[發(fā)明專利]一種基于靜平衡的接觸網(wǎng)線索三維動態(tài)建模方法

有效

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• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107609213B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設計）人: 劉志剛;廖峰;韓志偉
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張輝

本發(fā)明公開了一種基于靜平衡的接觸網(wǎng)線索三維動態(tài)建模方法，利用有限元理論，使用空間內二節(jié)點非線性單元構建接觸網(wǎng)，采用基于索、桿組合結構的非線性有限元建模方法，根據(jù)接觸網(wǎng)結構拓撲關系組裝剛度矩陣和不平衡力矩陣，建立整體非線性平衡方程；運用牛頓?拉夫遜方法，求解建立接觸網(wǎng)加載后的靜態(tài)幾何參數(shù)；基于求解獲得的接觸網(wǎng)靜平衡參數(shù)，采用三角面片構造法表示接觸網(wǎng)三維模型；運用三維空間解析幾何方法，對法向量、三角頂點換算矩陣等模型數(shù)據(jù)進行計算；最終通過實時渲染自動生成高精度接觸網(wǎng)三維數(shù)字模型。本發(fā)明方法大量減少了接觸網(wǎng)設計人員手工建模工作，生成的高精度三維模型為后期設計校驗提供了精確模型源。

技術領域

本發(fā)明涉及電氣化鐵路接觸網(wǎng)三維模型建模領域，特別是一種基于靜平衡的接觸網(wǎng)線索三維動態(tài)建模方法。

背景技術

目前接觸網(wǎng)三維BIM(Building Information Modeling)設計中，接觸網(wǎng)線索結構一般通過人工建模方式構建近似的三維模型。人工建模方法工作量大，未考慮接觸網(wǎng)加載后的導高、拉出值等參數(shù)受力后的變化情況，且一旦設計參數(shù)變更需重新人工修改模型費時費力。因此，接觸網(wǎng)線索建模已成為制約接觸網(wǎng)BIM設計發(fā)展的瓶頸環(huán)節(jié)，行業(yè)亟需研究能夠滿足設計數(shù)據(jù)關聯(lián)、模型自動變更、符合后期設計參數(shù)校驗精度要求的接觸網(wǎng)線索數(shù)據(jù)驅動型自動建模方法。

目前的鐵路建模研究主要集中在對現(xiàn)實世界中鐵路實物的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和根據(jù)采集數(shù)據(jù)重建鐵路實物的方法研究，而且鐵路實物對象大多集中在鐵路線路、建筑、地質地形等模型，罕有針對接觸網(wǎng)的三維參數(shù)化動態(tài)建模研究。例如：

鐵路線路三維設計模型建立方法的研究一文中，作者利用航測或外業(yè)勘測地形數(shù)據(jù)，建立設計線路行經(jīng)地區(qū)的三維地形模型以及利用平、縱、橫設計數(shù)據(jù)，建立三維線路模型(詳見蔣紅斐、蒲浩、詹振炎：鐵路線路三維設計模型建立方法的研究，鐵道學報，2000)。

鐵路線路構造物模型(RLBIM)參數(shù)化建模方法研究一文中，作者采用鐵路線路構造物的建筑信息模型參數(shù)化建模方法，建立了鐵路線路中路基、橋梁、隧道和其他典型的結構物的三維模型(詳見曹琨：鐵路線路構造物模型(RLBIM)參數(shù)化建模方法研究，西南交通大學，2016)。

基于Delaunay三角網(wǎng)數(shù)字地面模型的路線三維建模方法一文中，作者采用Delaunay三角網(wǎng)構建地表曲面模型，采用雙三次混合孔斯曲面片構建設計表面的三維模型，保證了地面模型的精度及設計面的光順性(詳見蒲浩、宋占峰、詹振炎：基于Delaunay三角網(wǎng)數(shù)字地面模型的路線三維建模方法，鐵道學報，2001)。

面向實體選線設計的鐵路線路BIM與地理環(huán)境建模方法與應用一文中，作者基于海量離散點云地形數(shù)據(jù)和海量影像信息，提出了一種適合鐵路線路設計與漫游的、面向GPU的鐵路帶狀三維地形環(huán)境建模方法，最后集成數(shù)字地形，數(shù)字地質，數(shù)字地物，數(shù)字自然現(xiàn)象等信息，建立了一個多源空間信息集成的選線系統(tǒng)虛擬地理環(huán)境(詳見聶良濤：面向實體選線設計的鐵路線路BIM與地理環(huán)境建模方法與應用，西南交通大學，2015)。

基于三維模型的接觸網(wǎng)檢測技術研究一文中，作者利用光學掃描儀采集接觸網(wǎng)零部件點云數(shù)據(jù)，并運用點云配準匹配算法將不同視角下的點云數(shù)據(jù)轉換合并到同一坐標系下形成一個完整的點云，然后經(jīng)曲面重建和渲染獲得各部件三維模型，進而對接觸網(wǎng)不良狀態(tài)進行檢測(詳見徐建芳：基于三維模型的接觸網(wǎng)檢測技術研究，西南交通大學，2014)。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于靜平衡的接觸網(wǎng)線索三維動態(tài)建模方法，該建模方法將有限元理論和三維參數(shù)化建模技術結合進行數(shù)據(jù)驅動型接觸網(wǎng)自動化建模；其能夠實現(xiàn)接觸網(wǎng)三維模型的快速、穩(wěn)定和自動化建模，非常便于接觸網(wǎng)模型的建立和修改。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種基于靜平衡的接觸網(wǎng)線索三維動態(tài)建模方法，包括以下步驟：