[分享]高速铁路监测数据可视化研究

发表于2019-06-24    952人浏览    1人跟帖    总热度:230  

高速铁路监测数据可视化研究_1
高速铁路变形监测项目有着数据量大、数据类型丰富、工程庞大复杂等特点,BIM用数字化的方式表达出铁路工程沿线监测点、线路构筑物、基本设施设备等实体信息,而其在高速铁路变形监测可视化方面的应用尚待待索。

高速铁路轨道检测数据可视化
研究内容及流程
基于BIM包含几何特性和属性特性的三维可视化思想,利用某高铁里程段轨道检测数据中的轨距数据进行实景建模。采用Sketch Up建模软件,根据轨道顶面的实际三维坐标进行建模,并加以轨道板、轨枕、钢轨及其他高铁构件进行实景化,将轨距误差在模型中分级展示,可直观地判断轨距超限的里程分布状况,实现轨道检测数据的可视化分析。

本次研究流程为:
  • 提取轨距相关数据( 轨道顶面三维坐标) ,分类整理
  • 将左右轨顶面坐标通过CAD 导入Sketch Up 建模软件中
  • 通过Sketch Up 建模软件中的“路径跟随”功能精确铺设钢轨、轨枕、轨道板等构件 
  • 高速铁路场景仿真建模
  • 轨距超限位置加以里程标标注,并以黄、橙、红分级显示
  • 动态展示分析误差分布

注: 建模过程中所有构件尺寸参考《高速铁路轨道设计规范》及其他相关资料。

轨距偏差可视化展示分析
由于轨距偏差的实测数据中超限值极少,为了达到实验效果,将轨距偏差进行5倍的放大形成模拟数据。
高速铁路监测数据可视化研究_2
部分原轨距偏差数据及模拟数据

本次实验的轨距限差采用2006年铁道部颁布的《铁路线路修理规则》中关于时速大于160km的正线线路轨道静态几何尺寸容许偏差:经常保养下的轨距容许值为(-2 mm,4 mm) 。根据对数据整理与统计,将模拟数据中轨距偏差超限分为3个等级:
1) 轻度超限:Δ∈( -4,-2]∪[4,6) mm( 黄色所示) ;
2) 中度超限:Δ∈( -6,-4]∪[6,8) mm( 橙色所示) ;
3) 重度超限:Δ∈( -∞,- 6]∪[8,∞ ) mm( 红色所示) 。
在根据实测轨道坐标建立起的三维模型中添加里程标识,以黄、橙、红分级显示轨距偏差超限的位置,并生成三维动画视频展示其分布位置,用以对轨距偏差超限程度与分布情况进行可视化分析。

本次研究是利用BIM技术思想在轨道检测中的一次试验性研究,验证高速铁路轨道检测数据可以进行三维可视化建模,并在模型中进行数据成果展示及可视化分析。由于Sketch Up软件的二次开发功能受限,因此在后续将采用Microstation软件深化研究。

高铁沉降监测数据可视化
研究内容及流程
在上述轨检数据可视化研究中,验证了BIM技术可用于高铁监测数据成果表达及分析。在此基础上深化研究,以高速铁路沉降监测多期数据作为实验对象,初步建立高速铁路沉降监测BIM模型的构建流程,并基于此流程在Microstation平台下进行MDL的二次开发,通过实例数据完成了高速铁路沉降监测BIM模型的组装,验证该方法可用于高铁沉降监测点成果录入、表达和管理。
高速铁路监测数据可视化研究_3
BIM模型建立流程

在Microstation软件中按照设计尺寸绘制三维高铁沉降监测点( 路堤CPⅢ监测点、轨道板监测点、底座板监测点) 及轨道其他构件的模型,为后续三维场景展示做基础模型。

本研究提出的高速铁路变形监测BIM模型是以三维可视化模型为基础,将工程信息中的三维几何信息与非几何信息在Microstation软件中集成( 非几何信息包括测量时间、测量期次,以及高程、沉降量等信息) ,并可以链
接数据库调取相关数据,初步形成一个高速铁路沉降监测专业的工程数据模型。

高速铁路监测数据可视化研究_4
无砟轨道变形监测BIM模型

实例分析
以某高铁路基K0260+580—K0260+780 里程区段沉降变形监测数据为例,完成该区段高铁沉降监测BIM 建模及可视化分析。

在实际高铁沿线沉降监测过程中,监测成果为监测点高程值( 无法得知三维坐标) ,为了能在模型中展示监测点的仿真三维位置,本研究根据里程值、监测点与轨道板底座板间的相对关系,用实测高程值模拟出监测点的三维仿真位置。

具体建模步骤如下:
1) 加载并展出路堤CPⅢ监测点;
2) 加载并展出轨道板、底座板监测点;
3) 通过Microstation 参考命令加载无砟轨道构件( 参考命令是将相关三维部件进行关联,即只要改变某个三维部件,参考该部件的其他部件会同步更新与协同) ;
4) 通过快速监测点建模工具捕捉相应的监测点位置,进行监测点模型放置;
5) 监测点属性信息录入,使用上述建模工具Visual Tools,可手动编辑并录入监测点属性信息。
6) 沉降变形数据的录入与查询,以监测点点名作为唯一标识符,将监测点模型与Access数据库建立对应关系,可通过“查询”按钮访问数据库数据,可查看更多关于监测点的数据信息( 如多期监测中的监测时间、监测期次、高程值、本期沉降量、累计沉降量、点位置等) 。
7) 可视化分析功能,根据Microstation 参考命令功能( 保证模型同步更新) ,无砟轨道构件位置将根据监测点三维位置同步变化,实现可视化沉降分析的功能。例如根据轨道板监测点的多期沉降监测数据,在模型中可观察到轨道板监测点发生沉降变化后,轨道板的整体形态受到挤压。
高速铁路监测数据可视化研究_5
路基沉降监测BIM模型整体结构

本次研究是BIM技术在高速铁路沉降监测中的一次突破,验证BIM技术可用于沉降监测数据的建模、展示、管理、访问等,并从整体性实现测绘成果的可视化分析。


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 发表于2019-06-24   |  只看该作者       筑龙币+10

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高速铁路监测数据可视化研究

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