桩基施工三维可视化管理系统本科毕业论文.doc
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1、毕业设计(论文)桩基施工三维可视化管理系统 学生姓名:周万俏指导教师:专业名称: 哈尔滨工程大学成人教育学院2011年7月桩基施工三维可视化管理系统摘要:随着地理信息系统的深入研究和广泛应用,初步建立了可视化的桩基工程管理系统。针对桩基施工过程, 结合工程地质勘察,建立地层三维地质模型,在桩基施工过程中,对每根桩所穿过的地层和进入持力层厚度进行可视化的信息查询、管理,以保证桩基施工质量。系统利用Microsoft Accese作为开发工具,初步建立了数据库、数据表和数据源,通过ODBC和ADOBC控件引用数据源,利用VC+6.0控件引用数据源,绑定数据库表中的相应数据记录, 初步建立了可视化的
2、桩基工程数据管理系统, 能够进行数据的增加、删除、修改以及记录查询与数值计算, 该系统界面友好、不同界面可以简便切换并包含不同用户所需数据。文中给出了实现所有这些功能的具体过程和主要方法, 同时, 本文制作了程序发布版与对应帮助文件, 可以方便在其他计算机安装和使用。关键词: 桩基工程,三维地层,地质模型,三维可视化,数据库,VC+程序设计Pile Foundation Construction visualization management systemAbstract:With the GIS-depth study and widespread application, the ini
3、tial establishment of the foundations of visual management system. For the foundation construction process, combined with engineering geological investigation, the establishment of three-dimensional geological model of formation, in the foundation construction process, worn by each pile into the bea
4、ring strata and the thickness of the visual information search, management, to ensure the quality of foundation construction. Based on three-dimensional visualization technique to study the geological model to establish the method to achieve a pile of three-dimensional visualization and management,
5、and construction with engineering database management system for three-dimensional visualization for construction management decisions. System uses Microsoft Accese as a development tool, the initial establishment of the database, data table and data source, ODBC and ADOBC by reference to the data s
6、ource controls, using VC + +6.0 reference data source control, bind the corresponding database table data records, the initial establishment the foundations of visual data management system for data to add, delete, modify, and query and numerical records, the system user-friendly, easy to switch to
7、different interfaces and contains the required data of different users. The paper gives a concrete realization of all these functions and the main method of the process, while making the program this release and the corresponding help files, you can easily install and use on other computers.Keywords
8、:Foundations;three-dimensional formations; geological model; visualization;database, VC + + programming.目 录1 引言随着科技的发展,新的数字三维工程勘察报告以三维可视化形式提供应用于桩基工程,它直观的工程勘察成果,用户可根据需要对其进行全方位、动态的分析和利用。因而能正确的掌握和认识地质体在空间上的分布特征和变化规律,选择合理的基桩施工参数。桩基工程地质三维可视化系统的目标是建立以三维坐标信息为基础,能反映地质信息的三维地质模型,用以描述地质体的信息,并提供有效的、方便和直观的查询和显示手
9、段,大大地提高计算分析结果的可靠性,强化工程决策的科学性。建立工程地质信息三维可视化系统,在三维空间重构地质体的真实结构,为基桩参数设计和施工管理提供有效的依据,在施工过程中,对不协调的部分,及时修正和优化,在确保桩基质量的前提下,可得到明显的经济效益,本文阐述了桩基工程可视化管理的原理及其工程应用。数据库技术是研究组织、存储、获取和处理数据的一门技术, 是信息技术的核心和基础, 它将大量数据按一定的模型组织起来, 提供存储、维护、检索数据的功能, 使信息系统能方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息,数据库及其相关技术的应用越来越广泛,桩基础是目前多+高2层建筑常用的基础型式,本文以文献川
10、作理论基础、结合实际工程情况川,利用Visual C+将数据库技术应用于桩基工程,通过数据库保存桩型、截面尺寸、桩长、桩距、桩身材料、沉桩工艺、土层资料和分布等参数, 初步建立了桩基工程数据库, 下面简述其建立过程。2 桩基工程的信息化和可视化桩基工程处理的对象是经历了漫长的地质历史年代而生成的地质体, 人们在长期的工程实践中积累了大量的数据资料, 对这些数据和信息的数字化、定量化以及智能化的要求日益提高。桩基工程的全过程, 可以说是一项不断获取数据、分析数据和处理数据的过程。相对于其他工程而言, 桩基工程具有工程的隐蔽性、地质条件的复杂多变性和岩土体性质把握的不准确性, 始终需要在工程的勘察
11、、设计和施工过程中获取各种各样的信息和数据, 更需要对这些数量大、种类多的信息和数据进行快速处理, 及时反馈, 优化设计, 指导施工。数字地球技术体系的发展和新兴学科的交织渗透为桩基工程信息化奠定了坚实的基础, 同时桩基工程的信息化也成为数字地球技术体系的重要组成部分。可视化是近年来发展起来的一种计算机实用技术。它融合了图形学、图像处理、数据管理、计算机网络和其它的相关领域技术, 目的在于解决海量数据的处理和信息的综合表示问题, 提高信息利用的效率。岩土工程是一个复杂的大系统, 科学计算可视化的应用将有助于对岩土工程的研究。由于其对大规模数据处理和体现的高效性、直观性, 科学计算可视化在多种领
12、域得到了广泛的应用。岩土工程的信息化和可视化需要大量的高新技术和广泛的专业知识, 涉及多个学科和技术领域。这些技术包括:( 1) 三维数据结构及建模技术。岩土工程处理的对象性质复杂, 需要研究适用的三维数据结构和有效的建模技术, 既能充分反映地层的特点, 又便于数据的管理和操作, 这是实现系统高效显示和分析的基础。( 2) 三维可视化技术。三维可视化技术是当前计算机科学研究中的热点之一, 需要研究合理的空间算法, 实现在三维空间中真实地再现现实世界, 并为用户提供方便、快捷、直观的显示手段。( 3) 三维空间分析技术。有效的三维分析手段是三维地层信息系统进一步发展与深入应用的保证, 也是进行评
13、价决策的依据与基础。3 岩土工程信息化与可视化应用领域3. 1 在工程地质勘探中的应用(1) 建立工程地质数据库, 方便查询检索。(2) 真三维图、平面图管理与显示。(3)生成剖面图、断面图。(4)根据钻孔、物探资料生成柱状图。(5)管理岩土力学成果表和统计表以及地层统计表。(6) 进行承载力计算等分析。(7)生成文字报告。3. 2 在施工监测中的应用(1) 监测数据自动分析处理。(2) 建立施工检测数据库。(3)施工平面图显示。(4) 监测点位置图显示。(5) 监测点布置优化设计。(6) 绘制各种监测点位移变化图、应力分布图、荷载分布图。(7) 进行变形预测、支护选型计算等。(8)监测报告。
14、3. 3 在工程设计及方案优化中的应用(1) 建立工程地质数据库。(2)真三维图、平面图管理与显示。(3)生成剖面图、断面图。(4)生成DTM( 数字地面模型) 。(5) 进行线路设计( 含可行性分析) 。4 地层三维可视化三维地层可视化系统有效的利用了工程勘察报告的成果:钻孔柱状图和剖面图等,结合相关的地质专家知识,无需经过复杂的数据处理工作,充分利用了原始钻孔数据,且层次结构清晰、拓扑关系相对简单且实用,大大提高了三维地质建模的实用性。运用计算机图形学和图像处理技术,将工程勘测数据和地质岩土力学数值模拟分析的计算结果转换为图形图像在计算机屏幕上显示出来,从3D 空间的角度真实地再现现实世界
15、。为了有效的利用钻孔数据,本文从勘察报告的钻孔柱状图及剖面图等入手,对获得的勘测的离散钻孔数据进行预处理,即插值,转化为DEM 数据源,构成单岩(土) 层面DEM ,再由地质体空间拓扑关系,进行叠加,并缝合相邻层面的界面,构成三维地质实体。在此基础上,进行多角度,多手段观察和操作建立的模型,为工程地质条件的分析评价提供可视化的手段。同时建立相应的地质信息数据库,将三维地质模型与数据库信息链接起来,实现工程地质信息的可视化管理与查询。以Visual C+ + 为平台,结合OpenGL ,研究和开发了桩基工程地质信息三维可视化分析管理系统。研究的主要讨论内容为基于OpenGL 的双窗口的实现及地下
16、地质体的建模与可视化方法,并进行相关可视化分析和属性的查询,为有效地指导决策和设计提供依据。5 三维可视化技术基本原理三维可视化技术的思路是用直观的图形输出来代替枯燥的数据输出, 借助人类强大的视觉及形象思维能力, 对数据进行本质上的理解, 从而洞察、发现数据中隐藏的现象和规律, 为获取深层次信息提供了强有力的手段, 同时也极大地提高了工作效率。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。目前,三维可视化技术与虚拟现实技术在公路建设与管理、石油勘探、地震研究等诸多领域得到应用。本文研究的三维可视化体现在以下几个方面:( 1) 用适当的图形表示方式显示数据
17、场中各类物理量的分布情况;( 2) 能对画面进行交互操作, 可更改观测位置、缩放等, 以使分析者可随时对感兴趣的部分进行仔细分析;( 3) 实现动态显示, 能连续地显示整体或部分的三维数据场在不同时刻的情况, 以方便分析;( 4) 在友好的可视化人机界面下, 实现驾驭式计算可视化。在可视化的数值模拟中, 用户可以根据显示的图像交互控制模型的各个阶段, 直到对所模拟的现象获得理解和洞察。6 桩基三维可视化6. 1 桩基施工桩基施工大都是按图进行的,其施工过程无法观察, 成桩后也不能进行开挖验收。施工中任何一个环节出现问题,都将直接影响到整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的
18、社会影响。因此,要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实,并加强施工质量管理,密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量,力争将隐患消除在成桩之前或成桩的过程中。因此在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范,核查地质和有桩基施工方面的资料,对桩基在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量标准、验收实施方案和每根桩的施工记录,以便有效地对桩基施工质量加以控制。6. 2 桩基三维可视化桩基质量三维可视化的管理与分析分为三个主功能模块:数据库处理模块、空间分析模块和显示模块。为了实现桩基施工过程的三维可视化管理,虚拟施工设计将桩嵌入相应的地层,首先我们提出一个三棱柱单元图1 :这里所指
19、的三棱柱并不是数学意义上的严格的三棱柱,它由六个点组成(点可以重合) ,棱与棱之间可以不平行, 它包含两个三角形和三个四边形( p0 p1 p2 、p5 p4 p3 、四边形p0 p3 p4 p1 、四边形p1 p4 p5 p2 、四边形p0 p2 p5 p3 ) 在显示的时候分别画出并且法线向外构成一个单元。我们再以三棱柱为对象来显示地层和基桩。我们可以把基桩分解成有限个三棱柱来显示,对一根桩的信息我们可以知道其直径、桩心坐标和桩长。那么我们就可以通过一个循环把桩顶和桩底分解成有限个三角形,再将对应的三角形组成三棱柱并一一显示,就可以三维显示整根桩。当桩嵌入地层时,我们需要对其进行拓扑计算,
20、并重新划分网格再组成新的三棱柱。当一根桩嵌入地层时,其在平面上的投影关系如图2 所示:这样就打破了原先地层的三棱柱组成关系,就需要重新计算三棱柱的组成,为此我们要首先计算出pi和qi (i = 1 ,2 ,3 ,4) 的坐标(具体的算法如下) 。再如图虚线所示的重新划分网格并且将圆与其外切的正方形按1/ 4 圆弧为单位来划分网格,最终再组成新的三棱柱并一一显示就可以得到基桩嵌入地层后的三维显示,进而我们可以单独显示基桩或单独显示嵌入后的地层。7 可视化系统的建立本文使用Microso ft 的软件开发工具Microso ftVC+ + 6. 0 结合专业的3D 程序接口OpenGL 建立了桩基
21、三维可视化系统。步骤如下:7. 1数据库的建立本文采用Microsoft Access 2000 创建数据库及数据表。打开该应用程序主界面对话框创建一个数据库。选择“ 空A ccess 数据库” , 有了空数据库,可以用表、查询和其它部件来填充这个数据库。在数据库操作窗口中, 使用“ 数据表设计器” 来定义数据表的字段名称、数据类型、字段大小、小数位数以及索引等内容来创建新数据表。系统数据库包括钻孔信息数据表、指标信息数据表、桩基信息数据表、地层信息数据表。以钻孔信息数据表为例。本文采用直接通过ADO 操作Access 数据库。ADO 数据库访问技术使用的基本步骤及方法:( 1) 添加# im
22、port 指令打开stdafx. h 文件, 将下列内容添加到所有的include 指令之后:# include# impor t“ C: Pr ogram Files Common FilesSystem ADO msado 15. dll ” no _ namespace re-name( “ EOF” , “ adoEOF “)( 2) 初始化COM, 创建ADO 连接AfxOleInit( ) ;m_pConnect ion. Cr eateInstance( uuido f ( _Con-nect ion) );/ / 用t ry. . . catch( ) 来捕获错误信息,try/
23、 / 打开本地Access 库Demo. mdbm _ pConnection - Open ( “ Pr ovider = Mi-crosof t. Jet . OLEDB. 4. 0; Data Source = * .mdb“ , , , adModeU nknow n) ;catch( _com_err or e)AfxMessageBo x ( “ 数据库连接失败, 确认数据库* . mdb 是否在当前路径下!” ) ;return FALSE;( 3) 打开数据表定义_ Reco rdsetPtr 型变量, 然后通过它调用Recor dset 对象的Open 方法, 即可打开一个数
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