一种地上地下三维一体化的虚拟基坑开挖方法与流程

本发明属于地理空间信息领域，特别是涉及地上地下三维一体化的虚拟基坑开挖方法。

背景技术：

地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。其中三维地理信息系统是将传统的二维地理信息系统以三维可视化技术相结合，在三维可视化场景下为用户提供更为直观的可视化效果和空间查询分析功能。

地上地下三维一体化是在三维地理信息系统中，将地面建筑、地表道路、地表场地、地下管线、地下空间、工程地质等地上地下三维模型数据进行一体化集成，利用三维场景表现其各类数据的空间位置和其空间关系。

目前已有的虚拟基坑开挖方法，只能对一种三维模型数据进行开挖，而无法将建设工程周边相关环境都集成叠加进行虚拟开挖分析，因此，需要一种能够将建成工程场地周边的建筑、地形、道路、地下管线、地下空间等三维数据模型综合集成并进行虚拟开挖的地上地下一体化虚拟开挖方法，更好的为建设工程初步设计分析服务。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种在三维可视化环境中模拟基坑开挖的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种地上地下三维一体化的虚拟基坑开挖方法,其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、构建基坑开挖面；

步骤二、执行虚拟开挖；

步骤三、虚拟开挖成果整合；

步骤一中所述构建基坑开挖面按以下步骤进行：

a1、确定基坑开挖平面范围线；

a2、确定基坑开挖的深度，通过基坑底面标高，来确定开挖深度；

a3、构建基坑开挖面；利用基坑开完平面范围线和基坑开挖深度，构建顶面范围边线和底面范围边线。对于底面范围边线，通过顺时针连接边线上的点，构建三角网，完成底面的基坑开挖面构建；对于顶面范围边线和底面范围边线，顺时针并依此间隔连接顶面、底面边线上的点，构建三角网，完成侧壁的基坑开挖面构建；

步骤二中所述执行虚拟开挖按以下步骤进行：

b1、根据三维数据是否在顶面范围线内，对不在顶面范围线内的三维数据不执行开挖，保留其三维数据的原始状态；而对在顶面范围线内三维数据执行开挖，直接利用基坑开挖面与构成以上数据的原始三角面进行相交分析，通过基坑开挖面将三维数据相交处理，利用基坑开挖侧壁面将三维原始数据的三角面进行切割，沿侧壁将三维原始数据分割为基坑开挖范围的内部面和外部面两个部分，删除内部面，保留外部面；

b2、将保留的三维数据的外部面与步骤一中生成的侧壁基坑开挖面和底面基坑开挖面进行可视化集成显示，就得到了开挖后的三维基坑效果。

较佳的，步骤三中所述虚拟开挖成果整合以下步骤进行：

c1、结合现有三维数据资源，从地面上至地面下依此是三维建筑模型、三维场地模型、三维道路模型、三维地下管线模型、三维工程地质模型和三维地下空间模型的竖向关系，利用步骤二中的方法执行虚拟开挖，并按照原有的从地面上至地面下依此是三维建筑模型、三维场地模型、三维道路模型、三维地下管线模型、三维工程地质模型和三维地下空间模型的竖向关系进行其基坑开挖效果的叠加和显示，即完成地上地下一体化虚拟开挖成果整合。

本发明的有益效果是：本发明能够根据用户对于市政设施管理、工程建设勘察等的了解场地、道路等地面以下现状情况的需要，实现了一种能够将建成工程场地周边的建筑、地形、道路、地下管线、地下空间等三维数据模型综合集成并进行虚拟开挖的地上地下一体化虚拟开挖方法，该方法能够利用三维可视化技术手段，在虚拟环境下模拟开挖效果，相较现有技术能够大幅度提高复杂三维模型的开挖效率，能有效辅助工程设计人员了解工程场地情况，减少人员外业工作次数和时间，降低时间成本和经费成本，更好的为建设工程初步设计分析服务.

附图说明

图1是本发明具体实施方式的流程示意图。

图2是构建基坑开挖面示意图。

图3是建筑、地形、道路三维数据执行虚拟基坑开挖示意图。

图4是工程地质三维数据执行虚拟基坑开挖示意图。

图5是三维可视化环境下虚拟基坑开挖效果示意图一。

图6是三维可视化环境下虚拟基坑开挖效果示意图二。

图7是三维可视化环境下虚拟基坑开挖效果示意图三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，为实现上述目的，本发明提供了一种地上地下三维一体化的虚拟基坑开挖方法,其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、构建基坑开挖面；

步骤二、执行虚拟开挖；

步骤三、虚拟开挖成果整合；

步骤一中所述构建基坑开挖面按以下步骤进行：

a1、确定基坑开挖平面范围线；

a2、确定基坑开挖的深度，通过基坑底面标高，来确定开挖深度；

a3、构建基坑开挖面；利用基坑开完平面范围线和基坑开挖深度，构建顶面范围边线和底面范围边线。对于底面范围边线，通过顺时针连接边线上的点，构建三角网，完成底面的基坑开挖面构建；对于顶面范围边线和底面范围边线，顺时针并依此间隔连接顶面、底面边线上的点，构建三角网，完成侧壁的基坑开挖面构建；步骤二中所述执行虚拟开挖按以下步骤进行：

b1、根据三维数据是否在顶面范围线内，对不在顶面范围线内的三维数据不执行开挖，保留其三维数据的原始状态；而对在顶面范围线内三维数据执行开挖，直接利用基坑开挖面与构成以上数据的原始三角面进行相交分析，通过基坑开挖面将三维数据相交处理，利用基坑开挖侧壁面将三维原始数据的三角面进行切割，沿侧壁将三维原始数据分割为基坑开挖范围的内部面和外部面两个部分，删除内部面，保留外部面；

b2、将保留的三维数据的外部面与步骤一中生成的侧壁基坑开挖面和底面基坑开挖面进行可视化集成显示，就得到了开挖后的三维基坑效果。

较佳的，步骤三中所述虚拟开挖成果整合以下步骤进行：

c1、结合现有三维数据资源，从地面上至地面下依此是三维建筑模型、三维场地模型、三维道路模型、三维地下管线模型、三维工程地质模型和三维地下空间模型的竖向关系，利用步骤二中的方法执行虚拟开挖，并按照原有的从地面上至地面下依此是三维建筑模型、三维场地模型、三维道路模型、三维地下管线模型、三维工程地质模型和三维地下空间模型的竖向关系进行其基坑开挖效果的叠加和显示，即完成地上地下一体化虚拟开挖成果整合。

如图2所示，显示的是构建基坑开挖面示意图。

如图3所示，显示的是建筑、地形、道路三维数据执行虚拟基坑开挖示意图。

如图4所示，显示的是工程地质三维数据执行虚拟基坑开挖示意图。

如图5所示，显示的是三维可视化环境下虚拟基坑开挖效果示意图，可以看到工程建设场地虚拟开挖后，基坑内地质情况。

如图6所示，显示的是三维可视化环境下虚拟基坑开挖效果示意图，可以看到工程建设场地虚拟开挖后，基坑内地质、地下管线、地下车库以及地面建筑等空间位置关系。

如图7所示，显示的是三维可视化环境下虚拟基坑开挖效果示意图，可以看到工程建设场地虚拟开挖后，基坑内各类地下管线的空间位置关系和走向。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。