專利名稱：道路坡度的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種道路設(shè)計(jì)工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種道路坡度的檢測(cè) 方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)景區(qū)道路是景觀中重要的構(gòu)圖要素，是風(fēng)景的一部分。風(fēng)景區(qū)游覽道路不僅要 確保道路本身流暢、自然及路面的質(zhì)量，還要注意所經(jīng)地區(qū)的視覺(jué)觀賞效果，使風(fēng)景特征能 夠沿途展現(xiàn)出來(lái)。因此，道路的規(guī)劃選址應(yīng)與自然景物特征、自然力相協(xié)調(diào)。風(fēng)景區(qū)內(nèi)路線 的選擇要充分利用道路所處的位置和自然地形坡度，保存自然彎曲的河流、隆起的巖石、茂 密的叢林和鄉(xiāng)間植被群落，以及因地殼造山運(yùn)動(dòng)而形成的自然輪廓線。這樣，使游覽車能穿 過(guò)茂密的樹林、清幽的峽谷或河濱沙灘，充分享受大自然的景觀野趣。為了滿足風(fēng)景區(qū)道路系統(tǒng)的功能、景觀美學(xué)要求，特別是景區(qū)游覽道路的規(guī)劃布 局及施工的可行性等條件，道路的坡度檢測(cè)成為了景區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)。因?yàn)榈缆?坡度直接影響車輛通行的便利性，道路排水通暢性，而且與規(guī)劃設(shè)計(jì)中道路的等級(jí)、功能定 位及開挖路基土石方量等密切相關(guān)，是道路施工成本核算及可行性分析的重要因素。根據(jù)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不同等級(jí)的道路有不同的坡度要求。做路網(wǎng)規(guī)劃的時(shí)候，需 要考慮道路的坡度。例如，趙兵等在《園林工程學(xué)》中講到道路縱坡與限制坡長(zhǎng)。一般道路 的坡度應(yīng)有8%以下的縱坡，以保證雨水的排除；可供自行車騎行的道路，縱坡宜在2. 5% 以下，最大不超過(guò)4% ；不通車的道路，最大縱坡不超過(guò)12%，若坡度在12%以上，就必須設(shè) 計(jì)為梯級(jí)道路。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)如下1、吳秀芹等在2007年6月清華大學(xué)出版社出版的《ARCGIS9地理信息系統(tǒng)應(yīng)用與 實(shí)踐》中利用ArcGIS中的表面分析功能對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度分析，此方法步驟簡(jiǎn)單，但是只 能得到某一區(qū)域內(nèi)面狀地物垂直剖面的坡度，不能應(yīng)用于道路的坡度獲取。2、張帆在2006年1月清華大學(xué)出版社出版的《AutoCAD VBA 二次開發(fā)教程》中用 AutoCAD中的二次開發(fā)功能計(jì)算道路坡度，通過(guò)創(chuàng)建道路信息數(shù)據(jù)庫(kù)及編程實(shí)現(xiàn)每一條線 段斜率的計(jì)算，但是此方法對(duì)道路規(guī)劃者編程要求較高，且數(shù)據(jù)庫(kù)的建立需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí) 間。3、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?2003101165560. 5，名稱為提供包括道路坡度數(shù)據(jù)的地圖 數(shù)據(jù)的地圖數(shù)據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)，，提出一種地圖產(chǎn)生系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入單元將高度數(shù) 據(jù)輸入系統(tǒng)，從而計(jì)算出指定道路的坡度，然后存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，但是該系統(tǒng)以人為分段的路 網(wǎng)為基礎(chǔ)單元，帶有人為主觀想法，而且只能得到離散的、以路段為單位的坡度分布圖，不 能得到整個(gè)規(guī)劃區(qū)內(nèi)道路坡度的詳細(xì)準(zhǔn)確的分布狀況。4、http://www. smth. edu. cn/bbsgcon. php ？ board = DigitalEarth&num = 986 網(wǎng)頁(yè)上介紹了利用ArcGIS進(jìn)行道路坡度計(jì)算的方法首先對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行人為分段，然后存儲(chǔ) 道路起點(diǎn)和終點(diǎn)的高程值，計(jì)算各段道路的近似坡度。但是該方法也是以人為分段的路網(wǎng)為基礎(chǔ)單元，帶有人為主觀想法，而且只能得到離散的、以路段為單位的坡度分布圖，不能 得到整個(gè)規(guī)劃區(qū)內(nèi)道路坡度詳細(xì)準(zhǔn)確的分布狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種道路坡度的檢測(cè)方法。本 發(fā)明基于地形數(shù)據(jù)和道路信息，充分挖掘ArcGIS的空間分析功能，以獲得道路上任何一點(diǎn) 沿著道路走向的連續(xù)的坡度，并且能方便地輸出道路坡度分布圖。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟第一步，從國(guó)家或地方測(cè)繪部門獲取待檢測(cè)區(qū)域的等高線圖和道路規(guī)劃圖。第二步，分別對(duì)等高線圖和道路規(guī)劃圖進(jìn)行掃描和空間配準(zhǔn)，得到等高線柵格分 布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖。所述的空間配準(zhǔn)，具體是首先選擇投影方式和若干均勻分布的地面控制點(diǎn)，然后 選擇多項(xiàng)式作為幾何畸變模型，將地面控制點(diǎn)的位置信息代入多項(xiàng)式確定幾何畸變模型的 具體表達(dá)式，最后將圖上其余的點(diǎn)代入幾何畸變模型，得到圖中每個(gè)點(diǎn)的幾何校正值。第三步，分別對(duì)等高線柵格分布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖進(jìn)行數(shù)字化處理，得到 等高線矢量分布圖和道路規(guī)劃矢量分布圖，并對(duì)等高線矢量分布圖進(jìn)行不規(guī)則三角網(wǎng)格轉(zhuǎn) 換處理，得到等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格。所述的數(shù)字化處理，包括對(duì)圖形要素的跟蹤采集、屬性字段的添加和屬性數(shù)據(jù)的 錄入。所述的不規(guī)則三角網(wǎng)格轉(zhuǎn)換處理是將等高線矢量分布圖劃分為若干個(gè)相等的三 角面網(wǎng)格。第四步，提取等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格中的所有節(jié)點(diǎn)，得到高程散點(diǎn)圖，并對(duì)高程散 點(diǎn)圖進(jìn)行空間插值處理，得到高程分布圖。所述的空間插值處理是樣條曲線插值法，或者是反距離加權(quán)法。第五步，提取高程分布圖中的道路高程信息，添加到道路規(guī)劃矢量分布圖中得到 道路高程分布圖，并對(duì)道路高程分布圖進(jìn)行擴(kuò)充處理，使道路高程分布圖中的每條道路的 寬度是K，且通過(guò)均值平滑處理使擴(kuò)充范圍內(nèi)每個(gè)柵格周圍的柵格都有值，從而得到擴(kuò)充后 的道路高程分布圖。所述的K的取值范圍是2m-5m。第六步，提取擴(kuò)充后的道路高程分布圖中柵格的高程差和水平距離，從而得到每 條道路的坡度信息。所述的高程差，具體是每個(gè)柵格周圍的8個(gè)柵格高程值之間的最大差值。所述的水平距離，具體是每個(gè)柵格的邊長(zhǎng)。所述的坡度信息，具體是高程差與水平距離比值的百分?jǐn)?shù)，或者是高程差和水平 距離比值的反正切值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1、可以檢測(cè)道路上任何一點(diǎn)沿著道路走向的連續(xù)的坡度，而不是面狀地物垂直坡 面的坡度，因而準(zhǔn)確度高、實(shí)用性強(qiáng)；2、簡(jiǎn)單易學(xué)，可操作性強(qiáng)，用戶不需要進(jìn)行編程，也不需要花費(fèi)大量時(shí)間建立道路
4信息數(shù)據(jù)庫(kù)；3、獲得的道路坡度分布圖是根據(jù)區(qū)域規(guī)劃道路信息和地形高程數(shù)據(jù)，基于相應(yīng)處 理自動(dòng)生成，基本不受人為主觀因素對(duì)道路坡度檢測(cè)精度和準(zhǔn)確度的影響。本發(fā)明獲得的道路坡度可為道路施工時(shí)開路的土方量計(jì)算提供可靠的依據(jù)。同 時(shí)，為盡量少開挖路基，根據(jù)獲得的道路坡度可對(duì)道路布局做適當(dāng)調(diào)整，選擇最優(yōu)路線布局 方案，以減少工作量，并做出準(zhǔn)確的成本核算。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖；圖2為實(shí)施例等高線及規(guī)劃道路掃描圖；圖3為實(shí)施例的等高線矢量分布圖；圖4為實(shí)施例的等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格；圖5為實(shí)施例的高程散點(diǎn)圖；圖6為實(shí)施例的高程分布圖；圖7為實(shí)施例中的道路矢量分布圖；圖8為實(shí)施例中的游覽道路高程分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施案例在以本發(fā)明技術(shù)方案為 前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施用于對(duì)景區(qū)游覽道路的坡度檢測(cè)，包括以下步驟第一步，從國(guó)家或地方測(cè)繪部門獲取待檢測(cè)景區(qū)的等高線圖和景區(qū)規(guī)劃者設(shè)計(jì)的 游覽道路規(guī)劃圖。所述的等高線圖是用等高線(即海拔相等的各點(diǎn))連接而成的圖，表示地面高低 起伏，一般以測(cè)繪部門提供的為準(zhǔn)。所述的游覽道路規(guī)劃圖是用線條表示道路的地理位置和空間分布的地圖。第二步，分別對(duì)等高線圖和游覽道路規(guī)劃圖進(jìn)行掃描和空間配準(zhǔn)，得到等高線柵 格分布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖。所述的空間配準(zhǔn)，具體是首先選擇投影方式和若干均勻分布的地面控制點(diǎn)，然后 選擇多項(xiàng)式作為幾何畸變模型，將地面控制點(diǎn)的位置信息代入多項(xiàng)式確定幾何畸變模型的 具體表達(dá)式，最后將圖上其余的點(diǎn)代入幾何畸變模型，得到圖中每個(gè)點(diǎn)的幾何校正值。所述的投影方式是指將三維的地球立體模型變換成二維的地圖平面的方法，本實(shí) 施例選用UTM投影(橫軸等角割圓柱投影)。所述的地面控制點(diǎn)是對(duì)航空像片和衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行各種幾何糾正和地理定位 的重要數(shù)據(jù)源，其地物特征應(yīng)該比較明顯且在研究區(qū)內(nèi)均勻分布，地面控制點(diǎn)的數(shù)量根據(jù) 選擇的投影方式和幾何畸變模型的不同而不同。本實(shí)施例的幾何畸變模型為二次多項(xiàng)式，故需要6個(gè)地面控制點(diǎn)。
所述的等高線柵格分布圖是表示地面等高線分布的柵格地圖。所述的道路規(guī)劃柵格分布圖是表示道路的地理位置和空間分布的柵格地圖。本實(shí)施例得到的待檢測(cè)景區(qū)的等高線及游覽道路規(guī)劃掃描圖如圖2所示。第三步，分別對(duì)等高線柵格分布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖進(jìn)行數(shù)字化處理，得到 等高線矢量分布圖和道路矢量分布圖，并對(duì)等高線矢量分布圖進(jìn)行不規(guī)則三角網(wǎng)格轉(zhuǎn)換處 理，得到等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格。所述的數(shù)字化處理，包括對(duì)圖形要素的跟蹤采集、屬性字段的添加和屬性數(shù)據(jù)的 錄入。所述的不規(guī)則三角網(wǎng)格轉(zhuǎn)換處理，具體是將等高線矢量分布圖劃分為若干個(gè)相 等的三角面網(wǎng)格，三角面網(wǎng)格的形狀和大小取決于不規(guī)則分布的測(cè)點(diǎn)的密度和位置，能夠 避免地形平坦時(shí)的數(shù)據(jù)冗余，又能按地形特征點(diǎn)表示數(shù)字高程特征。所述的等高線矢量分布圖是表示地面等高線分布的矢量地圖。所述的道路矢量分布圖是表示道路的地理位置和空間分布的矢量地圖。所述的等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格是用若干個(gè)連續(xù)的不規(guī)則三角網(wǎng)格表示地面高低 起伏的地圖。本實(shí)施例得到的等高線矢量分布圖如圖3所示，等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格如圖4所
7J\ o第四步，提取等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格中的所有節(jié)點(diǎn)，得到高程散點(diǎn)圖，并對(duì)高程散 點(diǎn)圖進(jìn)行空間插值處理，得到高程分布圖。所述的空間插值處理是樣條曲線插值法，或者是反距離加權(quán)法。所述的高程散點(diǎn)圖是用離散的點(diǎn)表示地面高低起伏的地圖。所述的高程分布圖是用連續(xù)的點(diǎn)表示地面高低起伏的地圖。本實(shí)施例得到的高程散點(diǎn)圖如圖5所示，高程分布圖如圖6所示。第五步，提取高程分布圖中的道路高程信息，添加到道路矢量分布圖中，如圖7，得 到游覽道路高程分布圖，并對(duì)游覽道路高程分布圖進(jìn)行擴(kuò)充處理，使游覽道路高程分布圖 中的每條道路的寬度是3m，且通過(guò)均值平滑處理使擴(kuò)充范圍內(nèi)每個(gè)柵格周圍的柵格都有 值，從而得到擴(kuò)充后的游覽道路高程分布圖。所述的游覽道路高程分布圖是表示游覽道路高程分布的地圖。所述的擴(kuò)充后的游覽道路高程分布圖是表示擴(kuò)充后的游覽道路高程分布的地圖。本實(shí)施例的道路矢量分布圖如圖7所示，得到的游覽道路高程分布圖如圖8所示。第六步，提取擴(kuò)充后的游覽道路高程分布圖中柵格的高程差和水平距離，從而得 到每條道路的坡度信息。所述的高程差是指每個(gè)柵格周圍的8個(gè)柵格高程值之間的最大差值。所述的水平距離是指每個(gè)柵格的邊長(zhǎng)。所述的坡度信息，具體是高程差與水平距離比值的百分?jǐn)?shù)，或者是高程差和水平 距離比值的反正切值。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)第一，本方法針對(duì)的是景區(qū)游覽道路規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工時(shí)道路坡度的獲取問(wèn)題，本 方法可獲得游覽道路上任何一點(diǎn)沿著道路走向的連續(xù)的坡度，而不是用面狀地物垂直坡面
6的坡度作為游覽道路的坡度。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，雖同為一點(diǎn)，但是沿著道路的坡度與其 所在面狀地物垂直坡面的坡度是不一樣的，以某點(diǎn)為例，其沿著道路的坡度是8%，而其所 在面狀地物垂直坡面的坡度是40 %，兩者相差甚大。第二，本方法簡(jiǎn)單易學(xué)，可操作性強(qiáng)。用戶不需要掌握編程，同時(shí)也不需要花費(fèi)大 量時(shí)間建立道路信息數(shù)據(jù)庫(kù)，按照本方法操作，整個(gè)流程大約需要40分鐘，這比編程或建 立數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)間要少很多。第三，本方法可減少人為主觀因素對(duì)道路坡度計(jì)算的精度和準(zhǔn)確度的影響?，F(xiàn)有 方法人為的將道路按一定長(zhǎng)度進(jìn)行分段，所得到的道路坡度的記錄、精度相對(duì)粗略；而本 方法基于道路規(guī)劃圖和區(qū)域地形高程信息經(jīng)相應(yīng)處理自動(dòng)生成，計(jì)算得到的坡度記錄是詳 細(xì)、精確的，道路上連續(xù)點(diǎn)的坡度也是連續(xù)的，因而獲得的道路坡度的準(zhǔn)確度大大提高。綜合以上，本實(shí)施例方法較現(xiàn)有道路坡度的獲取方法在效率、精確度及可操作性 等方面上都有顯著提高。
權(quán)利要求
一種道路坡度的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，從國(guó)家或地方測(cè)繪部門獲取待檢測(cè)區(qū)域的等高線圖和道路規(guī)劃圖；第二步，分別對(duì)等高線圖和道路規(guī)劃圖進(jìn)行掃描和空間配準(zhǔn)，得到等高線柵格分布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖；第三步，分別對(duì)等高線柵格分布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖進(jìn)行數(shù)字化處理，得到等高線矢量分布圖和道路規(guī)劃矢量分布圖，并對(duì)等高線矢量分布圖進(jìn)行不規(guī)則三角網(wǎng)格轉(zhuǎn)換處理，得到等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格；第四步，提取等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格中的所有節(jié)點(diǎn)，得到高程散點(diǎn)圖，并對(duì)高程散點(diǎn)圖進(jìn)行空間插值處理，得到高程分布圖；第五步，提取高程分布圖中的道路高程信息，添加到道路規(guī)劃矢量分布圖中得到道路高程分布圖，并對(duì)道路高程分布圖進(jìn)行擴(kuò)充處理，使道路高程分布圖中的每條道路的寬度是K，且通過(guò)均值平滑處理使擴(kuò)充范圍內(nèi)每個(gè)柵格周圍的柵格都有值，從而得到擴(kuò)充后的道路高程分布圖；第六步，提取擴(kuò)充后的道路高程分布圖中柵格的高程差和水平距離，從而得到每條道路的坡度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第二步中所述的空間配準(zhǔn) 是首先選擇投影方式和若干均勻分布的地面控制點(diǎn)，然后選擇多項(xiàng)式作為幾何畸變模型， 將地面控制點(diǎn)的位置信息代入多項(xiàng)式確定幾何畸變模型的具體表達(dá)式，最后將圖上其余的 點(diǎn)代入幾何畸變模型，得到圖中每個(gè)點(diǎn)的幾何校正值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第三步中所述的數(shù)字化處 理，包括對(duì)圖形要素的跟蹤采集、屬性字段的添加和屬性數(shù)據(jù)的錄入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第三步中所述的不規(guī)則三 角網(wǎng)格轉(zhuǎn)換處理是將等高線矢量分布圖劃分為若干個(gè)相等的三角面網(wǎng)格。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第四步中所述的空間插值 處理是樣條曲線插值法，或者是反距離加權(quán)法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第五步中所述的K的取值范 圍是2m-5m0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第六步中所述的高程差，是 柵格周圍的8個(gè)柵格高程值之間的最大差值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第六步中所述的水平距離， 是每個(gè)柵格的邊長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路坡度的檢測(cè)方法，其特征是，第六步中所述的坡度信息， 是高程差與水平距離比值的百分?jǐn)?shù)，或者是高程差和水平距離比值的反正切值。
全文摘要
一種道路設(shè)計(jì)工程技術(shù)領(lǐng)域的道路坡度的檢測(cè)方法，包括以下步驟獲取待檢測(cè)區(qū)域的等高線圖和道路規(guī)劃圖；進(jìn)行掃描和空間配準(zhǔn)，得到等高線柵格分布圖和道路規(guī)劃柵格分布圖；進(jìn)行數(shù)字化處理，得到等高線矢量分布圖和道路規(guī)劃矢量分布圖，并進(jìn)行不規(guī)則三角網(wǎng)格轉(zhuǎn)換處理，得到等高線不規(guī)則三角網(wǎng)格；提取所有節(jié)點(diǎn)，得到高程散點(diǎn)圖，并進(jìn)行空間插值處理，得到高程分布圖；提取道路高程信息，添加到道路規(guī)劃矢量分布圖中，并進(jìn)行擴(kuò)充和均值平滑處理，得到擴(kuò)充后的道路高程分布圖；提取柵格的高程差和水平距離，從而得到每條道路的坡度信息。本發(fā)明準(zhǔn)確度高、實(shí)用性強(qiáng)，簡(jiǎn)單易學(xué)，時(shí)間短，不受人為主觀因素的影響。
文檔編號(hào)E01C1/00GK101838958SQ20101019506
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者徐敬敬, 申廣榮, 錢振華, 黃秀梅 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)