CN113626919B - 隧道参数化三维设计方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了隧道参数化三维设计方法、装置、设备及可读存储介质，涉及轨道交通技术领域，包括根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数；获取第二信息，所述第二信息包括至少一个隧道构件参数；获取第三信息，所述第三信息包括至少一种模型；根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格；根据所述隧道断面参数、所述隧道构件参数和所述纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果；本发明直接进行三维设计，符合实际生产中正向设计的要求，并且通过此方法和多专业模型进行协同可提高建模效率，更易实现自动化建模，明显提高隧道三维设计数字化程度，具有明显的社会经济效益。

Description

隧道参数化三维设计方法、装置、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体而言，涉及隧道参数化三维设计方法、装置、设备及可读存储介质。

背景技术

现有技术中隧道三维设计主要有以下几种方式：一、通过二维设计软件绘制出衬砌断面，之后导入三维设计软件，拉伸形成隧道模型，辅助措施等构件通过手动创建再批量阵列，形成完整隧道模型；二、将衬砌断面导入三维设计软件廊道模块中，形成模板文件，再通过廊道放置隧道模型，辅助措施通过单元文件沿线路批量放置，形成完整隧道模型。

现有技术一般需要从外部设计完成后再导入软件，这样会出现根据断面外轮廓经常会重新绘制调整的问题，使得三维设计智能化程度不高，局限性强，费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道参数化三维设计方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种隧道参数化三维设计方法，包括以下步骤：

获取第一信息，所述第一信息包括至少一个隧道内轮廓形状信息；

根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数；

获取第二信息，所述第二信息包括至少一个隧道构件参数；

获取第三信息，所述第三信息包括至少一种模型；

根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格；

根据所述隧道断面参数、所述隧道构件参数和所述纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果。

现有技术是一般需要从外部设计完成后再导入软件，隧道建模时对于不同的衬砌断面的锚杆、辅助措施等构件需根据断面外轮廓调整重新绘制，设计流程较为复杂，浪费了大量的工效。

而本发明通过获取三个方面的信息，得到至少一个的隧道断面参数、隧道构件参数以及模型，进而将纵断面设计数据表格完善后，最终通过这些数据计算生成隧道三维设计成果；通过输入不同参数形成衬砌断面并存入模板库中，解决了以往隧道建模需要从外部设计完成后再导入软件的问题，并且生成的模板库可扩展可复用；以及通过输入不同参数可形成辅助措施等构件库，构件库可拾取模板库中断面外轮廓，解决了以往隧道建模时对于不同衬砌断面的锚杆、辅助措施等构件需根据断面外轮廓调整重新绘制的问题，提高隧道三维设计的智能化程度，简化三维设计流程，节省大量工效。

可选地，所述根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数，包括：将所述第一信息输入到数字化集成设计软件(CRBJ)中，得到至少一个隧道断面参数；所述隧道断面参数包括线间距、初支切点距水沟面距离和沟槽底至轨面距离。

可选地，所述根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格，包括：将所述模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，并将所述数据存储到纵断面设计数据表格中。

可选地，所述将所述模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，包括：将获取到的所述断面起终里程和所述辅助措施类型的数据进行计算，通过所述断面起终里程的数据除以所述辅助措施类型的数据得出布置位置的数据；获取所述布置位置的数据计算得出布置位置线路模型切向量和法向量，并通过所述布置位置线路模型切向量和法向量计算出旋转矩阵，并根据所述辅助措施类型的数据、所述布置位置的数据和所述旋转矩阵最终生成隧道三维设计成果。

第二方面，本申请还提供了一种隧道参数化三维设计装置，包括：

第一数据获取模块：用于获取第一信息，所述第一信息包括至少一个隧道内轮廓形状信息；

第一读取模块：用于根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数；

第二数据获取模块：用于获取第二信息，所述第二信息包括至少一个隧道构件参数；

第二读取模块：用于根据所述第二信息得到得到至少一个隧道构件参数；

第三数据获取模块：用于获取第三信息，所述第三信息包括至少一种模型；

提取模块：用于根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格；

计算处理模块：用于根据所述隧道断面参数、所述隧道构件参数和所述纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果。

进一步地，所述读取模块还包括：第一可读单元：用于将所述第一信息输入到数字化集成设计软件(CRBJ)中，得到至少一个隧道断面参数；所述隧道断面参数包括线间距、初支切点距水沟面距离和沟槽底至轨面距离；第二可读单元：用于将所述第二信息输入到数字化集成设计软件(CRBJ)中，得到至少一个隧道构件参数。

进一步地，所述提取模块还包括：分析存储单元：用于将所述模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，并将所述数据存储到纵断面设计数据表格中。

进一步地，获取分析单元：获取所述布置位置的数据计算得出布置位置线路模型切向量和法向量，并通过所述布置位置线路模型切向量和法向量计算出旋转矩阵，并根据所述辅助措施类型的数据、所述布置位置的数据和所述旋转矩阵最终生成隧道三维设计成果。

第三方面，本申请还提供了一种隧道参数化三维设计设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述隧道参数化三维设计方法的步骤。

第四方面，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于隧道参数化三维设计方法的步骤。

本发明的有益效果为：使用此方法进行隧道三维设计不是对二维设计成果进行翻模，而是直接进行三维设计，符合实际生产中正向设计的要求，并且通过此方法和多专业模型进行协同可提高建模效率，更易实现自动化建模，明显提高隧道三维设计数字化程度，具有明显的社会经济效益。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的隧道参数化三维设计方法流程示意图；

图2为本发明实施例中所述的隧道参数化三维设计装置结构示意图；

图3为本发明实施例中所述的隧道参数化三维设计结构示意图。

图中标记：1、第一数据获取模块；2、第一读取模块；21、第一可读单元；3、第二数据获取模块；4、第二读取模块；41、第二可读单元；5、第三数据获取模块；6、提取模块；61、分析储存单元；7、计算处理模块；71、获取分析单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

现有技术中在设计隧道三维设计的实验中，需要通过二维设计软件绘制出后才能导入三维软件，并且后续通过手动添加构建再批量阵列才能完成一个完整的隧道模型；亦或者是将隧道的衬砌面先导入三维设计软件中再生成模板文件，并且把构建等批量放置在软件中，才得到一个完整的隧道模型；以上这两种做法都是做隧道三维设计的过程，但是依旧改变不了对二维设计成果进行翻模的过程，而不是直接对三维设计进行修改，建模效率低下，不容易实现自动化建模，也同样不能实现隧道三维设计数字化程度。

本实施例提供了一种隧道参数化三维设计方法。

参见图1，图中示出了本方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5和步骤S6。

S1、获取第一信息，第一信息包括至少一个隧道内轮廓形状信息；

可以理解的是，在本步骤中，隧道内轮廓形状包括单心圆、三心圆和五心圆，也可以理解为不同的轮廓形状大小不同对应的圆的个数也不同，越大的轮廓对应的圆心数量越多。

S2、根据第一信息得到至少一个隧道断面参数；

在本公开的一种具体实施方式中，建立一个数字化集成设计软件(CRBJ)，在数字化集成设计软件(CRBJ)软件中输入可形成隧道盾断面所需参数，所需参数包括线间距、内轮廓拱顶半径、拱顶圆弧角度、仰拱圆心距轨面距离、内轮廓仰拱半径、仰拱圆弧角度、两侧水沟内边距离、轨高、初支切点距水沟面距离、初支底面距水沟面距离、沟槽底至轨面距离、二衬拱墙厚度、二衬底板/仰拱厚度、初支拱墙喷混厚度、初支仰拱喷混厚度、底板找平层厚度、单侧沟槽个数、沟槽壁厚、沟槽宽度、沟槽深度等参数，然后再通过数字化集成设计软件(CRBJ)软件自动计算，完成隧道不同围岩等级的衬砌断面参数化设计参数，并将不同围岩等级的衬砌断面参数存储至模板库。

在本实施例中，不同围岩等级的衬砌断面参数对应不同的名称，分别为一一对应，并且存储到模板库中，此时模板库信息统称设定为A，这是基础建设过程的第一步。

可以理解的是，在本步骤中，是为了构建出模板库的信息。

S3、获取第二信息，第二信息包括至少一个隧道构件参数；

在本公开的一种具体实施方式中，根据隧道匹配出相应隧道断面的构件，将构件信息放置到构件库中以获得不同围岩等级衬砌断面外轮廓信息；

并将输入拱顶环向间距、拱顶纵向间距、拱墙环向间距、拱墙纵向间距、拱部范围、单根长度、直径等参数完成不同类型衬砌断面下锚杆、辅助措施、钢架、附属洞室、检查井等构件的参数化信息，并以不同的名称存储进构件库中，此时构件库中的信息统称设定为B，这是基础建设过程中的第二步。

在本公开的一种具体实施方式中，是为了构建出构件库的信息。

S4、获取第三信息，第三信息包括至少一种模型；

可以理解的是，在本步骤中，先在三维建模软件OpenRail中导入专业模型，专业模型包括线路模型、地质模型和地形模型等所需的其他模型，然后使用数字化集成设计软件(CRBJ)软件进行读取，读取各专业模型数据信息及接口要求，在剖切的地质纵断面图中进行隧道纵断面设计，并且导入地质地形图，为获取第三信息做准备。

S5、根据第三信息得到纵断面设计数据表格；

可以理解的是，在本步骤中得到，根据不同地质情况选取断面类型，并且根据导入进去的地质地形图，得到衬砌断面选取的情况、断面起终里程、辅助措施类型和措施起终里程(长度)等数据，并且将这一系列的数据储存在纵断面设计数据表格中，纵断面设计数据表格统称设定为C，这一步为应用。

在本公开的一种具体实施方式中，是为了构建出纵断面设计数据表格的信息。

S6、根据隧道断面参数、隧道构件参数和纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果。

在本公开的一种具体实施方式中，从纵断面设计数据表格C中读取隧道衬砌断面类型名称a、断面起终里程b、辅助措施类型名称c和措施起终里程d。根据衬砌断面名称a和辅助措施类型名称b在模板库A和构件库B中获取对应的衬砌断面A1、锚杆、辅助措施B1和钢架等构件。

通过自定义实体的形式根据衬砌断面A1和断面起终里程b分别创建初期支护、二次衬砌、仰拱填充、水沟电缆槽、盖板等断面内元素。自定义实体可通过调整属性如衬砌断面类型名称a、断面起终里程b、终止里程对生成的元素直接进行修改和调整，在断面元素中设置关联关系，使对断面内某一自定义实体属性进行修改，范围内其他关联自定义实体同时调整。

通过断面起终里程b和措施起终里程d计算出起终里程，并通过起终里程除以辅助措施数据得出布置位置N，并且获取布置位置线路模型切向量、法向量计算得出布置旋转矩阵，根据辅助措施构件B1、布置位置N和旋转矩阵计算生成隧道内构件。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种隧道参数化三维设计装置，参见图2装置包括第一数据获取模块1：用于获取第一信息，第一信息包括至少一个隧道内轮廓形状信息；

第一读取模块2：用于根据第一信息得到至少一个隧道断面参数；用于将第一信息输入到数字化集成设计软件(CRBJ)中，得到至少一个隧道断面参数；隧道断面参数包括线间距、初支切点距水沟面距离和沟槽底至轨面距离等；将不同围岩等级的衬砌断面参数存储至模板库。

第二数据获取模块3：用于获取第二信息，第二信息包括至少一个隧道构件参数：

第二读取模块4：用于根据第二信息得到至少一个隧道构件参数；用于将第二信息输入到数字化集成设计软件(CRBJ)中，得到至少一个隧道构件参数；构件参数包括拱部范围、单根长度、直径等；以不同的名称存储进构件库中。

第三数据获取模块5：用于获取第三信息，第三信息包括至少一种模型；先在三维建模软件OpenRail中导入专业模型，专业模型包括线路模型、地质模型和地形模型等所需的其他模型，然后使用数字化集成设计软件(CRBJ)软件进行读取，读取各专业模型数据信息及接口要求，在剖切的地质纵断面图中进行隧道纵断面设计，并且导入地质地形图，为获取第三信息做准备。

提取模块6：用于根据第三信息得到纵断面设计数据表格；分析存储单元：用于将模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，并将数据存储到纵断面设计数据表格中。

计算处理模块7：用于根据隧道断面参数、隧道构件参数和纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果；

获取分析单元71：用于将获取到的断面起终里程和辅助措施类型的数据进行计算，通过断面起终里程的数据除以辅助措施类型的数据得出布置位置的数据。

获取布置位置的数据计算得出布置位置线路模型切向量和法向量，并通过布置位置线路模型切向量和法向量计算出旋转矩阵，并根据辅助措施类型的数据、布置位置的数据和旋转矩阵最终生成隧道三维设计成果。

需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

实施例3：

相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种隧道参数化三维设计设备，下文描述的一种隧道参数化三维设计设备与上文描述的一种隧道参数化三维设计方法可相互对应参照。

图3是根据示例性实施例示出的一种隧道参数化三维设计设备800的框图。如图3所示，该隧道参数化三维设计设备800可以包括：处理器801，存储器802。该隧道参数化三维设计设备800还可以包括多媒体组件803，I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。

其中，处理器801用于控制该隧道参数化三维设计设备800的整体操作，以完成上述的隧道参数化三维设计方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该隧道参数化三维设计设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该隧道参数化三维设计设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该隧道参数化三维设计设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。

在一示例性实施例中，隧道参数化三维设计设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的隧道参数化三维设计方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的隧道参数化三维设计方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由隧道参数化三维设计设备800的处理器801执行以完成上述的隧道参数化三维设计方法。

实施例4：

相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种隧道参数化三维设计方法可相互对应参照。

一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的隧道参数化三维设计方法的步骤。

该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种隧道参数化三维设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取第一信息，所述第一信息包括至少一个隧道内轮廓形状信息；

根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数；

获取第二信息，所述第二信息包括至少一个隧道构件参数；

获取第三信息，所述第三信息包括至少一种模型；

根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格；

根据所述隧道断面参数、所述隧道构件参数和所述纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果；

其中,所述根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格，包括：

将所述模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，并将所述数据存储到纵断面设计数据表格中；

其中,所述将所述模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，包括：

将获取到的所述断面起终里程和所述辅助措施类型的数据进行计算，通过所述断面起终里程的数据除以所述辅助措施类型的数据得出布置位置的数据；

获取所述布置位置的数据计算得出布置位置线路模型切向量和法向量，并通过所述布置位置线路模型切向量和法向量计算出旋转矩阵，并根据所述辅助措施类型的数据、所述布置位置的数据和所述旋转矩阵最终生成隧道三维设计成果。

2.根据权利要求1所述的隧道参数化三维设计方法，其特征在于,所述根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数，包括：

将所述第一信息输入到数字化集成设计软件中，得到至少一个隧道断面参数；

所述隧道断面参数包括线间距、初支切点距水沟面距离和沟槽底至轨面距离。

3.一种隧道参数化三维设计装置，其特征在于，包括：

第一数据获取模块：用于获取第一信息，所述第一信息包括至少一个隧道内轮廓形状信息；

第一读取模块：用于根据所述第一信息得到至少一个隧道断面参数；

第二数据获取模块：用于获取第二信息，所述第二信息包括至少一个隧道构件参数；

第二读取模块：用于根据所述第二信息得到至少一个隧道构件参数；

第三数据获取模块：用于获取第三信息，所述第三信息包括至少一种模型；

提取模块：用于根据所述第三信息得到纵断面设计数据表格；

计算处理模块：用于根据所述隧道断面参数、所述隧道构件参数和所述纵断面设计数据表格计算得到隧道三维设计成果；

其中，所述提取模块还包括：

分析存储单元：用于将所述模型输入到三维建模软件OpenRail中，计算得出隧道地质情况、断面起终里程和辅助措施类型的数据，并将所述数据存储到纵断面设计数据表格中；

其中，所述计算处理模块还包括：

获取分析单元：用于将获取到的所述断面起终里程和所述辅助措施类型的数据进行计算，通过所述断面起终里程的数据除以所述辅助措施类型的数据得出布置位置的数据；

获取所述布置位置的数据计算得出布置位置线路模型切向量和法向量，并通过所述布置位置线路模型切向量和法向量计算出旋转矩阵，并根据所述辅助措施类型的数据、所述布置位置的数据和所述旋转矩阵最终生成隧道三维设计成果。

4.根据权利要求3所述的隧道参数化三维设计装置，其特征在于，所述读取模块还包括：

第一可读单元：用于将所述第一信息输入到数字化集成设计软件中，得到至少一个隧道断面参数；所述隧道断面参数包括线间距、初支切点距水沟面距离和沟槽底至轨面距离；

第二可读单元：用于将所述第二信息输入到数字化集成设计软件中，得到至少一个隧道构件参数。

5.一种隧道参数化三维设计设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2任一项所述隧道参数化三维设计方法的步骤。

6.一种可读存储介质，其特征在于：

所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述隧道参数化三维设计方法的步骤。