViewer中，选中地质体区域，并且下载选中的地质体区域的地表高程影像图；

步骤2，地表高程影像图的转换：

将所述地表高程影像图导入Globalmapper中进行投影转换，导出所需的xyz格式的地表高程数据文件；

步骤3，地质体断面物探信息处理：

获取地质体左右断面沿线的二维地质剖面图；其中，所述二维地质剖面图中同时包括断面信息和物探信息；

将所述地质体左右断面沿线的二维地质剖面图导入CAD中；采用CAD将断面信息和物探信息分开，分别导出地质体左右断面的断面图和地质体左右断面的物探低阻区图；所述断面图和所述物探低阻区图为dxf格式文件；其中，断面图为两张，分别对应地质体左断面和地质体右断面；物探低阻区图为两张，分别对应地质体左断面和地质体右断面；

步骤4，CATIA三维地质建模：

将步骤2的高程数据文件、步骤3的断面图和物探低阻区图均导入CATIA，利用CATIA建立地质体三维实体；

步骤5，3DMAX贴图：

将步骤4得到的地质体三维实体，按照不同岩性分别导出stp格式的文件，再逐个导入到3DMAX中，挑选合适岩性图片对地质体三维实体进行贴图处理，最后将贴图处理后的模型导出为obj格式，同时导出mtl材质文件。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维剖面和CATIA的BIM三维地质建模方法，其特征在于，步骤4具体为：

步骤4.1，将步骤2得到的地表高程数据文件导入CATIA的逆向工程曲面模块中生成点云，然后将点云转入快速曲面模块，生成地质体地表曲面；

步骤4.2，提取到隧道轴线位置的kml文件，将隧道轴线位置的kml文件转为cad文件并导入到CATIA的创成式外形设计模块中，根据地表高程数据文件按照比例定位到隧道进口位置，将隧道走线放置在隧道进口位置，从而按比例真实还原得到地表模型、隧道埋深与走向；

步骤4.3，将地表模型进行封闭，并按照隧道走线将地表模型切开，从而形成地质体左断面实体和地质体右断面实体；

将步骤3得到的地质体左断面对应的断面图和物探低阻区图映射到地质体左断面实体，得到地质体左断面模型图；从地质体左断面模型图中分别提取不同岩性图、低阻区图与断层图；

将步骤3得到的地质体右断面对应的断面图和物探低阻区图映射到地质体右断面实体，得到地质体右断面模型图；地质体右断面模型图中分别提取不同岩性图、低阻区图与断层图；

步骤4.4，步骤4.3得到的地质体左断面模型图、地质体右断面模型图和步骤4.1得到的地质体地表曲面，共同拼接形成地质体三维实体。

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