一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110826128A(43)申请公布日2020.02.21(21)申请号201911050424.8(22)申请日2019.10.31(71)申请人天津大学地址300350天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区(72)发明人李明超韩帅白硕孔锐(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人王蒙蒙(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06T17/20(2006.01)G06T17/05(2011.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法(57)摘要本发明公开了一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法：(1)确定挖槽底部的多段线轮廓、各个边所坡比和挖槽高程；(2)在三维建模平台中建立挖槽底部轮廓，并进行封闭性检验；(3)对挖槽底部轮廓线段排序；(4)根据各条边的坡比求出坡面所在的平面方程，并求得相邻两个坡面平面的交线，即挖槽的棱线；(5)依次求出各个棱线在挖槽高程处的点的坐标，并依次相连生成挖槽上口轮廓；(6)将挖槽上口轮廓与底部轮廓的各个线段一一对应，生成挖槽侧面；(7)根据三维挖槽模型进行疏浚作业。本发明将繁琐的挖槽三维建模过程程序化，用多种计算机图形学算法相结合的方式取代传统建模中所有的人为判断的过程，简化了复杂挖槽的建模设计流程。CN110826128ACN110826128A权利要求书1/2页1.一种任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，确定施工区挖槽底部的多段线轮廓和各个边所对应的坡比，以及挖槽高程；步骤B，在三维建模平台中建立挖槽底部轮廓，并进行封闭性检验；步骤C，对挖槽底部轮廓的各个线段进行排序；步骤D，根据各条边的坡比求出坡面所在的平面方程，并求得相邻两个坡面平面的交线，即挖槽的棱线；步骤E，依次求出各个棱线在挖槽高程处的点的坐标，并依次相连生成挖槽上口轮廓；步骤F，将挖槽上口轮廓与底部轮廓的各个线段一一对应，生成挖槽侧面，至此，完成三维挖槽模型建模；步骤G，根据三维挖槽模型进行疏浚作业。2.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤A中，所述的挖槽底部的多段线轮廓为若干线段组成的凸多边形或凹多边形，各个线段为由两个点组成的数组，各个线段在同一高程或在不同高程。3.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤B中，所述的封闭性检验的方法为：对于多边形的任意一个边的任意一个端点，有且仅有另外一条边的其中一个端点与其重合。4.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤C中，所述的对挖槽底部轮廓的各个线段排序为：以挖槽底部轮廓多段线中的任意一个线段为第一条线段，按俯视逆时针的顺序将其余的线段排序。5.根据权利要求4所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤C具体包括：步骤C1，按首尾相接的原则对挖槽底部轮廓线的各个线段进行初步排序，此时，从俯视角度，各个线段的顺序为顺时针或为逆时针；步骤C2，忽视多边形的所有高程坐标，将多边形视为平面多边形；步骤C3，随机选取一条线段，按矢量叉乘法则在该线段右侧接近线段中点处生成一点；步骤C4，利用射线法，判断该点是否在多边形外部，如果是，则此时的线段排序为逆时针；否则，需要将已排序好的线段进行倒序处理。6.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤D中，所述的坡面所在的平面方程求得方法为：对于挖槽底部轮廓的其中一条线段，通过求解二元二次方程组找到过该线段的平面，使该平面与水平面的夹角正切值为该线段坡比的倒数。7.根据权利要求6所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，若所找到的过该线段的平面为两个，则，在该线段右侧接近该线段中点处生成一点，过该点做一条铅垂线，如果该铅垂线与平面的交点的高程比该点高，则该平面满足要求，否则舍弃。8.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤D中，所述的相邻两个坡面平面的交线，通过联立两个平面方程并解线性方程组求得。9.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步骤E中，所述的挖槽上口轮廓为各定点高程相等的任意多边形。10.根据权利要求1所述的任意形状底面疏浚挖槽快速成形设计方法，其特征在于，步2CN110826128A权利要求书2/2页骤F中，所述的将挖槽上口轮廓与底部轮廓的各个线段一一对应所根据的原则为：挖槽上口轮廓与底部轮廓相对应的两个线段由两条共同的棱线相连。3CN110826128A说明书1/5页一种任意形状底