一种路基工程中原始三维地形面清表整平的修正方法技术

本发明专利技术提出了一种在路基工程中对原始三维地形进行清表整平修正的计算方法，主要包含：步骤一，确定初步清表整平边界范围；步骤二，初步计算清表整平后场地纵断面地面线；步骤三，计算最终清表整平边界点并生成清表整平地面；步骤四，生成清表整平地面与原始地形面间的接坡面。对原始三维地形进行清表整平修正，可以：(1)更加精确的计算信息模型中地表上部和下部结构的位置、尺寸和工程量；(2)在出二维图时可以剖切出精准、整齐的地面线。

【技术实现步骤摘要】
一种路基工程中原始三维地形面清表整平的修正方法
本专利技术涉及信息模型
，尤其涉及信息模型技术在路基工程中的应用。本专利技术提出了一种在路基工程中对原始三维地形面进行清表整平修正的计算方法。
技术介绍
在实际工程施工前需要对场地进行清表整平，清除地表杂物的同时填补地面凹坑或铲平地面凸起形成平整地面便于施工。对于信息模型中的三维地形网格面亦是如此。在信息模型软件中对工程结构实体建模前，也应对原始三维地形网格面进行清表整平修正，这样既可以更加精确的计算信息模型中地表上部和下部结构的位置、尺寸和工程量，又可以在出二维图时剖切出精准、整齐的地面线。以公路桩型复合地基加固工程为例，对信息模型软件中原始三维地形网格面进行清表整平修正可以：(1)更加准确的计算桩顶高程、桩长以及上部路堤填土工程量等信息；(2)剖切输出桩型复合地基加固横断面示意图时可以确保地面线精确、工整。
技术实现思路
为避免在原始地形面上直接开展工程结构实体建模引起结构位置、尺寸和工程量等不准确以及二维出图时地面线的不准确、不工整，本专利技术基于信息模型技术提出了一种适用于路基工程的原始三维地形面清表整平修正方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种路基工程中原始三维地形面的清表整平修正方法，包括以下步骤：步骤一，确定初步清表整平边界范围；步骤二，初步计算清表整平后场地纵断面地面线；步骤三，计算最终清表整平边界点并生成清表整平地面；步骤四，生成清表整平地面与原始地形面间的接坡面。进一步地，步骤一中计算清表整平边界范围需要获取的信息有原始地形面、路面中心线的平曲线和竖曲线、路线方向、路面宽度、路面坡度、路肩宽度、路肩坡度、路堤(路堑)坡度、接坡坡度、清表整平加宽以及清表厚度。进一步地，步骤一包括：①将路面中心线平曲线划分成n段并求解划分段落的n+1个分段路面中心点的坐标；②根据分段路面中心点坐标、路面宽度和坡度、路肩宽度和坡度，求解n+1个分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标；③根据分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标、路堤(路堑)坡度以及清表整平加宽求解两侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点以及清表整平边界点；④由n+1个分段路面中心点所在横断面内两侧清表整平边界点所确定的范围即为初步清表整平的范围。进一步地，将平曲线分为n段的方法是，先给出一个分段长度值l，使用平曲线总长反复扣除分段长度值l，直至剩余长度小于分段长度值l，此时前n-1个分段的长度相同均为分段长度值l，最后一段的长度等于剩余长度。进一步地，n+1个分段路面中心点均根据路线方向判断起点，并依次编号。进一步地，所述路肩与路堤(路堑)边坡交点和路堤(路堑)边坡与原始地形交点中，被求解点的水平坐标，是在分段路面中心点的水平坐标和水平偏移值的基础上采用偏移算法计算得到。进一步地，偏移算法的实现包含以下步骤：偏移算法步骤一，在水平面内计算每个分段路面中心点处路面中心线平曲线的切线和法线方程；偏移算法步骤二，由路线方向信息和每个分段路面中心点处的切线方程确定该分段路面中心点处切向量，切向量指向与路线方向一致且与切线方程平行；偏移算法步骤三，由每个分段路面中心点处的切向量与法线方程确定单位法向量，单位法向量位于切向量水平面内顺时针旋转90°的方向且与法线方程平行；偏移算法步骤四，由分段路面中心点、分段路面中心点处的单位法向量和水平偏移值计算偏移点的水平坐标，偏移点的水平坐标为单位法向量乘以水平偏移值加上分段路面中心点水平坐标。进一步地，偏移算法中的单位法向量的模等于一。进一步地，所述水平偏移值，是以同一横断面内分段路面中心点为基准，其绝对值大小等于该点与分段路面中心点的水平距离，根据路线前进方向划分左右，偏左为负值，偏右为正值。进一步地，所述路堤(路堑)边坡与原始地形交点，是在路肩与路堤(路堑)边坡交点和不同水平偏移值增量的基础上，通过偏移算法和竖向投影算法在原始地形面上直接求得或得到位于路堤(路堑)边坡与原始地形交点两侧的两个地面点，若为后者则再在这两个地面点水平偏移值增量的基础上依据二分法原理求解路堤(路堑)边坡与原始地形交点。进一步地，计算路堤(路堑)边坡与原始地形交点的详细步骤如下：步骤一三一，给出水平偏移值增量，并与对应分段路面中心点所处横断面内同侧路肩与路堤(路堑)边坡交点水平偏移值相加得到新的水平偏移值。通过新的水平偏移值和偏移算法计算过程点的水平坐标；步骤一三二，通过竖向投影算法计算过程点投影到原始地形面上的高程，并将其作为过程点的高程，得到过程点的空间坐标；步骤一三三，计算该横断面内过程点与同侧路肩与路堤(路堑)边坡交点间高差绝对值和两点间水平距离的比值R1，比较比值R1与路堤(路堑)坡度大小，如果比值R1与路堤(路堑)坡度差异满足精度要求，将该过程点的水平偏移值和空间坐标记录为路堤(路堑)边坡与原始地形交点，且直接结束；如果比值R1与路堤(路堑)坡度的差异在精度要求范围外且大于路堤(路堑)坡度，取新的水平偏移值增量为原水平偏移值增量的两倍，并重复步骤一三一、一三二和一三三；如果比值R1与路堤(路堑)坡度的差异在精度要求范围外且小于路堤(路堑)坡度，记录该点及上一个点的水平偏移值增量和空间坐标并执行下一步骤；步骤一三四，在记录的两个水平偏移值增量之间利用二分法和竖向投影算法在原始地形面上求解与路堤(路堑)坡度差满足精度要求的水平偏移值增量及对应的过程点空间坐标，并将其确定为该横断面内路堤(路堑)边坡与原始地形交点。进一步地，所述水平偏移值增量，在求解左侧时为负，求解右侧时为正。进一步地，步骤一三四中记录的水平偏移值增量小于两个，即第一次取水平偏移值增量计算比值R1时，其与路堤(路堑)坡度的差异在精度要求范围外且小于路堤(路堑)坡度，则在0与唯一一个记录的水平偏移值增量间值执行步骤一三四。进一步地，所述清表整平边界点，是在路堤(路堑)边坡与原始地形交点的基础上沿两侧向外再偏移一个清表整平加宽并向原始地形进行竖向投影求得；进一步地，步骤二包括：①在n+1个分段路面中心点所在横断面内，由两侧清表整平边界点确定的范围内计算原始地形横断面平均高程；②由n+1个分段路面中心点与起点间路面中心线平曲线的长度作为横坐标，对应横断面的原始地形横断面平均高程减去清表厚度作为纵坐标，形成n+1个纵断面散点；③采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合，得到清表整平后纵断面地面线，并计算n+1个纵断面散点横坐标对应分段多项式曲线的纵坐标值，记为对应横断面清表整平后的横断面平均高程。进一步地，原始地形横断面平均高程通过在对应横断面的清表整平范围内取k个横断面等分点并计算它们在原始地形面上的竖向投影高程，同时联合该横断面的2个清表整平边界点在原始地形面上的竖向投影高程计算平均值获得；k个横断面等分点与2个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，确定初步清表整平边界范围；/n步骤二，初步计算清表整平后场地纵断面地面线；/n步骤三，计算最终清表整平边界点并生成清表整平地面；/n步骤四，生成清表整平地面与原始地形面间的接坡面。/n

【技术特征摘要】
1.一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，确定初步清表整平边界范围；
步骤二，初步计算清表整平后场地纵断面地面线；
步骤三，计算最终清表整平边界点并生成清表整平地面；
步骤四，生成清表整平地面与原始地形面间的接坡面。


2.根据权利要求1所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，步骤一包括：
①将路面中心线平曲线划分成n段并求解划分段落的n+1个分段路面中心点的坐标；
②根据分段路面中心点坐标、路面宽度和坡度、路肩宽度和坡度，求解n+1个分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标；
③根据分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标、路堤(路堑)坡度以及清表整平加宽求解两侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点以及清表整平边界点；
④由n+1个分段路面中心点所在横断面内两侧清表整平边界点所确定的范围即为初步清表整平的范围。


3.根据权利要求2所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，在路肩与路堤(路堑)边坡交点和不同水平偏移值增量的基础上，通过偏移算法和竖向投影算法在原始地形面上直接求得路堤(路堑)边坡与原始地形交点或位于路堤(路堑)边坡与原始地形交点两侧的两个地面点，若为后者则再在这两个地面点水平偏移值增量的基础上依据二分法原理求解路堤(路堑)边坡与原始地形交点。


4.根据权利要求3所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，偏移算法的实现包含以下步骤：
偏移算法步骤一，在水平面内计算每个分段路面中心点处路面中心线平曲线的切线和法线方程；
偏移算法步骤二，由路线方向信息和每个分段路面中心点处的切线方程确定该分段路面中心点处切向量，切向量指向与路线方向一致且与切线方程平行；
偏移算法步骤三，由每个分段路面中心点处的切向量与法线方程确定单位法向量，单位法向量位于切向量水平面内顺时针旋转90°的方向且与法线方程平行；
偏移算法步骤四，由分段路面中心点、分段路面中心点处的单位法向量和水平偏移值计算偏移点的水平坐标，偏移点的水平坐标为单位法向量乘以水平偏移值加上分段路面中心点水平坐标。


5.根据权利要求1所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，步骤二包括：
①在n+1个分段路面中心点所在横断面内，由两侧清表整平边界点确定的范围内计算原始地形横断面平均高程；
②由n+1个分段路面中心点与起点间路面中心线平曲线的长度作为横坐标，对应横断面的原始地形横断面平均高程减去清表厚度作为纵坐标，形成n+1个纵断面散点；
③采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合，得到清表整平后纵断面地面线，并计算n+1个纵断面散点横坐标对应分段多项式曲线的纵坐标值，记为对应横断面清表整平后的横断面平均高程。


6.根据权利要求5所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，原始地形横断面平均高程通过在对应横断面的清表整平范围内取k个横断面等分点并计算它们在原始地形面上的竖向投影高程，同时联合该横断面的2个清表整平边界点在原始地形面上的竖向投影高程计算平均值获得；k个横断面等分点与2个清表整平边界点中所有相邻两点间的水平间距相等。


7.根据权利要求5所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合的步骤如下：
步骤二四一，判断n+1个纵断面散点是否可以分段，若不可以则直接选取多项式进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与第一个分段内纵断面散点的相关系数大于某个值R12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等；若可以进行分段则执行步骤二四二；
步骤二四二，将n+1个纵断面散点分为两段，选取合适的多项式对第一个分段内的纵断面散点进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与第一个分段内纵断面散点的相关系数大于某个值R12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等；若能得到拟合结果，则记录该多项式曲线和该分段最后一个纵断面散点横坐标处对应多项式曲线的纵坐标值和斜率，同时对相邻下一分段执行步骤二四三；如若不能达到执行步骤二四四；
步骤二四三，对分段进行拟合，拟合要求：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈修和，赵华宏，李翻翻，张志峰，温广军，陶文斌，
申请(专利权)人：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心，
类型：发明
国别省市：安徽;34