土石方工程三维模拟系统V0

1、土石方工程三维模拟系统V 1.0说明书目录1软件概述3.1.1 软件运行3.1.2 系统配置3.1.3 主要功能特点3.1.4 后期规划3.2软件结构4.3软件操作说明 4.3.1 软件主菜单4.3.2 工程文件治理5.3.3 工程编辑5.4应用实例124.1 应用一 124.2 应用二144.3 应用三15土石方工程三维模拟系统V 1.01软件概述本软件为免费共享软件,处于开发测试阶段,仅用于学习交流.土石方工程 三维模拟系统 V 1.0,通过导入实际测量点云数据和抽样钻孔数据信息,采用 DTM三角网三维建模技术和像素沙盒三维建模技术相结合,实现了地质体积自 动建模计算,模型内部任意位置层次

2、结构信息查看与修改, 可作为地形地貌查看 工具,山体地质结构分析、物体内部层次结构分析工具,道路、厂址、场地布置 初步设计分析工具.1.1 软件运行本软件运行在PC及其兼容机上,使用 Windows位操作系统,免安装运行, 解压后直接双击“tsf_v1.exe图标,确认图形运行参数后,就可以进入软件主 界面,进行需要的软作电作.1.2 系统配置软件配置： Win7、Win8、Win10等 Windows操作系统；硬件配置：PC机及其兼容机上运行,要求 Pentium 4, 4GB内存,10GB硬 盘及以上.建议使用高配置 PC机运行本程序.1.3 主要功能特点目前主要开发了两个功能：一、导入原

3、始测量点云数据自动进行三维模型建模.主要特点：1可创立DTM模型,建模精度取决于测量数据点云,用于精确体积计算；2可创立像素沙盒模型,建模精度为1m,前期实现简单的修改编辑功能,添加、删除米方块, 后期扩展开发可实现更加复杂操作,提供更多模拟功能；3提供必要的材质、渲染处理,像素地质贴图可来源于现场实际图像；4以第一人称视角进行地形浏览,可以更加沉浸于场景之中,了解地形地貌特征.5导入勘察阶段抽样钻孔数据,生成地质层次结构,可实现对任意位置层次结构剖面查看, 前期开发主 要分为5种地质层次结构：耕植土层、强风化岩层、长石斑岩层、花岗岩石层、 闪长斑岩层.二、土方开挖施工层、施工段划分功能,主要

4、特点可查看划分的指定区段总 土石方量,各地质结构构成估算比例.前期主要估算耕植土、强风化岩、规格料 比例.1.4 后期规划以后该软件暂考虑两个方向开展：1附加更多功能,如主要施工机械需求 量计算及模拟,施工道路设计、自动最短路径优化,导入工程机械、车辆模型, 进行施工模拟,道路交通模拟,堆场、生活区、办公区等场平布置模拟优化,4D进度方案模拟优化等；2提升局部像素模型精度,到达 cm级甚至mm级,满 足建筑工程施工精度要求,拓宽至更多领域应用.2软件结构主要包括六个模块：UI操作菜单模块,数据输入模块,数据处理模块,显 示输出模块,环境模拟模块,浏览操作模块.1 UI操作菜单包含：主菜单窗口、

5、工程文件编辑窗口、工程操作窗口等.2数据输入模块包含：测量数据点云读入、抽样钻孔数据读入、外部OBJ 格式模型读入等功能；3数据处理模块包含：DTM建模、布尔差运算、体积计算、钻孔数据插值运算、像素模型建模与编辑等功能；4显示输出模块包含：综合信息显示、运算进度显示、数据本地存储像素模型本地存储尚未完善等功能；5环境模拟模块包含：水域环境模拟、陆地环境模拟、天候变化模拟等功能；6浏览操作模块包含：第一人称视角显示与操作、重力 /飞行模拟、碰撞检 测等功能；3软件操作说明3.1 软件主菜单软件主界面见图1,主界面主要包括两个功能：1点击“继续或“工程 文件按钮进入工程文件治理界面；2点击简介可显

6、示本软件相关介绍,见图 2.图1软件主界面图2软件简介3.2 工程文件治理在软件主界面,点击“工程文件或“继续按钮进入工程文件治理界面, 见图3.在软件界面左侧文本输入框输入名称,然后点击“新建工程按钮,可 在右侧工程列表新建工程,鼠标移动到工程列表相应工程文件上可进行工程文件 操作,包括翻开进入工程、删除指定工程.图3工程文件治理界面3.3 工程编辑在工程文件治理界面选择相应工程文件,点击“翻开按钮,读取指定工程 数据,进入该工程界面,见图4.工程界面左上角为综合信息显示窗口,显示必 要的数据与操作状态.左侧为折叠菜单面板.3.3.1 导入数据面板本软件附例如文件以供参考,包括测量点云数据、

7、钻孔数据、设计面文件,试验运行请选择“ project01.csv,“ project02.csv数据量较大,假设电脑配置较 低可能会卡顿死机.折叠菜单面板第一级为导入数据面板,该面板主要进行场景选择与测量数据导入操作,新建工程初始化场景为水域环境见图 4,选择陆地选项效果见图5 电脑配置较低建议选择陆地环境,水域环境更适合高配置电脑.图4工程界面图5陆地环境导入地表数据,可选取两种模式：1选择“导入点云,是指选择原始地 形测量数据文件,数据文件格式是后缀为*.csv的电子表格,电子表格数据格式 见图6; 2选择“导入模型,是指选择导入其它软件生成的三维立体图形, 文件格式为OBJ文件.ABC

8、 |DE 11点号描述坐标M坐标Z坐标21513303. 2952966062. C453732515325. 271296C018.1813743515339.7762965997.94537到4515344. 892965939.10337|6_0还356： 8292965923.34337图6测量数据格式抽样钻孔数据文件是用于创立像素模型时,生成层次结构模型.钻孔数据文 件格式是后缀名为* csv的电子表格格式,数据内容格式见图7,第1列为钻孔点 点号,第24列为钻孔点坐标,第5列为钻孔点孔口高程取整,第6列之后为相应钻孔深度地质类型,地质类型代号见图 8ABCDEFGH1rKL1点号Y

9、X1工四舍五入Id2bSm4 m5tnEm7n232514921.592965545. 9671.第7J122222319S14T26. 33二 9演了03. 15也工;4213333342Q 14WJ7, 272HE7E2 98166. 4212223335_21515W& 骋2965819.世17. 6122?33362251216. 332065871. B1L&9烟122233724514665. 44965550. 9879. 79加1122222图7钻孔数据格式A L B1地质类型代号2粉质粘土13长石斑岩强风化24长石斑岩35 |花岗岩46闪长野岩5图8地质类型代号选择地表数据文

10、件、地质钻孔数据文件完成后,需要进行设计开挖面设置. 开挖面设置包括两种形式：1导入模型,仅支持obj格式三维模型,对于复杂 开挖面,应使用其它软件,例CAD、3dsmax、犀牛等软件进行设计开挖面建模, 导出为obj格式模型文件,在建立转换模型过程中,注意设置基准点为本软件综 合信息显示窗口的基准点坐标,才能导入至准确位置；2对于设计开挖面为平面的工程,选择“输入高程m 选项,输入相应的设计开挖面高程.水平面 高程设置用于陆地或水域平面高程设置.导入数据面板设置完成状态见图 9.图9导入数据面板设置3.3.2 三维浏览操作本软件使用第一人称沉浸式地形浏览,更加具有代入感,地形浏览效果见图10

11、、图11.按下鼠标右键,移动鼠标进行镜头旋转与俯视仰视操作；滑动鼠标 滚轮进行镜头缩放；键盘 W、S、A、“D进行前、后、左、右操 作,同时按下“左Shift键进行加速；按“左 Ctrl键开启/关闭重力模式；在 开启重力模式下按Space键进行跳跃操作,关闭重力模式下,按 Space键提升飞 行高度.建模水平面高程设置可更改水面/地面高程,效果见图12.图10重力地形浏览图11飞行俯视图12修改水平面标高效果3.3.3 建模工具面板“导入数据面板设置完成后进入“建模工具面板,单击“ DTM按钮, 使用测量数据文件进行三维地形建模,建模过程见图13,建模完成后效果见图14.图13 DTM三维地形

12、建模图14 DTM地形模型效果生成像素模型.在DTM三维地形模型创立并检视确认后,按建模工具面板 “像素模型按钮,转换DTM地形模型为带地质结构的像素模型,创立过程及 效果见图15、图16.图15像素模型建模过程图16像素模型效果三维模型布尔差运算.初步完成剖切算法、剖切后三维体积计算.例：使用地形测量数据生成三维地形模型见图 17中白色三维地形模型,导入设计开挖面 模型见图17中棕色模型.剖切效果见图17,剖切过程见图18.布尔运算代码有 待优化,运算时间较长,导入的设计面必须要大于剖切模型剖切面, 且设计面法 线方向须向上.具体操作步骤为：1在导入数据面板设计开挖面选项勾选“导入设计面ob

13、j ； 2单击“翻开按钮,翻开文件浏览目录,类型选择 obj , 导入设计面模型；3在浏览窗口确认设计面是否正确导入,鼠标选择设计面模 型,在属性面板可以对设计面位置、缩放进行调整,旋转请勿调整,调整后计算 过程中不会计算旋转角度；4点击“布尔差按钮,模型进行剖切运算.图17模型剖切图18剖切过程三维体积计算.选择布尔差运算后的模型或者待计算的像素三维模型,然后单击“选择域体积,就可以完成体积计算,计算结果在建模工具面板中显示, 见图19、图20.图19 DTM模型体积计算图20像素模型选择域体积3.3.4 属性面板模型浏览窗口中一些模型是允许选择的,以便进行属性查看、修改的,包括导入的设计面

14、模型obj,生成的像素模型.中选择单个对象时,属性面板可 以查看、修改选择的对象信息,包括位置坐标信息,旋转角度信息旋转角度相 对于基点0,0,0,缩放信息.在操作过程中,一般请勿修改对象属性,修改后 易引发后续操作、运算错误.3.3.5 编辑面板编辑面板提供像素模型编辑修改功能,包括隐藏选择对象、取消隐藏、删除选择对象、取消选择、增加像素块、删除像素块命令.像素模型修改效果见图21.图21像素模型编辑功能4应用实例 4.1应用一2021年01月03日,施工单位对现场堆料场进行地形测量工作,2021年01月06日,收到施工单位报送的测量报验单?*大堆现有石料地形测量?编 号：*,经组织审查,并

15、利用本软件将现场测量数据生成三维地形模型见图22与现场实际地形地貌比照检查,发现具体问题如下：图22堆料场三维地形模型1堆料场西侧局部地形因过于陡峭,现场测量人员当时无法平安攀登测量,此处地形未测量,见图23,施工单位报送的测量报告未进行标注说明.假设使用 本次测量数据为依据,进行涉及堆料场西侧区域工程量相关计算工作,将造成计算结果偏差过大；特合信息曾口笥二点悌 1 哪0.口 296&4W.0, 1?to o -1 n. oo)自地下霹1122.fi 2ki 376 2fE开|v值入嘉青Fe1 |5事率耳理丁典DTM翻开力vBullcxi图23三维模型与现场地形比照图2依据本次测量数据生成的三

16、维模型与现场实际地形地貌比照见图 23、图 24,图24为图23图中与现场实际地貌不符局部放大图,堆料北侧区域地形图 严重失真,与现场地形地貌不符.针对上述问题,要求施工单位认真分析产生上述问题原因,采取有效举措, 杜绝此类问题再次发生,假设再次发生此类问题,将依据?工程现场平安质量处分 治理?编号：QA-XP-400第6.2.3条“质量红线：1弄虚作假工作过程、 工器具材料、质量文件记录、签名等.进行处分.后施工单位主动成认错误, 由于挖运队提前挖运,造成通知测量验收时地形已改变,在报验测量报告时将已 挖运的土石方工程量参加了本次测量报告之中,施工单位主动承诺将重新组织测 量.图24地形不符

17、合处比照放大图4.2应用二采用例如文件夹中例如文件,进行原始地貌开挖至设计面工程量计算.步骤1:运行本程序,在工程治理界面新建一工程工程,名称“工程 1, 并进入工程；步骤2:展开“导入数据面板,场景选择“陆地,地表数据文件选择示 例文件夹中“ project01.csv,地质钻孔数据选择例如文件夹中“ zk_data.cs., 设计开挖面选择例如文件中“ project01.obj,建模水平面输入“18 m；步骤3:展开“建模工具面板,先点击“DTM 建模,然后单击“布尔差, 等待运算结束,选中新生成的模型,再单击“选择域体积按钮,计算结果见图25,原始地貌开挖至设计面 DTM模型体积为77

18、.4万m3;图25 DTM模型体积步骤4:单击建模工具面板“像素模型按钮,进行像素沙盒模型建模,建 模结束后,框选所有像素块,再点击“选择域体积,运算结果见图26,原始地貌开挖至设计面像素模型总体积为 76.0万m3,修正系数i=DTM模型体积+ 像素模型总体积=77.4/76=1.018,耕植土、强风化岩、岩石像素体积分别乘以修 正系数i,得到最终结果分别为4.07万m3,12.43万m3, 60.86万m3.图26像素模型体积本软件也可以拓展用于两期土方计算,首先需要两期测量数据点云具有相同 的边界,然后分别计算两期测量数据至水平面 0m的体积,最后两期体积相减得 到两期土方工程量.在计算过程中也可以对像素模型进行编辑修改, 删除超边界或不需要计算得 像