(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210500809.5 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 张学全　刘伟　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 许莲英 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) (54)发明名称 一种基于城市道路BIM的内涝积水模拟分析 方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于城市道路BIM的内涝 积水模拟分析方法。 本发明根据输入数据， 将目 标城市道路区域的二维矢量道路线剖分为多组 二维路段和多组二维交叉口； 根据固定步长将二 维路段划分为多组二维路段， 根据车道分布将二 维路段划分为多个车道， 构建三维几何道路面； 根据三维几何道路面中的每个车道， 进行纹理贴 图， 构建三维路段BIM模型； 根据三维路段BIM模 型和积水图像叠加， 计算每个车道的风险值； 根 据三维路段BIM模型每个车道的风险值， 进行分 级评估， 并基于色带着色进行可视化。 本发明基 于三维城市路段BIM模 型提升了城市道路内涝积 水模拟分析的精细度和模拟效果。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 114840896 A 2022.08.02 CN 114840896 A 1.一种基于城市道路BIM的内涝积水模拟分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 引入目标城市道路区域的所有二维矢量道路线、 目标城市道路区域的地形和目 标城市道路区域的积水图像数据， 将目标城市道路区域的二 维矢量道路线通过网络拓扑分 析方法得到多个道路交叉口， 将目标城市道路区域的二 维矢量道路线根据多个道路交叉口 的位置进行剖分得到多组二维路段和多组二维交叉口； 步骤2： 将每组二维路段根据每组二维路段的几何分布和每组二维路段的属性信息通 过三维道路几何建模算法构建每组二维路段对应的三维路段的几何道路面； 步骤3： 将每组二维路段对应的三维路段的几何道路面根据每个车道区域， 通过道路纹 理贴图算法构建每组二维路段对应的三维路段的BIM模型； 步骤4： 将目标城市道路区域的积水图像数据通过车道积水重采样算法计算得到每组 二维路段对应的三维路段的BIM模型中每 个车道的积水分布； 步骤5： 将每组二维路段对应的三维路段的BIM模型、 目标城市道路区域的积水图像数 据通过车道风险分析算法计算得到每组二 维路段对应的三 维路段的BIM模型中每个车道的 积水风险值； 步骤6： 每组二维路段对应的三维路段的BIM模型中每个车道的积水风 险值， 通过风险 分级评估算法。 2.根据权利要求1所述的基于城市道路BIM的内涝积水模拟分析方法， 其特征在于， 步 骤1所述将目标城市道路区域的二维矢量道路线根据多个道路交叉口的位置进行剖分得到 多组二维路段和多组二维交叉口， 具体为： 设目标城市道路区域的所有二维矢量道路线为{Roadi|i＝1,2, …,e}， 其中Roadi为第i 条二维矢量道路线， 目标城市道路区域一共有e条二 维矢量道路线； 根据网络拓扑分析计算 得到二维矢量道路线Roadi上的多组二维交叉口； 设二维交叉口表示为Cross， 交叉口个数 为p， 则多组二维交叉口表示 为： {Crossi,j|i＝1,2,···,e； j＝1,2, ···,p} 根据多组二维交叉口， 将二维矢量道路线Roadi划分为多个长路段， 对于每个长路段基 于固定步长L进 行等距离剖分， 得到多组二维路段； 设等距离分段后的路段表 示为Segment， 路段个数为q， 则多组二维路段表示 为： {Segmenti,k|i＝1,2,···,e； k＝1,2,···,q} 行风险等级划分得到每组二维路段对应的三维路段的BIM模型的风险等级。 3.根据权利要求1所述的基于城市道路BIM的内涝积水模拟分析方法， 其特征在于， 所 述步骤2具体如下： 在步骤1中获得的目标城市道路区域的多组二维路段中的第k组路段Segmenti,k为AB， 其中A点在国家2000投影坐标系下的坐标为(XA， YA)， B点在国家2000投影坐标系下的坐标 为(XB， YB)； 则路段Segmenti,k的几何分布可以表示 为： {(XAi,k,YAi,k),(XBi,k,YBi,k)|i＝1,2,···,e； k＝1,2,···,q} 在步骤1中获得的目标城市道路区域的多 组二维路段中的第k组路段Segmenti,k的单向 车道数为 N， 单车道宽度为 W， 中间隔离带宽度为D， 则路段Segmenti,k的属性信息表示 为： {(Ni,k,Wi,k,Di,k)|i＝1,2,···,e； k＝1,2,···,q} 步骤2所述通过三维道路几何建模算法构建每组二维路段对应的三维路段的几何道路权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114840896 A 2面， 具体为： 以A点为原心构 建二维几何笛卡尔坐标系， 平行于AB为X轴， 垂直于AB为Y轴， 则A点在二 维几何笛卡尔坐标系下的坐标(0， 0)， B点在二 维几何笛卡尔坐标系下的坐标为(L， 0)； 则目 标城市道路区域的第k组路段Segmenti,k的第m条车道表示为： {Lanei,k,m|i＝1,2,···,e； k＝1,2,···,q； m＝1,2, ···,f} 设单向第m(1≤m≤f)个车道区域为CDEF， 则C点在二维几何笛卡尔坐标系下的坐标 (XCi,k,m， YCi,k,m)可以计算 为： D点在二维几何笛卡尔坐标系下的坐标(XDi,k,m， YDi,k,m)可以计算 为： E点在二维几何笛卡尔坐标系下的坐标(XEi,k,m， YEi,k,m)可以计算 为： F点在二维几何笛卡尔坐标系下的坐标(X Fi,k,m， YFi,k,m)可以计算 为： 基于七参数转换法目标城市道路区域的第k组路段第m条车道区域CDEF的顶点坐标， 其 中C点在全局三维笛卡尔坐标系下的坐标为： 其中， 是二维平面坐标系的原点对应 的空间几何坐标点， XCi,k,m和YCi,k,m是二维 平面坐标， 和 是纹理坐标方向向量参数， scale X和scaleY是缩放 参数； 针对目标城市道路区域的第k组路段第m条车道区域CDEF， 进行语义编码； 设目标城市 道路区域的道路Road的编码为 i， 则第k组路段第m条 车道的语义编码为： Road‑Segment‑Lane:i‑k‑m 根据单向第m个车道区域CDEF的顶点分布， 基于狄罗妮三角网算法构建三维几何车道 面， 组合路段AB中的所有三维几何车道面构建三维路段的几何道路面。 4.根据权利要求1所述的基于城市道路BIM的内涝积水模拟分析方法， 其特征在于， 步 骤3所述通过道路纹 理贴图算法构建每组二维路段对应的三维路段的BIM模型， 具体为： 在步骤2中获得的目标城市道路区域的第k组路段第m条车道区域CDEF， 以C点为原心构权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114840896 A 3