土石方工程三维模拟系统V1.0

1、土石方工程三维模拟系统V 1.01-16土石方工程三维模拟系统V 1.0#-16土石方工程三维模拟系统V 1.0说明书土石方工程三维模拟系统V 1.03-16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 项目文件管理 5.3.3 项目编辑 5.4 应用实例 1.2.4.1 应用一 1.2.4.2 应用二 1.4.4.3 应用三 1.5.土石方工程三维模拟系统V 1.020-16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

2、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，进行需要的软件操作。1.2 系统配置软件配置： Win7、

3、 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、导入原始测量点云数据自动进行三维模型建模。主要特点：1）可创建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）可创建像素 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

4、，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发展： 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

5、模拟优化， 4D 进度计划模拟优化等；2）提高局部像素模型精度，达到 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、项目文件编辑窗口、项目操作窗口等。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

6、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“项目 文件”按钮进入项目文件管理界面；2）点击简介可显示本软件相关介绍，见图 2。图1软件主界面图2软件简介3.2项目文件管理在软件主界面，点击“项目文件”或“继续”按钮进入项目文件管理界面， 见图3。在软件界面左侧文本输入框输入名称，然后点击“新建项目”按钮，可 在右侧项目列表新建项目，鼠标移动到项目列表相应项目文件上可进行项目文

7、件 操作，包括打开进入项目、删除指定项目。图3项目文件管理界面3.3项目编辑在项目文件管理界面选择相应项目文件，点击“打开”按钮，读取指定项目 数据，进入该项目界面，见图4。项目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示例文件以供参考，包括测量点云数据、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，若电脑配置较 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，新建项目初始化场景为水域环境见图 4,选择陆地选项效果见

8、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项目界面图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|DE11点号描述Y坐标X坐标?坐标21o15303.2952966062. C453732515325. 271296C018.18137斗3515339.7762965997-945374515344.892965939.10337|6_5515356:829296

9、5923.34337图6测量数据格式抽样钻孔数据文件是用于创建像素模型时，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列之后为相图7钻孔数据格式A1地质类型代号2粉质粘土13长右班岩强风化24长石斑岩3£1化冈石46，闪长尉岩5应钻孔深度地质类型，地质类型代号见图 8图8地质类型代号选择地表数据文件、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、

10、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项目，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。a o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、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Shi

11、ft”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333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三维地形建模MS*克右HUE训飞DIM 关閒办vIF*. 7图14 DTM地形模型效果生成像素模型。在DTM三维地形模型创建并检视确认后，按建模工具面板 “

12、像素模型”按钮，转换DTM地形模型为带地质结构的像素模型，创建过程及 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 （obj）”； 2）单击“打开”按钮，打开文件浏览目录，类型选择“（obj）”，导入设计面模型；3

13、）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0+3(1*DTM昊妙力mHUB口 甌r平时和"17(1> ins.po.acn"二 Q“47JF-r1谭嗜士贸时 刃亜凤牝C: 255 irJ 3）tt；. 111 ti

14、n?图20像素模型选择域体积334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 导入的设计面模型（obj），生成的像素模型。当选择单个对象时，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。洵整出斗HU|4T45,0 JMTft 1TJO>(1.”1 n.O f&g

15、t;) 卑再1HF.5, 38A 141.51迹：X 1W'Zw 卑转：M： o Y z o 4 nr- x 1 y i ? 图21像素模型编辑功能4应用实例 4.1应用一2020年01月03日，施工单位对现场堆料场进行地形测量工作，2020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对比检查，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安全攀登测量， 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

16、明。若使用 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；图23三维模型与现场地形对比图（2）依据本次测量数据生成的三维模型与现场实际地形地貌对比（见图 23、图 24,图24为图23图中与现场实际地貌不符部分放大图），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，采取有效措施， 杜绝此类问题再次发生，若再次发生此类问题，将依据工程现场安全质量处罚 管理（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）。”进行处罚。后施工单位主动

17、承认错误， 因为挖运队提前挖运，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加入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地形不符合处对比放大图4.2应用二采用示例文件夹中示例文件，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，在项目管理界面新建一项目工程，名称“项目 1”， 并进入项目；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”，地质钻孔数据选择示例文件夹中“ zk_data.csV'， 设计开挖面选择示例文件中“ project01.obj”，建模水平面输入“1

18、8” 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77.4万m3;倬起権出 lrrH* 7債鼻担S粧TO11j«<±-W 和戛剛E： F：DTHZ#：J不町甲MT4*ft 3S17Q 仃科 |O爭呱010s|-1；.&, H.O 1t.3iDTM集话逼孑二图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模型体积十像素模型总体积=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 Om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 像素块，然后计算体积。4.3应用三指定施工层段土石方量计算。