[发明专利]多级平台的平马道三维自动开挖设计方法

权利要求书

1.一种多级平台的平马道三维自动开挖设计方法，其特征在于：采用参数化设计方法，根据上、下相邻级两平台间的高程差及开挖坡度设计参数，创建辅助圆、寻找所述辅助圆满足设计要求的切线；然后创建偏移曲线、求解所述切线与所述偏移曲线的交点，形成平马道内侧和外侧控制曲线；之后，再利用每级平马道内侧和外侧所述控制曲线形成封闭曲面，实现多级平台的平马道三维自动开挖设计；

包括下述步骤：

S1，采用折线分别将每一级平台位于上游侧的端点、下游侧的端点相连，得到多级平台的上游侧控制折线、下游侧控制折线；每一级平台位于上游侧的所述端点是指：该级平台位于上游侧宽度方向的两个端点；同理，每一级平台位于下游侧的所述端点是指：该级平台位于下游侧宽度方向的两个端点；

S2，通过上游侧和下游侧的所述控制折线生成开挖方向控制轴系，用于控制上游侧和下游侧开挖曲线的偏移方向，从而确保开挖曲线往多级平台范围的外侧进行偏移；通过控制折线生成所述方向控制轴系的方法如下：

S2.1，在上游侧控制折线上，任取相邻两个端点的连线在水平面上的投影作为X轴，建立直角坐标系；所述X轴正方向与多级平台走向一致，Z轴正方向垂直向上，Y轴正方向按右手螺旋方向确定，所述Y轴正方向为上游侧开挖偏移方向；在下游侧控制折线上，任取相邻两个端点的连线在水平面上的投影作为X'轴，建立直角坐标系；所述X'轴正方向与多级平台走向一致，Z'轴正方向垂直向下，Y'轴正方向按右手螺旋方向确定，所述Y'轴正方向为下游侧开挖偏移方向；

S3，任取两个上、下相邻的高一级平台j和低一级平台i，首先寻找高一级所述平台j的平马道内侧和外侧控制曲线；其中，i和j为≥1的自然数，且j=i+1；获取平台j内侧控制曲线的步骤如下：

S3.1，将平台j下游侧两个端点中与低一级所述平台i下游侧相邻的端点作为基准点，定义为B点，平台j下游侧另一个端点定义为B'点；平台i下游侧与平台j相邻的端点定义为A点，平台i下游侧另一个端点定义为E点；

S3.2，计算平台i和平台j的高程差h；

S3.3，将所述A点沿竖直方向投影至所述B点所在高程平面上的点，定义为C点；

S3.4，设拟开挖坡度为1:n，以所述C点为圆心，以半径R = n×h为半径做辅助圆；

S3.5，以B点为起点，做圆的切线，获得两条切线，即切线BD1和切线BD2，由S2中的Y'轴正方向确定满足要求的其中一条切线BD2，确保切线BD2在多级平台范围的外侧，即切BD2在Y'轴的正方向侧；

S3.6，则平面ABD2为满足拟开挖坡度的平面；

S3.7，将A点到所述E点的直线AE沿竖直方向投影至B点所在高程平面上，得到CF直线，将所述CF直线向Y'轴正方向偏移所述半径R的距离，获得GH直线，则平面AEHG也为满足拟开挖坡度的平面；

S3.8，将直线BD2与直线GH延伸相交的点，定义为M点，则折线BMH为平马道内侧控制曲线，平面AMB和平面AMHE为平台j所对应的平马道设计开挖面；

获取平台j外侧控制曲线的步骤如下：

S3.1.1，将平台j下游侧所述B'点作为基准点；

S3.2.1，计算平台i和平台j的高程差h；

S3.3.1，将所述A点沿竖直方向投影至所述B'点所在高程平面上的点，定义为C'点；

S3.4.1，设拟开挖坡度为1:n，以所述C'点为圆心，以半径R’=R+L为半径做辅助圆；式中，L为设计马道宽度，即内侧控制曲线与外侧控制曲线之间的偏移距离；

S3.5.1，以B'点为起点，做圆的切线，获得两条切线，即切线B'D'1和切线B'D'2，由S2中的Y'轴正方向确定满足要求的其中一条切线B'D'2，确保切线B'D'2在多级平台范围的外侧，即切B'D'2在Y'轴的正方向侧；

S3.6.1，则平面A B'D'2为满足拟开挖坡度的平面；

S3.7.1，将A点到所述E点的直线AE沿竖直方向投影至B'点所在高程平面上，得到C'F'直线，将所述C'F'直线向Y'轴正方向偏移所述半径R'的距离，获得G'H'直线，则平面AEH'G'也为满足拟开挖坡度的平面；

S3.8.1，将直线B'D'2与直线G'H'延伸相交的点，定义为M'点，则折线B'M'H'为平马道外侧控制曲线，平面AM'B'和平面AM'H'E为平台j所对应的平马道设计开挖面；

由平马道内侧控制曲线BMH和平马道外侧控制曲线B’M’H’进行封闭，从而形成平马道开挖面，即平面BMHH’M’B’B，与平台j对应的平马道内侧设计开挖面，即平面AMB和平面AMHE，共同形成平台j对应的平马道设计开挖面；

S4，与平台j相邻的上一级平台，利用平台j对应的平马道外侧控制曲线B’M’H’代替直线AE，重复第3步骤，即完成上一级平台对应的平马道开挖设计；依次循环，完成所有平台对应的平马道开挖设计。