高速铁路基础设施服役状态与本体融合建模方法及系统

一种高速铁路基础设施服役状态与本体融合建模方法及系统，用于高速铁路基础设施服役状态与本体融合建模，属于高速铁路精细化建模。

背景技术：

1、随着高速铁路网的快速扩张和运营年限的增长，病害问题日益凸显，对行车安全和运营效率构成了严峻挑战。高速铁路的服役年限提升，意味着从最初的保养阶段逐步过渡到了更为频繁的维护和维修阶段。高速铁路的服役状态形式多样，包括轨道结构损伤、桥梁裂缝、隧道渗漏等多种问题，这些病害的出现不仅影响列车的正常运行速度，还可能对行车安全造成威胁。目前，高速铁路病害的识别和记录主要依赖于传统的参数数据记录方法，这种方法往往难以快速直观地捕捉到病害在本体结构上的具体表现，从而影响了病害诊断和维修决策的效率和准确性。而高速铁路建模方法仅停留在本体建模层面，缺少融合服役状态表征的高速铁路快速建模方法。

2、综上所述，现有技术存在如下技术问题：

3、1.难以快速直观地捕捉到病害在高速铁路本体结构上的具体表现，从而影响了病害诊断和维修决策的效率和准确性；

4、2.高速铁路建模方法仅停留在本体建模层面，缺少融合服役状态表征的高速铁路快速建模方法；

5、3.现役高速铁路全线数据量大，各类显性隐性的病害融合方法多样，难以集成建立高精度的服役状态与本体融合模型。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高速铁路基础设施服役状态与本体融合建模方法及系统，解决现有技术难以快速直观地捕捉到病害在高速铁路本体结构上的具体表现，从而影响了病害诊断和维修决策的效率和准确性的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种高速铁路基础设施服役状态与本体融合建模方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、获取高速铁路基础设施已知的本体bim模型与服役状态的关联关系，对不同服役状态分类并初步分析对应的建模方法，并根据关联关系、分类和建模方法建立服役状态知识库；

5、步骤s2、设定坐标位置和空间姿态两个约束规则，并根据不同类型的服役状态建立不同的融合方法；

6、基于本体bim模型、服役状态知识库和不同的融合方法批量化建立高速铁路基础设施服役状态与本体精准融合模型。

7、进一步，所述步骤s1的具体步骤为：

8、步骤s1.1、获取在役高速铁路基础设施服役状态类型，其中，高速铁路基础设施包括路基、桥梁、隧道和轨道，服役状态包括变形、裂缝、掉块、空洞、磨损、渗漏水、锈蚀和翻浆冒泥；

9、步骤s1.2、人为分析高速铁路基础设施已知的本体bim模型与服役状态之间的关联关系，其中，关联关系包括用于映射本体bim模型与服役状态病害位置和范围的几何关联关系，用于建立本体bim模型的“材质”和服役状态“纹理”属性之间的对应关系的属性关联关系，使小尺度的服役状态与本体bim模型大尺度视角相融合的尺度关联关系，以及对本体bim模型中高速铁路基础设施与服役状态中相应病害信息相匹配的语义关联关系；

10、步骤s1.3、对服役状态进行分类，分类后结合关联关系人为初步分析能在本体bim模型上展示的可视化信息所对应的建模方法，其中，分类后得到的类型包括裂缝病害类型、变形病害类型和掉块、空洞、磨损病害类型以及渗漏水、锈蚀、翻浆冒泥病害类型，建模方法包括通过读取约束参数直接建立裂缝模型的参数化建模方法，对变形病害类型的区间参数进行获取的参数化修改方法，对掉块、空洞、磨损病害类型的轮廓参数进行获取的轮廓删除方法，和对渗漏水、锈蚀、翻浆冒泥病害类型的纹理图片和面积形态进行获取的纹理贴图方法；

11、步骤s1.4、基于步骤s1.1和步骤s1.3建立服役状态的基础知识库，即得到服役状态知识库。

12、进一步，所述步骤s2的具体步骤为：

13、步骤s2.1、确定坐标位置和空间姿态两个约束规则，设置获取的各服役状态坐标基准点，并基于坐标基准点将各服役状态的坐标位置和空间姿态与本体bim模型的空间直角坐标系进行匹配，将匹配后得到的服役状态在本体bim模型中的坐标位置和空间姿态存储在服役状态知识库中；

14、步骤s2.2、基于本体bim模型的空间直角坐标系提取各段中各高速铁路基础设施的坐标范围和各段的服役状态，提取后，对各段高速铁路基础设施和各服役状态编号，将各段高速铁路基础设施编号与其包含的服役状态编号一一对应，并存储在服役状态知识库中；

15、步骤s2.3、根据不同类型的服役状态建立不同的融合方法；

16、步骤s2.4、基于本体bim模型、服役状态知识库中获取的各段高速铁路基础设施不同类型服役状态的坐标位置、空间姿态以及各段高速铁路基础设施编号与其包含的服役状态编号一一对应关系和不同的融合方法，将服役状态批量化导入到本体bim模型中建立高速铁路基础设施服役状态与本体精准融合模型。

17、进一步，所述步骤s2.3的融合方法为：

18、针对裂缝病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的参数化建模方法对裂缝进行建模得到裂缝模型，并通过裂缝模型的坐标基准点、坐标位置和空间姿态将其置于钢轨表面，再通过布尔运算删去本体bim模型与裂缝模型重合的部分，最后移除裂缝模型，实现裂缝在本体bim模型上的展现；

19、针对变形病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的参数化修改方法获取变形的区间参数，并根据区间参数的坐标基准点、坐标位置和空间姿态匹配对应编号的高速铁路基础设施路段，以选取该段高速铁路基础设施路段的本体bim模型将其空间位置平移，其中，空间位置平移包括对该段高速铁路基础设施路段进行边缘平移的边缘段平移和对与边缘段相连接的中间段进行平移的中间段平移，边缘段平移是指根据给定的长度，沿与之相连接的非形变高速铁路基础设施路段的方向，对边缘段采用位移量递减的方式连接过渡，中间段平移是指根据区间参数对中间段进行平移；

20、针对掉块、空洞、磨损病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的轮廓删除方法获取掉块、空洞或磨损的轮廓参数，根据轮廓参数的坐标基准点、坐标位置和空间姿态将其加载到本体bim模型表面，并根据获取的掉块、空洞或磨损的深度参数对轮廓参数所对应的本体bim模型表面拉伸，再删除拉伸后所对应的本体bim模型,其中,空洞病害还需将删除的本体bim模型内部区域通过透视映射方法映射到本体bim模型表面；

21、针对渗漏水、锈蚀和翻浆冒泥病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的纹理贴图方法获取的渗漏水、锈蚀或翻浆冒泥的纹理图片和面积形态，根据纹理图片和面积形态的坐标基准点、坐标位置和空间姿态将其在本体bim模型的对应位置建立面状区域，再使用不同纹理的贴图来表现各渗漏水、锈蚀或翻浆冒泥。

22、一种高速铁路基础设施服役状态与本体融合建模系统，包括：

23、知识库构建模块：获取高速铁路基础设施已知的本体bim模型与服役状态的关联关系，对不同服役状态分类并初步分析对应的建模方法，并根据关联关系、分类和建模方法建立服役状态知识库；

24、融合模块：设定坐标位置和空间姿态两个约束规则，并根据不同类型的服役状态建立不同的融合方法；

25、基于本体bim模型、服役状态知识库和不同的融合方法批量化建立高速铁路基础设施服役状态与本体精准融合模型。

26、进一步，所述知识库构建模块的具体实现步骤为：

27、步骤s1.1、获取在役高速铁路基础设施服役状态类型，其中，高速铁路基础设施包括路基、桥梁、隧道和轨道，服役状态包括变形、裂缝、掉块、空洞、磨损、渗漏水、锈蚀和翻浆冒泥；

28、步骤s1.2、人为分析高速铁路基础设施已知的本体bim模型与服役状态之间的关联关系，其中，关联关系包括用于映射本体bim模型与服役状态病害位置和范围的几何关联关系，用于建立本体bim模型的“材质”和服役状态“纹理”属性之间的对应关系的属性关联关系，使小尺度的服役状态与本体bim模型大尺度视角相融合的尺度关联关系，以及对本体bim模型中高速铁路基础设施与服役状态中相应病害信息相匹配的语义关联关系；

29、步骤s1.3、对服役状态进行分类，分类后结合关联关系人为初步分析能在本体bim模型上展示的可视化信息所对应的建模方法，其中，分类后得到的类型包括裂缝病害类型、变形病害类型和掉块、空洞、磨损病害类型以及渗漏水、锈蚀、翻浆冒泥病害类型，建模方法包括通过读取约束参数直接建立裂缝模型的参数化建模方法，对变形病害类型的区间参数进行获取的参数化修改方法，对掉块、空洞、磨损病害类型的轮廓参数进行获取的轮廓删除方法，和对渗漏水、锈蚀、翻浆冒泥病害类型的纹理图片和面积形态进行获取的纹理贴图方法；

30、步骤s1.4、基于步骤s1.1和步骤s1.3建立服役状态的基础知识库，即得到服役状态知识库。

31、进一步，所述融合模块的具体实现步骤为：

32、步骤s2.1、确定坐标位置和空间姿态两个约束规则，设置获取的各服役状态坐标基准点，并基于坐标基准点将各服役状态的坐标位置和空间姿态与本体bim模型的空间直角坐标系进行匹配，将匹配后得到的服役状态在本体bim模型中的坐标位置和空间姿态存储在服役状态知识库中；

33、步骤s2.2、基于本体bim模型的空间直角坐标系提取各段中各高速铁路基础设施的坐标范围和各段的服役状态，提取后，对各段高速铁路基础设施和各服役状态编号，将各段高速铁路基础设施编号与其包含的服役状态编号一一对应，并存储在服役状态知识库中；

34、步骤s2.3、根据不同类型的服役状态建立不同的融合方法；

35、步骤s2.4、基于本体bim模型、服役状态知识库中获取的各段高速铁路基础设施不同类型服役状态的坐标位置、空间姿态以及各段高速铁路基础设施编号与其包含的服役状态编号一一对应关系和不同的融合方法，将服役状态批量化导入到本体bim模型中建立高速铁路基础设施服役状态与本体精准融合模型。

36、进一步，所述步骤s2.3的融合方法为：

37、针对裂缝病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的参数化建模方法对裂缝进行建模得到裂缝模型，并通过裂缝模型的坐标基准点、坐标位置和空间姿态将其置于钢轨表面，再通过布尔运算删去本体bim模型与裂缝模型重合的部分，最后移除裂缝模型，实现裂缝在本体bim模型上的展现；

38、针对变形病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的参数化修改方法获取变形的区间参数，并根据区间参数的坐标基准点、坐标位置和空间姿态匹配对应编号的高速铁路基础设施路段，以选取该段高速铁路基础设施路段的本体bim模型将其空间位置平移，其中，空间位置平移包括对该段高速铁路基础设施路段进行边缘平移的边缘段平移和对与边缘段相连接的中间段进行平移的中间段平移，边缘段平移是指根据给定的长度，沿与之相连接的非形变高速铁路基础设施路段的方向，对边缘段采用位移量递减的方式连接过渡，中间段平移是指根据区间参数对中间段进行平移；

39、针对掉块、空洞、磨损病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的轮廓删除方法获取掉块、空洞或磨损的轮廓参数，根据轮廓参数的坐标基准点、坐标位置和空间姿态将其加载到本体bim模型表面，并根据获取的掉块、空洞或磨损的深度参数对轮廓参数所对应的本体bim模型表面拉伸，再删除拉伸后所对应的本体bim模型,其中,空洞病害还需将删除的本体bim模型内部区域通过透视映射方法映射到本体bim模型表面；

40、针对渗漏水、锈蚀和翻浆冒泥病害类型的融合方法：基于服役状态知识库中的纹理贴图方法获取的渗漏水、锈蚀或翻浆冒泥的纹理图片和面积形态，根据纹理图片和面积形态的坐标基准点、坐标位置和空间姿态将其在本体bim模型的对应位置建立面状区域，再使用不同纹理的贴图来表现各渗漏水、锈蚀或翻浆冒泥。

41、与现有技术相比，本发明的优点在于：

42、一、本发明考虑到高速铁路基础设施服役状态的类型多样、数量庞大，通过构建知识库存储高速铁路服役路段基础设施的服役状态信息，建立统一约束规则和针对各服役状态类型的融合方法，批量化、自动化实现高速铁路病害在本体bim模型上的表征映射，集成高速铁路基础设施服役状态与本体精准融合建模，以便于能快速直观地捕捉到病害在高速铁路的本体结构上的具体表现，提高病害诊断和维修决策的效率和准确性；

43、二、本发明融合了服役状态表征，解决了现有高速铁路建模方法仅停留在本体建模层面的问题，形成了一套完善的高精度高速铁路服役状态与本体融合建模方法；

44、三、本发明首次建立了知识库引导的本体bim模型与服役状态精准融合建模方法，批量化、自动化融合在役路段全线的各类服役状态；

45、四、本发明能针对路桥隧以及轨道四项基础设施的服役状态融合建模，包含了在役高铁路段的主要基础设施和服役状态，并且可以达到批量化和自动化，其适用性强；

46、五、本发明不只是简单地将病害模型和高速铁路本体bim模型简单地拼接在一起，而是针对不同的服役状态特征提出了不同的融合建模方法，最终生成的模型贴合实际，并且能为后期的轻量化与运维分析等提供模型基础。