复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法及装置与流程

1.本发明涉及疏浚工程技术领域，特别是涉及一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法及装置。


背景技术：

2.目前，疏浚工程主要采用断面法分析基槽超欠挖(超欠挖包括超挖和欠挖)，原理为事先根据基槽施工平面图、施工纵横断面图垂直于基槽中心线绘制足够数量的测线，以保证计算精度；利用设计数据与实测水深数据的标高差值制作二维色差图，利用色差图的色块与标高差值二维平面分析基槽欠挖厚度与超挖深度，利用纵横剖面图分析基槽局部的欠挖厚度与超挖深度。
3.其中，断面法适用于航道疏浚、基槽开挖、道路、河堤等狭长带状线性工程的土方量计算，分析开挖质量；原理为划分场地为若干平行的横截面，假定相邻断面之间均匀变化，计算每相邻断面间土方量，各断面间土方量之和为总土方量，本质上是一种简化模型。断面法步骤清晰直观，可核查超深、超宽的土方量，中间资料完整性较好，可得到每个特定桩号的断面图，利用断面图可直观分析施工质量，提供详细的土方量计算结果报告；但效率较低，计算过程复杂，可视化效果差，对于大面积复杂区域和计算区域随时变化的情况，误差较大。
4.因此，采用断面法分析基槽超欠挖存在以下不足：(1)对于中心线为不规则三维空间曲线、设计纵横断面边坡点多等设计结构复杂的基槽、航道，为保证计算精度，需沿基槽、航道三维中心线绘制大量测线，重复性工作量大且精度低。(2)无法分析基槽欠挖区域的土质，为后续欠挖区域开挖提供量化依据。(3)平面分析与断面分析独立，无法实时联动，每一次断面分析需重新设定参数，重复工作量大，操作相对复杂。(4)二维分析，可视化效果差。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对采用断面法分析基槽超欠挖存在的不足，提供一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法及装置。
6.一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法，包括步骤：
7.分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型；
8.切割所述基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型；
9.根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型调整所述基槽开挖模型；
10.通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。
11.上述的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型后，切割基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型。根据基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型调整基槽开挖模型，最后通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。基于此，可大幅度减少因大量绘制测线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度的同时，以三维分析提高超欠挖分析
结果的可视化效果。
12.在其中一个实施例中，建立基槽的基槽开挖模型的过程，包括步骤：
13.获取所述基槽的选定开挖施工阶段的多波束水深测量数据，建立所述选定开挖施工阶段的海底地形面；
14.为二维基槽中心线赋予标高信息，建立三维基槽中心线；
15.分段划分所述基槽，绘制每段基槽的参数化横断面模板，建立参数化横断面模板库；
16.分别将每段基槽的参数化横断面模板沿所述三维基槽中心线拉伸，调整参数化横断面模板变坡点的空间位置，生成基槽设计界面，以建立所述基槽开挖模型。
17.在其中一个实施例中，建立基槽的基槽地质模型的过程，包括步骤：
18.利用浚前海底的多波束水深测量数据建立浚前海底地形面；
19.基于所述浚前海底地形面、工程地质纵横断面图和工程地质钻孔柱状图，建立基槽地质模型。
20.在其中一个实施例中，根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型调整所述基槽开挖模型的过程，包括步骤：
21.根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型，赋予所述基槽开挖模型欠挖区域土质信息与超挖区域土质信息。
22.在其中一个实施例中，通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果的过程，包括步骤：
23.通过三维色差图，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。
24.在其中一个实施例中，还包括步骤：
25.基于调整后的所述基槽开挖模型计算所述基槽的超挖工程量和欠挖工程量。
26.在其中一个实施例中，基于调整后的所述基槽开挖模型计算所述基槽的超挖工程量和欠挖工程量的过程，包括步骤：
27.根据土质区分，分别计算所述基槽的超挖工程量和欠挖工程量。
28.一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置，包括：
29.模型建立模块，用于分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型；
30.模型切割模块，用于切割所述基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型；
31.模型调整模块，用于根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型调整所述基槽开挖模型；
32.结果分析模块，用于通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。
33.上述的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型后，切割基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型。根据基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型调整基槽开挖模型，最后通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。基于此，可大幅度减少因大量绘制测线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度的同时，以三维分析提高超欠挖分析结果的可视化效果。
34.一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现上述任一实施例的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法。
35.上述的计算机存储介质，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型后，切割基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型。根据基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型调整基槽开挖模型，最后通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。基于此，可大幅度减少因大量绘制测线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度的同时，以三维分析提高超欠挖分析结果的可视化效果。
36.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述任一实施例的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法。
37.上述的计算机设备，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型后，切割基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型。根据基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型调整基槽开挖模型，最后通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。基于此，可大幅度减少因大量绘制测线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度的同时，以三维分析提高超欠挖分析结果的可视化效果。
附图说明
38.图1为一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法流程图；
39.图2为另一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法流程图；
40.图3为一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置模块结构图；
41.图4为一实施方式的计算机内部构造示意图。
具体实施方式
42.为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
43.本发明实施例提供了一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法。
44.图1为一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法流程图，如图1所示，一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法包括步骤s100至步骤s103：
45.s100，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型；
46.s101，切割所述基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型；
47.s102，根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型调整所述基槽开挖模型；
48.s103，通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。
49.其中，基槽开挖模型用于表征基槽的开挖过程，基槽地质模型用于表征基槽的地质信息。
50.在其中一个实施例中，图2为另一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法流程图，如图2所示，步骤s100中建立基槽的基槽开挖模型的过程，包括步骤
s200至步骤s203：
51.s200，获取所述基槽的选定开挖施工阶段的多波束水深测量数据，建立所述选定开挖施工阶段的海底地形面；
52.s201，为二维基槽中心线赋予标高信息，建立三维基槽中心线；
53.s202，分段划分所述基槽，绘制每段基槽的参数化横断面模板，建立参数化横断面模板库；
54.s203，分别将每段基槽的参数化横断面模板沿所述三维基槽中心线拉伸，调整参数化横断面模板变坡点的空间位置，生成基槽设计界面，以建立所述基槽开挖模型。
55.为了更好地解释本实施例的实施方式，以下以一具体案例对各实施例的特征实现进行解释。具体案例：海底沉管隧道基槽开挖工程，长5035m，最大宽度接近400m，最大开挖厚度接近30m，包含65个参数各异的设计横断面以及1:0、1:0.75、1:1.5、1:3、1:5、1:7等不同坡比的边坡，基槽中心线为不规则三维空间曲线，开挖区域存在淤泥、砂土、黏土、岩石等23类土质。按设计要求，划分基槽为32个管节；按照分段、分条、分层的原则，分管节完成基槽开挖。
56.在其中一个实施例中，基槽选定开挖施工阶段后，利用船载多波束测深仪扫测基槽开挖施工海域的水深，利用扫测产生的多波束水深测量数据，建立基槽某一施工阶段海底地形面。
57.其中，多波束测深系统由多波束测深仪、定位系统、姿态传感器、其他辅助传感器、数据采集系统和数据处理系统组成。其应用外业软件进行外业导航以及数据采集，接收海上测量平台基站实时差分信号，实现多波束系统搭载rtk的三维水下地形测量，计算机自动采集并同步记录rtk实时定位数据、水下地形数据、罗经数据等信息。
58.在其中一个实施例中，参考基槽施工总平面图，复制二维基槽中心线，在满足计算精度的条件下，沿二维基槽中心线每10m赋予二维基槽中心线1个标高，建立三维基槽中心线。
59.在其中一个实施例中，根据基槽施工平面图，以相邻且变坡点数量相同为原则，分段划分基槽，参考每段基槽的典型施工横断面图绘制其参数化横断面模板，模板顶端的变坡点分别设置为垂直向上和垂直向下的“末端条件”；模板顶端的变坡点可向上或向下无穷延伸，到地形面终止，识别海底地形面与基槽设计界面围成的封闭区域为基槽的超挖体或欠挖体；实际将基槽划分了19段，绘制了19个参数化横断面模板，建立了参数化横断面模板库。
60.在其中一个实施例中，参考选定开挖阶段海底地形面与三维基槽中心线；将每个参数化横断面模板沿三维基槽中心线拉伸，拉伸过程中，根据基槽施工平面图，调整各变坡点空间位置；生成基槽设计界面，基槽设计界面顶端自动识别海底地形面并连接，识别地形面以下与设计界面以上围成的封闭区域为欠挖区域，识别地形面以上与设计界面以下围成的封闭区域为超挖区域，建立基槽开挖模型。
61.其中，利用基槽开挖模型可不区分土质的三维定性定量与可视化分析基槽开挖质量，包括基槽超挖欠挖区域的坐标、标高、三维分布产状、工程量等。
62.在其中一个实施例中，如图2所示，步骤s100中建立基槽的基槽地质模型的过程，包括步骤s300和步骤s301：
63.s300，利用浚前海底的多波束水深测量数据建立浚前海底地形面；
64.s301，基于所述浚前海底地形面、工程地质纵横断面图和工程地质钻孔柱状图，建立基槽地质模型。
65.作为一个较优的实施方式，基于克里金算法，利用浚前海底地形面、工程地质纵横断面图、工程地质钻孔柱状图，建立基槽地质模型。
66.在其中一个实施例中，参见具体案例，基于克里金算法，利用3条工程地质纵断面图、15条工程地质横断面图、204个工程地质钻孔柱状图，建立基槽地质模型。
67.在其中一个实施例中，步骤s102中根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型调整所述基槽开挖模型的过程，包括步骤s400：
68.s400，根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型，赋予所述基槽开挖模型欠挖区域土质信息与超挖区域土质信息。
69.其中，切割基槽地质模型，建立基槽欠挖地质模型、基槽超挖地质模型；参考步骤s31基槽欠挖地质模型、基槽超挖地质模型，赋予基槽开挖模型欠挖区域与超挖区域土质信息。
70.在其中一个实施例中，利用基槽设计界面、基槽选定开挖施工阶段海底地形面切割基槽地质模型；保留基槽选定开挖施工阶段海底地形面与基槽设计界面所围成封闭区域的基槽地质模型体；生成基槽欠挖地质模型。同理，生成基槽超挖地质模型。
71.基槽开挖模型参考基槽欠挖地质模型与基槽超挖地质模型，赋予基槽开挖模型欠挖区域与超挖区域土质信息，将海底地形面的透明度设置为50％，50％透明度海底地形面以下为各类土质三维色块。
72.在其中一个实施例中，如图2所示，步骤s103中通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果的过程，包括步骤s500：
73.s500，通过三维色差图，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。
74.其中，将基槽设计界面转换为数字地面模型dtm(digital terrain model,数字地面模型)，称基槽设计界面dtm；利用选定开挖施工阶段海底地形面与基槽设计界面dtm的标高差值，建立与海底地形面贴合的三维色差图，在三维色差图上利用标高差值表示基槽各区域的欠挖厚度与超挖深度。
75.进一步的，利用三维色差图与标高差值从不同视图三维分析基槽的超挖深度与欠挖厚度；利用动态横截面从横断面上定量分析基槽任一桩号处的超挖深度与欠挖厚度。关闭基槽开挖模型参考的基槽超挖地质模型，分析基槽欠挖区域的土质成分；关闭基槽开挖模型参考的基槽欠挖地质模型，分析基槽超挖区域的土质成分。
76.在其中一个实施例中，设定基槽超挖区域标高差值为正，基槽欠挖区域标高差值为负；按工程要求，赋予不同数值范围内的欠挖厚度与超挖深度不同颜色，划分细则如下表1所示；利用海底地形面与基槽设计界面dtm的标高差值，建立与选定开挖施工阶段海底地形面贴合的三维色差图，在三维色差图上利用标高差值表示基槽各区域的欠挖厚度与超挖深度。
77.表1三维色差图颜色划分表
78.序号欠挖厚度与超挖深度数值范围rgb值1≥0.6m[0,0,255]
2[0.4m，0.6m)[0,255,255]3[0.2m，0.4m)[0,255,0]4[0m，0.2m)[153,255,51]5[-0.2m，0m)[255,255,0]6[-0.4m，-0.2m)[255,153,0]7≤-0.4m[255,0,0]
[0079]
在其中一个实施例中，如图2所示，另一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法还包括s600：
[0080]
s600，基于调整后的所述基槽开挖模型计算所述基槽的超挖工程量和欠挖工程量。
[0081]
其中，基于调整后的所述基槽开挖模型计算所述基槽的超挖工程量和欠挖工程量的过程，包括步骤：
[0082]
根据土质区分，分别计算所述基槽的超挖工程量和欠挖工程量。
[0083]
在其中一个实施例中，以表格形式不区分土质地输出基槽欠挖与超挖工程量；统计基槽超挖与欠挖区域所含各类土质的体积，实现分土质输出基槽超挖与欠挖工程量。
[0084]
在其中一个实施例中，以excel表格不区分土质地输出基槽各管节的起始桩号、终止桩号、欠挖工程量、超挖工程量，统计基槽超挖区域与欠挖区域所含各类土质的体积，实现分土质输出基槽超欠挖工程量。
[0085]
基于此，结合三维色差图，实现了三维定性定量与可视化分析基槽开挖质量，包括超挖欠挖的坐标、标高、三维分布产状、工程量、土质成分等。
[0086]
基于此，本实施例可实现：(1)计算效率与精度高；相比断面法等传统方法，大幅度减少因大量绘制测线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度。(2)实现了分析基槽超挖区域与欠挖区域的土质成分，为基槽后续施工提供了重要量化依据。(3)适用性强；适用于基槽开挖、航道疏浚等，尤其是设计结构复杂的狭长带状线性工程在施工过程中的施工质量分析与控制。(4)可视化效果好，中间过程资料清晰完整。
[0087]
本发明实施例还提供了一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置。
[0088]
图3为一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置模块结构图，如图3所示，一实施方式的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置包括：
[0089]
模型建立模块100，用于分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型；
[0090]
模型切割模块101，用于切割所述基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型；
[0091]
模型调整模块102，用于根据所述基槽欠挖地质模型和所述基槽超挖地质模型调整所述基槽开挖模型；
[0092]
结果分析模块103，用于通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。
[0093]
上述的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析装置，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型后，切割基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型。根据基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型调整基槽开挖模型，最后通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。基于此，可大幅度减少因大量绘制测
线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度的同时，以三维分析提高超欠挖分析结果的可视化效果。
[0094]
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一实施例的复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法。
[0095]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存划痕属性信息储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0096]
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、终端、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ram、rom、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0097]
与上述的计算机存储介质对应的是，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行程序时实现如上述各实施例中的任意一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法。
[0098]
该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种复杂地质沉管隧道基槽分土质超欠挖分析方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0099]
上述的计算机设备，分别建立基槽的基槽开挖模型和基槽地质模型后，切割基槽地质模型，以建立基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型。根据基槽欠挖地质模型和基槽超挖地质模型调整基槽开挖模型，最后通过三维分析，基于调整后的所述基槽开挖模型获得超欠挖分析结果。基于此，可大幅度减少因大量绘制测线等产生的重复工作量，显著提高了计算效率与精度的同时，以三维分析提高超欠挖分析结果的可视化效果。
[0100]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例
中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0101]
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。