專利名稱：盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道工程技術(shù)領(lǐng)域的盾構(gòu)設(shè)備，具體是一種盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于盾構(gòu)隧道施工技術(shù)可以最大限度地減少對(duì)城市其他設(shè)施的影響，因此已經(jīng)成為世界各國(guó)城市隧道施工的主要形式。在我國(guó)上海、北京、廣州、南京、深圳等地也都在地鐵施工中使用盾構(gòu)技術(shù)。管片拼裝技術(shù)是盾構(gòu)施工技術(shù)的重要組成部分。與普通管片不同，由通用管片組成的襯砌環(huán)只有一種楔形結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)楔形圓環(huán)的有序旋轉(zhuǎn)和有序組合，使得在同一條隧道內(nèi)僅采用一種通用管片就適用于直線、左轉(zhuǎn)曲線、右轉(zhuǎn)曲線、空間曲線等工礦情況。通用管片的引入極大的降低了管片的生產(chǎn)成本(僅使用一套剛模就可以滿足生產(chǎn)要求)，方便管片的管理與拼裝。但是通用管片的使用也為管片對(duì)隧道理論軸線擬合、管片排版、通縫檢查及預(yù)測(cè)等方面帶來(lái)了難題。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)管片的拼裝機(jī)械設(shè)備，以及其控制算法研究較多，很少涉及虛擬拼裝。然而，國(guó)外開發(fā)了一些盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)，將其作為盾構(gòu)機(jī)掘控制系統(tǒng)的一部分。這些系統(tǒng)包含簡(jiǎn)單的管片選取、盾構(gòu)機(jī)糾偏等功能，例如德國(guó)海瑞克(VMT)公司的SLS-T，tacs的acs等，其主要目的是為盾構(gòu)司機(jī)提供盾構(gòu)機(jī)軸線相對(duì)于隧道設(shè)計(jì)軸線的方位信息，以便盾構(gòu)機(jī)沿著理論軸線行進(jìn)。這些系統(tǒng)軟件都是面向施工過(guò)程的，與盾構(gòu)機(jī)的操作系統(tǒng)集成在一起，難以獨(dú)立運(yùn)行，且不提供可視化的三維拼裝顯示功能，對(duì)施工過(guò)程管理者，以及監(jiān)控、評(píng)估者使用很不方便。在進(jìn)一步的檢索中，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明主題相同或者類似的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)盾構(gòu)隧道中通用管片選擇的難點(diǎn)，提供一種盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)。使其實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道施工中通用管片的選取、拼裝所需數(shù)據(jù)的管理、通用管片的三維虛擬拼裝、拼裝偏差的記錄、拼裝偏差的圖形顯示等功能。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括四個(gè)模塊幾何建模模塊、通用管片選取模塊、通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊、通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊。本發(fā)明系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊通過(guò)ADO標(biāo)準(zhǔn)接口單獨(dú)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)通信，各模塊間存在層次化聯(lián)系。幾何建模模塊通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)建立管片與隧道軸心線的幾何模型，模型存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片選取模塊從拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取幾何模型數(shù)據(jù)，經(jīng)處理獲得隧道軸心線各段的管片點(diǎn)位序列，此點(diǎn)位數(shù)據(jù)存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊為核心模塊，此模塊通過(guò)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的接口提取虛擬拼裝所需的數(shù)據(jù)，在終端顯示拼裝過(guò)程，同時(shí)以文本與圖形方式顯示虛擬拼裝的管片中心點(diǎn)與隧道理論軸心線的偏差；通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)維護(hù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊。
在具體實(shí)施時(shí)，各模塊的執(zhí)行存在一定的依賴關(guān)系幾何建模模塊為通用管片選取模塊提供模型參數(shù)；幾何建模模塊與通用管片選取模塊共同為管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊提供虛擬拼裝所需的模型參數(shù)與點(diǎn)位參數(shù)；通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊在最頂層，管理、維護(hù)各模塊所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
所述幾何建模模塊，根據(jù)工程中實(shí)際管片幾何尺寸以及實(shí)地測(cè)量得到的理論隧道軸心線的特征點(diǎn)，對(duì)管片幾何形狀進(jìn)行簡(jiǎn)化并提取關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)Unigraphics圖形系統(tǒng)建立簡(jiǎn)化的參數(shù)化幾何模型。所得的幾何模型通過(guò)ADO接口存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，以備通用管片選取模塊與管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊調(diào)用。
所述幾何建模模塊建立虛擬拼裝所需建模參數(shù)包括a.建立組成襯砌環(huán)的各個(gè)管片首先，由襯砌環(huán)外徑、內(nèi)徑、襯砌環(huán)寬度、楔形角度參數(shù)建立整環(huán)的實(shí)體模型，然后再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)目及角度、封頂塊角度、螺栓孔組數(shù)參數(shù)建立平面，并用此平面將此整環(huán)分割為各個(gè)管片。
b.建立隧道設(shè)計(jì)軸線模型首先根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果建立隧道軸線上特征點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，此文件滿足Unigraphics系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件定義形式，然后將此數(shù)據(jù)文件作為輸入?yún)?shù)，利用Unigraphics OPEN/API接口在圖形空間中建立隧道設(shè)計(jì)軸線，線形采用光滑三次樣條曲線。
c.襯砌環(huán)模型空間該模型是為了真實(shí)模擬管片的拼裝過(guò)程而引入的中間體，利用Unigraphics OPEN/API接口建立各組成元素，包括襯砌環(huán)兩端面中心點(diǎn)，與兩端面重合的兩個(gè)輔助平面，坐標(biāo)圓點(diǎn)位于襯砌環(huán)幾何中心上的局部笛卡兒坐標(biāo)系，其中x軸沿環(huán)的軸線方向，z軸指向封頂塊中央，y軸與x、z軸滿足右手法則。
在不影響拼裝結(jié)果的前提下，為了減小模型信息量，以便獲得更快的計(jì)算機(jī)顯示效果，該組幾何模型在實(shí)際管片的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，將部分幾何細(xì)節(jié)隱去，保留管片基本幾何尺寸。簡(jiǎn)化的幾何元素有端面凸臺(tái)；預(yù)埋件；真空吸盤工作孔；倒角；倒圓。
所述通用管片選取模塊，用于產(chǎn)生管片點(diǎn)位序列，并將點(diǎn)位值存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)，以備核心模塊調(diào)用。在滿足錯(cuò)縫拼裝、滿足點(diǎn)位在上的條件下，基于通用管片的幾何特征和滿足水平與垂直兩個(gè)方向上擬合的容差要求，使用以四個(gè)襯砌環(huán)為基本拼裝單位的方法擬合隧道的三維軸心線。這種同時(shí)考慮平面線形與縱曲線的擬合的方法，顯著提高了擬合精度。
所述通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊，應(yīng)用Unigraphics圖形系統(tǒng)，使用虛擬裝配技術(shù)，模擬通用管片實(shí)際的拼裝過(guò)程，使用多層嵌套的樹形裝配結(jié)構(gòu)，并引入襯砌環(huán)模型空間作為橋梁，先拼裝模型空間，再完成管片在模型空間中的拼裝，依次循環(huán)。同時(shí)該模塊還以文本與圖像的形式同時(shí)提供實(shí)際拼裝形成的隧道軸線與理論設(shè)計(jì)軸線的偏差。并將三維拼裝結(jié)果與偏差結(jié)果存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)。
所述通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊為拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用模塊，用來(lái)管理各模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)的添加、插入、刪除、查詢等操作。此模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理與維護(hù)的功能，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有襯砌環(huán)點(diǎn)位值、管片與軸線的幾何模型、虛擬拼裝結(jié)果文件、偏差結(jié)果文件。此模塊利用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)適用范圍廣，可以應(yīng)用在施工過(guò)程的多個(gè)階段。在施工前，應(yīng)用通用管片選取模塊可以根據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸線的轉(zhuǎn)彎半徑選取不同轉(zhuǎn)彎段下基本管片組合的點(diǎn)位序列，以便在正常施工段指導(dǎo)管片拼裝；在施工過(guò)程中，通過(guò)核心模塊進(jìn)行三維虛擬拼裝，預(yù)覽拼裝效果，例如通縫情況等，以便及時(shí)調(diào)整拼裝方案。通過(guò)偏差顯示功能可以查看管片偏離設(shè)計(jì)軸線的程度，以便施工人員及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，防止更大的偏差。另外，還可以應(yīng)用核心模塊來(lái)對(duì)隧道拼裝質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明幾何建模模塊工作流程3為本發(fā)明整體工作過(guò)程圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例涉及多個(gè)模塊，包括幾何建模模塊、通用管片選取模塊、通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊、通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊。幾何建模模塊通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)建立管片與隧道軸心線的幾何模型，模型存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片選取模塊從拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取幾何模型數(shù)據(jù)，經(jīng)處理獲得隧道軸心線各段的管片點(diǎn)位序列，此點(diǎn)位數(shù)據(jù)存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊為核心模塊，此模塊通過(guò)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的接口提取虛擬拼裝所需的數(shù)據(jù)，在終端顯示拼裝過(guò)程，同時(shí)以文本與圖形方式顯示虛擬拼裝的管片中心點(diǎn)與隧道理論軸心線的偏差；通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)維護(hù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊。
上述的幾何建模模塊、通用管片選取模塊、通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊、通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊共同組成一個(gè)系統(tǒng)，為盾構(gòu)隧道施工中的通用管片拼裝提供管片點(diǎn)位的選取、虛擬拼裝及偏差檢測(cè)等技術(shù)支持。
如圖3所示，本發(fā)明整體工作過(guò)程圖，箭頭表明執(zhí)行的順序與方向。在具體實(shí)施時(shí)，各模塊的執(zhí)行存在一定的順序關(guān)系先幾何建模模塊，然后通用管片選取模塊，最后完成通用管片三維虛擬拼裝、偏差檢測(cè)模塊的功能。通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊較獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)對(duì)所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，可以在任何階段執(zhí)行其功能。其中(1)如圖2所示，幾何建模模塊工作流程首先將簡(jiǎn)化的管片模型特征參數(shù)輸入界面襯砌環(huán)外徑、內(nèi)徑、襯砌環(huán)寬度、楔形角度，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)目及角度、封頂塊角度、螺栓孔組數(shù)，然后系統(tǒng)應(yīng)用U G/OPEN API建立各管片的實(shí)體模型；再根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)確定隧道軸線上特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，使用文本編輯器制作特征點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，應(yīng)用U G/OPEN API函數(shù)UF_CURVE_create_spline建立三次樣條曲線作為。最后將所建立所有模型通過(guò)ADO自動(dòng)存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)。
由參數(shù)襯砌環(huán)外徑、內(nèi)徑、襯砌環(huán)寬度、楔形角度，在圖形空間原點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)建立襯砌環(huán)模型空間，模型包含的幾何元素有襯砌環(huán)兩端面中心點(diǎn)；與兩端面重合的兩個(gè)輔助平面；坐標(biāo)圓點(diǎn)位于當(dāng)前圖形空間的原點(diǎn)，其中x軸沿環(huán)的軸線方向，z軸指向封頂塊中央，y軸與x、z軸滿足右手法則。
(2)通用管片選取模塊及點(diǎn)位數(shù)據(jù)的選取此模塊也是通過(guò)一個(gè)圖形化界面與用戶交互。用戶輸入水平方向容差、垂直方向容差，模塊從拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取平面線形半徑、縱曲線半徑。計(jì)算結(jié)果是以文本形式顯示的滿足要求的管片組合方案。實(shí)施過(guò)程中，可根據(jù)工程需要調(diào)整容差直到獲得合適的管片組合方案本發(fā)明通用管片選取模塊采用以下方法得到管片的點(diǎn)位序列通用管片所組成的襯砌環(huán)為楔形，沿襯砌環(huán)端面周向均布N組螺栓孔，用于連接兩環(huán)，因此相鄰兩環(huán)存在N種連接方案，將螺栓孔的幾何中點(diǎn)稱為點(diǎn)位，表示為Kii＝0～(N-1)。通過(guò)選擇合適的點(diǎn)位來(lái)達(dá)到管片對(duì)設(shè)計(jì)軸線的擬合。為了滿足水平與垂直兩個(gè)方向上擬合的容差要求，用四個(gè)襯砌環(huán)為基本拼裝單位的方法，以解決管片擬合的精度問題。
①建立去除下部點(diǎn)位的可選點(diǎn)位的組合方案總和，使水平與垂直兩個(gè)方向上的超前量滿足容差要求；a.由平面線形半徑與縱曲線半徑分別獲得水平方向與垂直方向所需的管片超前量 其中SΔ為超前量；B，襯砌環(huán)的平均寬度； 轉(zhuǎn)彎外徑； 轉(zhuǎn)彎內(nèi)徑；D，襯砌環(huán)端面直徑；b.求解四個(gè)襯砌環(huán)組合的所有方案的水平與垂直超前量；c.將上述a步所求超前量逐個(gè)與b步所求的超前量分別在水平與垂直兩個(gè)方向上比較，如均在容差范圍內(nèi)，則采納此方案，否則放棄。
②去除通縫點(diǎn)位(所謂通縫指的是連續(xù)三環(huán)中某條接縫在一條直線上)a.以四個(gè)管片為一組，每一組在一個(gè)局部柱坐標(biāo)系下；b.短距離的隧道體近似認(rèn)為是圓柱體，以此圓柱體的軸線為Z軸，任一端面中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，提取每一環(huán)相鄰兩管片間接縫上一點(diǎn)在柱坐標(biāo)系下的角度值分量；c.這些值組成一個(gè)[M][Q]的二維數(shù)組，M表示襯砌環(huán)數(shù)，Q表示襯砌環(huán)的管片數(shù)；d.考察此數(shù)組，如果存在任意三個(gè)在給定偏差范圍內(nèi)取值相同的元素，則放棄此組配合方案，否則采用。
③加入盾尾間隙的約束所謂盾尾間隙的約束是指管片與盾尾沿徑向需要滿足最小間隙，此間隙依工程不同而異。通過(guò)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量得到當(dāng)前管片與盾尾最小間隙的方向與大小，考察所選點(diǎn)位是否與此方向一致，如果一致則放棄此配合方案。
(3)通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊此模塊通過(guò)UIStyler建立界面與用戶交互。在界面下用戶通過(guò)后臺(tái)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用隧道軸線幾何模型作為當(dāng)前拼裝工作環(huán)境，同時(shí)讀取拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中的管片模型至內(nèi)存準(zhǔn)備虛擬拼裝；在界面下通過(guò)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的接口選擇要拼裝的襯砌環(huán)的起始與終了環(huán)數(shù)；執(zhí)行拼裝命令，將在當(dāng)前工作空間中顯示拼裝的全過(guò)程，同時(shí)所拼裝的各襯砌環(huán)中心被紅色直線形連接，用此折線段近似代替隧道實(shí)際軸線，以便直觀的顯示實(shí)際軸線與理論軸線的偏差；執(zhí)行偏差檢測(cè)命令，將彈出文本形式的檢測(cè)結(jié)果文件，文件包含的項(xiàng)目為所拼裝襯砌環(huán)中心點(diǎn)與理論軸線的總偏差以及水平方向偏差值與垂直方向偏差值。
通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊完成拼裝包括以下兩部分①在襯砌環(huán)模型空間中拼裝管片為襯砌環(huán)通過(guò)通用管片選取模塊獲得當(dāng)前襯砌環(huán)點(diǎn)位以及待裝配環(huán)點(diǎn)位，并在設(shè)計(jì)軸線所處的全局坐標(biāo)系下移動(dòng)襯砌環(huán)模型空間。
首先定義如下枚舉型點(diǎn)位enum ORI_ANGLE_E{K0，K1，K2，…，K(N-1)}；其成員由各點(diǎn)位的表示符號(hào)組成；系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前環(huán)的點(diǎn)位及待拼裝環(huán)的點(diǎn)位，計(jì)算出與待拼裝環(huán)0點(diǎn)位線重合的當(dāng)前環(huán)的點(diǎn)位線i，并且兩位線端面中心點(diǎn)重合、兩配合環(huán)端面所在的輔助面重合；具體數(shù)學(xué)模型如下P1＝P2；L1·L2＝1；|N1·N2|＝1，其中P1，P2為端面中心點(diǎn)；L1，L2為配合環(huán)端面中心點(diǎn)與點(diǎn)位連線；N1，N2為兩配合環(huán)端面法向量。Unigraphics圖形系統(tǒng)會(huì)將上述模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)移矩陣A，即一個(gè)4×4的矩陣A，其中A33矩陣表示體坐標(biāo)系的x、y、z軸在裝配空間下的方向矢量，右上角的A31矢量表體坐標(biāo)系原點(diǎn)在裝配空間下的值，右下角的tr44表示放大系數(shù)，取值為1。
②在設(shè)計(jì)軸線模型中拼裝襯砌環(huán)為隧道體該過(guò)程模擬真實(shí)拼裝順序，先拼裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，接著是鄰接環(huán)，最后插入封頂塊。由于使用同一襯砌環(huán)模型空間，且各管片在局部坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)移矩陣已知，因此本過(guò)程為調(diào)用轉(zhuǎn)移矩陣A的過(guò)程，即將A作為參數(shù)，程序內(nèi)部執(zhí)行Unigraphics OPEN/API接口函數(shù)UF_ASSEM_add_part_to_assembly，完成拼裝。
(4)通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊此模塊通過(guò)MFC制作的界面與用戶交互，完成用戶的管片拼裝數(shù)據(jù)的管理。此模塊較獨(dú)立，任何時(shí)候用戶可以對(duì)以上提及的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、添加、插入、刪除等操作。
本實(shí)施例在拼裝管片過(guò)程中用折線段將管片端面中點(diǎn)相連近似作為實(shí)際軸心線，同時(shí)測(cè)量管片端面中點(diǎn)相對(duì)與隧道軸心線的水平距離、垂直距離與三維空間距離，將測(cè)量結(jié)果以文本方式顯示，以便為糾偏時(shí)參考，或是作為日志文件來(lái)評(píng)估拼裝質(zhì)量。
本實(shí)施例采用良好的windows界面，實(shí)現(xiàn)了Matlab、C++、MFC、Unigraphics圖形系統(tǒng)的集成，在Unigraphics主環(huán)境下完成各個(gè)功能模塊。為盾構(gòu)施工中的管片拼裝提供技術(shù)支持。同時(shí)也為地面技術(shù)人員了解拼裝進(jìn)展、評(píng)估拼裝質(zhì)量提供了良好的工具，對(duì)指導(dǎo)施工具有重要意義。
權(quán)利要求
1.一種盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)，其特征在于，包括幾何建模模塊、通用管片選取模塊、通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊、通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊；上述模塊通過(guò)ADO標(biāo)準(zhǔn)接口單獨(dú)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)通信，各模塊間存在層次化聯(lián)系幾何建模模塊通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)建立管片與隧道軸心線的幾何模型，模型存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片選取模塊從拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取幾何模型數(shù)據(jù)，經(jīng)處理獲得隧道軸心線各段的管片點(diǎn)位序列，此點(diǎn)位數(shù)據(jù)存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊為核心模塊，此模塊通過(guò)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的接口提取虛擬拼裝所需的數(shù)據(jù)，在終端顯示拼裝過(guò)程，同時(shí)以文本與圖形方式顯示虛擬拼裝的管片中心點(diǎn)與隧道理論軸心線的偏差；通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)維護(hù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)，其特征是，所述幾何建模模塊，根據(jù)工程中實(shí)際管片幾何尺寸以及實(shí)地測(cè)量得到的理論隧道軸心線的特征點(diǎn)，對(duì)管片幾何形狀進(jìn)行簡(jiǎn)化并提取參數(shù)，通過(guò)Unigraphics圖形系統(tǒng)建立簡(jiǎn)化的幾何參數(shù)模型，所得的幾何模型通過(guò)ADO接口存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，以備通用管片選取模塊與管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊調(diào)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)，其特征是，所述幾何建模模塊建立虛擬拼裝所需幾何參數(shù)包括a.建立組成襯砌環(huán)的各個(gè)管片首先，由襯砌環(huán)外徑、內(nèi)徑、襯砌環(huán)寬度、楔形角度參數(shù)建立整環(huán)的實(shí)體模型，然后再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)目及角度、封頂塊角度、螺栓孔組數(shù)參數(shù)建立平面，并用此平面將此整環(huán)分割為各個(gè)管片；b.建立隧道設(shè)計(jì)軸線模型首先建立根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)確定隧道軸線上特征點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，此文件滿足Unigraphics系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件定義形式，然后將此數(shù)據(jù)文件作為輸入?yún)?shù)，利用Unigraphics OPEN/API接口在圖形空間中建立隧道設(shè)計(jì)軸線，線形采用光滑三次樣條曲線；c.襯砌環(huán)模型空間該模型是為了真實(shí)模擬管片的拼裝過(guò)程而引入的中間體，利用Unigraphics OPEN/API接口建立各組成元素，包括襯砌環(huán)兩端面中心點(diǎn)，與兩端面重合的兩個(gè)輔助平面，坐標(biāo)圓點(diǎn)位于襯砌環(huán)幾何中心上的局部笛卡兒坐標(biāo)系，其中x軸沿環(huán)的軸線方向，z軸指向封頂塊中央，y軸與x、z軸滿足右手法則。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)，其特征是，所述通用管片選取模塊，得到管片的點(diǎn)位序列，在滿足錯(cuò)縫拼裝、滿足點(diǎn)位在上的條件下，基于通用管片的幾何特征和滿足水平與垂直兩個(gè)方向上擬合的容差要求，使用以四個(gè)襯砌環(huán)為基本拼裝單位的方法擬合隧道的三維軸心線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)，其特征是，所述通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊為拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用模塊，用來(lái)管理各模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)的添加、插入、刪除、查詢操作，此模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理與維護(hù)的功能，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有襯砌環(huán)點(diǎn)位值、管片與軸線的幾何模型、虛擬拼裝結(jié)果文件、偏差結(jié)果文件；此模塊利用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊。
全文摘要
一種盾構(gòu)隧道通用管片動(dòng)態(tài)三維虛擬拼裝系統(tǒng)，用于隧道技術(shù)領(lǐng)域。其中幾何建模模塊通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)建立管片與隧道軸心線的幾何模型，模型存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片選取模塊從拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取幾何模型數(shù)據(jù)，經(jīng)處理獲得隧道軸心線各段的管片點(diǎn)位序列，此點(diǎn)位數(shù)據(jù)存入拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)；通用管片三維虛擬拼裝及偏差檢測(cè)模塊為核心模塊，此模塊通過(guò)與拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的接口提取虛擬拼裝所需的數(shù)據(jù)，在終端顯示拼裝過(guò)程，同時(shí)以文本與圖形方式顯示虛擬拼裝的管片中心點(diǎn)與隧道理論軸心線的偏差；通用管片拼裝數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)維護(hù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)拼裝數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道施工中通用管片的動(dòng)態(tài)功能，以便施工人員及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。
文檔編號(hào)G06T17/00GK101038605SQ20071003999
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者趙志杰, 金先龍, 曹源, 沈建奇, 李政 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)