一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：1)獲取互通立交主線資料；2)繪制互通匝道走線方案；3)采用“線元相交法”判斷各條匝道、主線之間的空間連接關(guān)系；4)匝道平面初定線位擬合為平滑曲線；5)對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行平面匹配；6)對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行空間匹配；7)形成全線互通立交三維實(shí)體模型；8)建立互通立交三維地形環(huán)境；9)互通立交三維實(shí)體動(dòng)態(tài)模擬；10)生成互通的圖紙和工程數(shù)量；11)搜索最佳空間匹配方案。本方法能自動(dòng)完成互通線形擬合，自動(dòng)完成互通線位布設(shè)，并采用空間匹配技術(shù)，得出同一種互通布線方式下的多種互通立交設(shè)計(jì)方案，在三維方式下進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)，得出最佳設(shè)計(jì)方案。
【專利說(shuō)明】一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及互通立交選線的設(shè)計(jì)方法，尤其是涉及一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在公路建設(shè)日新月異的今天，公路路網(wǎng)越來(lái)越發(fā)達(dá)，互通立交的形式越來(lái)越復(fù)雜，以往簡(jiǎn)單的單喇叭互通已經(jīng)不能滿足交通的需要，大型樞紐互通在設(shè)計(jì)中越來(lái)越普遍。大型樞紐互通的三維建模、仿真設(shè)計(jì)的難度非常大，尤其在初定方案中，未確定的因素很多，根本無(wú)法建立坐標(biāo)精確的大型互通三維模型。
[0003]另外，在互通立交的投標(biāo)方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者通常是以二維的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即使完成平縱橫的設(shè)計(jì)后，也無(wú)法立刻看到設(shè)計(jì)的三維成果，而制作三維透視圖不僅需要專業(yè)人員，完全手工制作，周期長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且制作人員無(wú)法精確繪制模型參數(shù)，比如說(shuō)彎道上的縱坡，手工制作必定無(wú)法準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)參數(shù)，甚至在制圖中加以想象，這樣做出來(lái)的圖，反而會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)者起到誤導(dǎo)的作用。
[0004]互通立交的三維模型也不僅僅只用于效果展示上，設(shè)計(jì)人員如果能在設(shè)計(jì)過(guò)程中繪制出真實(shí)的三維模型，并進(jìn)行鳥(niǎo)瞰分析、視野分析、行車分析等、交通流量分析等，更能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中容易忽視的問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合實(shí)際有很大的作用。
[0005]目前國(guó)內(nèi)都是在設(shè)計(jì)過(guò)程中細(xì)化所有參數(shù)，才能建立整個(gè)互通的較為精確三維模型。由于互通立交的線性縱橫交錯(cuò)，各條匝道的位置關(guān)系變化大，還沒(méi)有一種通過(guò)最簡(jiǎn)單的手工繪制的設(shè)計(jì)草圖線位，就能直接生成多種可以選擇的三維互通立交模型方案，并進(jìn)行三維仿真設(shè)計(jì)和最優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法，能直接根據(jù)僅僅是手繪的曲線完成符合設(shè)計(jì)規(guī)范的互通立交三維設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。
[0007]該方法將根據(jù)平面設(shè)計(jì)的幾條線元，甚至是幾根簡(jiǎn)單的手繪的線條，自動(dòng)判斷線元空間匹配關(guān)系，判斷是否可以生成立交線位，直接生成互通立交的三維模型，并能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真，對(duì)設(shè)計(jì)起到非常有益的輔助作用，而且不需要在所有參數(shù)確定以后才能細(xì)化設(shè)計(jì)。通過(guò)這種方法，在投標(biāo)階段或初步定方案的時(shí)候，就可以把互通復(fù)雜交錯(cuò)的形式以立體方式反映出來(lái)，讓設(shè)計(jì)者在考慮美觀、視覺(jué)的同時(shí)，能依照規(guī)范設(shè)計(jì)互通路線，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范、保證設(shè)計(jì)需求、通過(guò)性的情況下，計(jì)算總體造價(jià)，得到代價(jià)最小的立交線位。
[0008]本方法能自動(dòng)完成線形擬合，自動(dòng)完成線位布設(shè)，并采用空間匹配技術(shù)，得出同一種互通布線方式下的多種互通立交設(shè)計(jì)方案，并以三維方式展示，在三維方式下進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)，綜合考慮互通的線性指標(biāo)、景觀綠化、行車視距等多方面因素，并計(jì)算出每個(gè)方案的工程數(shù)量和工程造價(jià)，推薦出最佳設(shè)計(jì)方案，供決策參考。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟:1)獲取互通立交主線資料，確定互通類型；2)繪制互通匝道走線方案；3)采用“線元相交法”判斷各條匝道、主線之間的空間連接關(guān)系；4)匝道平面初定線位擬合為平滑曲線；5)采用“線元空間自動(dòng)匹配方法”對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行平面匹配；6)采用“智能空間匹配技術(shù)”對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行空間匹配；7)形成全線互通立交三維實(shí)體模型；8)建立互通立交三維地形環(huán)境；9)互通立交三維實(shí)體動(dòng)態(tài)模擬；10)生成互通的圖紙和工程數(shù)量；11)搜索最佳空間匹配方案。
[0010]本發(fā)明方法將根據(jù)平面設(shè)計(jì)的幾條線元，甚至是幾根簡(jiǎn)單的手繪的線條，自動(dòng)判斷線元空間匹配關(guān)系，判斷是否可以生成立交線位，直接生成互通立交的三維模型，并能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真，對(duì)設(shè)計(jì)起到非常有益的輔助作用，而且不需要在所有參數(shù)確定以后才能細(xì)化設(shè)計(jì)。通過(guò)這種方法，在投標(biāo)階段或初步定方案的時(shí)候，就可以把互通復(fù)雜交錯(cuò)的形式以立體方式反映出來(lái)，讓設(shè)計(jì)者在考慮美觀、視覺(jué)的同時(shí)，能依照規(guī)范設(shè)計(jì)互通路線，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范、保證設(shè)計(jì)需求、通過(guò)性的情況下，計(jì)算總體造價(jià)，得到代價(jià)最小的立交線位。和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法有以下優(yōu)勢(shì):
[0011]1、國(guó)內(nèi)做互通立交設(shè)計(jì)均通過(guò)CAD系統(tǒng)在二維條件下進(jìn)行，在設(shè)計(jì)過(guò)程中是無(wú)法實(shí)時(shí)看到三維模型的。本方法:整個(gè)設(shè)計(jì)完全三維實(shí)時(shí)可視，并能進(jìn)行交互、修改，完全不需要進(jìn)行二維設(shè)計(jì)。
[0012]2、現(xiàn)有互通立交布線方法，在初步手繪互通布線線位的情況下，不能得出立交平面布線圖，更無(wú)法繪制出其他施工設(shè)計(jì)所需圖紙，整個(gè)設(shè)計(jì)還處于手工干預(yù)狀態(tài)，效率非常低。本方法:直接通過(guò)手繪線位，提出了一種“線元相交法”，對(duì)設(shè)計(jì)線位進(jìn)行線位分析，以各種線元的空間形態(tài)判斷其空間關(guān)系，通過(guò)計(jì)算各個(gè)線元的平面投影距離、互通路線的布線規(guī)則，自動(dòng)識(shí)別出各個(gè)匝道、主線的相交狀態(tài)，并窮舉出各種匝道布線空間方案，并得出各種可能的方案進(jìn)行比選，推薦出最佳方案，在實(shí)踐中能產(chǎn)生顯著效益
[0013]3、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有方法從設(shè)計(jì)到完成精確三維模型，要經(jīng)過(guò)很多工作，如:立交平面布線、縱斷面拉坡、端部設(shè)計(jì)、橋涵設(shè)計(jì)、端部設(shè)計(jì)等工作，在所有設(shè)計(jì)做完以后，才能建立三維模型，整個(gè)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，在投標(biāo)階段無(wú)法得出精確的設(shè)計(jì)方案，而且最終只有一個(gè)方案，不利于設(shè)計(jì)方案的必選。本方法:僅僅從簡(jiǎn)單的手繪線條，就能自動(dòng)完成整個(gè)互通的設(shè)計(jì)，自動(dòng)計(jì)算出各個(gè)匝道的橫斷面圖，縱斷面圖，紅線圖，橋梁圖、涵洞通道圖，邊坡設(shè)置圖，綠化布置圖等，不但設(shè)計(jì)周期短，而且效率高而且直觀。
[0014]4、國(guó)內(nèi)在互通綠化設(shè)計(jì)也只能在二維狀態(tài)下進(jìn)行，并通過(guò)效果圖方式展示，這樣綠化不能精確和周邊地形匹配，也不能實(shí)時(shí)從多角度觀看綠化效果。本方法:根據(jù)互通主線及各匝道與地面線的高程確定互通內(nèi)的占地，在三維的場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行場(chǎng)地綠化、整平，并添加樹(shù)木、假山模型，從多個(gè)角度觀察綠化設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)結(jié)果更真實(shí)，準(zhǔn)確，符合實(shí)地情況。
[0015]5、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法不能對(duì)現(xiàn)有互通線位的空間位置進(jìn)行自動(dòng)匹配，不能針對(duì)同一種互通立交布線進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，例如不能自動(dòng)匹配平面匝道的流暢性，不能自動(dòng)嘗試多種立體交叉形式，不能對(duì)工程造價(jià)優(yōu)化進(jìn)行自動(dòng)分析，不能對(duì)多種拉坡方式進(jìn)行行車模擬、視距分析。
[0016]本方法:提出一種“線元空間自動(dòng)匹配方法”，對(duì)所有匝道線元進(jìn)行自動(dòng)匹配，并能通過(guò)三維顯示設(shè)備，在三維場(chǎng)景中進(jìn)入每條匝道的行車道，進(jìn)行動(dòng)態(tài)行車模擬，檢視全線的平曲線設(shè)計(jì)、豎曲線設(shè)計(jì)是否平滑、流暢，結(jié)合三維場(chǎng)景進(jìn)行行車視距檢測(cè)，并進(jìn)一步細(xì)化匝道連接部設(shè)計(jì)、加減速車道設(shè)計(jì)。對(duì)于不合理的互通平面線位和縱坡，在三維場(chǎng)景中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重新更新模型，并實(shí)時(shí)更新路線平、縱面曲線參數(shù)。
[0017]綜上，本方法能自動(dòng)完成線形擬合，自動(dòng)完成線位布設(shè)，并采用空間匹配技術(shù)，得出同一種互通布線方式下的多種互通立交設(shè)計(jì)方案，并以三維方式展示，在三維方式下進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)，綜合考慮互通的線性指標(biāo)、景觀綠化、行車視距等多方面因素，并計(jì)算出每個(gè)方案的工程數(shù)量和工程造價(jià)，推薦出最佳設(shè)計(jì)方案，供決策參考。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法的步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟:
[0020]步驟I)獲取互通立交主線資料，確定互通類型
[0021]主線線位一般大于兩條，在本步驟中，假定主線平面線位和縱曲線為常量，固定不變，而匝道的平面線位和縱斷面線位為變量。
[0022]步驟1-1)獲取主線平面數(shù)據(jù)信息，在需要進(jìn)行互通立交設(shè)計(jì)的地形圖上，獲取指定范圍內(nèi)的主線平面中心線位坐標(biāo)，每10-20米取一點(diǎn)，并轉(zhuǎn)化為逐樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該數(shù)據(jù)信息也可以直接從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中提取。
[0023]步驟1-2)獲取主線縱斷面數(shù)據(jù)信息，在需要進(jìn)行互通立交設(shè)計(jì)的地形圖上，獲取指定范圍內(nèi)的主線中心線設(shè)計(jì)高程坐標(biāo)，并按照步驟1-1)的樁號(hào)存儲(chǔ)；
[0024]步驟1-3)計(jì)算主線路面邊緣線坐標(biāo)和高程；根據(jù)各條主線寬度、路拱高度，計(jì)算路面邊緣各點(diǎn)的樁號(hào)、坐標(biāo)、高程。
[0025]步驟1-4)根據(jù)交通量、相交主干道數(shù)量來(lái)確定互通形式:
[0026]互通形式分為:完全互通式、部分互通式及環(huán)形立交橋。
[0027]完全互通式立交橋，是指不同高程的相交道路之間有特設(shè)匝道的立交橋，因此轉(zhuǎn)彎車輛可以通過(guò)匝道與直行車道互相溝通，從而確保各方向車流暢通無(wú)阻，互不干擾，完全消除了平面沖突點(diǎn)。因此，完全互通式立交橋是迄今為止最完善、也是駕駛?cè)俗顭o(wú)后顧之憂的一種立交形式。只要駕駛?cè)税粗付ǖ姆较蛐旭偅涂梢员ＷC相交道路上各個(gè)方向的車輛互不干擾。完全互通式立交橋按其具體結(jié)構(gòu)特征又可分為苜縮葉式、喇叭式、葉式等幾種類型。
[0028]部分互通式立交橋也是一種不同高程的相交道路之間有特設(shè)匝道的立交橋，但它與完全互通式立交橋的區(qū)別在于:不是每個(gè)方向的車輛都采用立體交叉的形式。由于受地形條件的限制或是考慮到主次干道上的交通量懸殊，在某些路口修建了部分互通式立交橋。它僅能保證主干道上直行車輛與其他方向的車輛立體交叉，而個(gè)別方向的車輛仍是平面交叉。因此，這種類型的立交橋次干道上的直行與左轉(zhuǎn)彎車輛及主干道上的左轉(zhuǎn)彎車輛是受交叉沖突點(diǎn)干擾的。部分互通式立交橋的主要形式是菱形。
[0029]環(huán)形立交橋因?yàn)槭且环N互通式立交橋，它是由環(huán)形平面交叉發(fā)展起來(lái)的。其特點(diǎn)是某一主干道或兩干道上的直行車輛以上跨或下穿的形式直接通過(guò)路口，不與其他任何路線平交，從而保證了干道上直行車輛的暢通，其他流向的車輛均通過(guò)環(huán)道作逆時(shí)針單向繞行到達(dá)所去的路口時(shí)右轉(zhuǎn)駛出環(huán)道。環(huán)形立交橋的形式是多種多樣的，有圓形、橢圓形等。此外，還有兩層環(huán)形立交、三層環(huán)形立交之分。
[0030]步驟2)繪制互通匝道走線方案
[0031]步驟2-1)繪制平面位置曲線
[0032]采用本方法設(shè)計(jì)互通立交，只需要確定互通匝道走線方案，可通過(guò)手繪方式進(jìn)行。根據(jù)通行需要、交叉類型、交通量、地形、匝道設(shè)計(jì)速度、占地等條件，確定設(shè)計(jì)共需要幾條匝道，每條匝道的走向，并在設(shè)計(jì)圖中逐一進(jìn)行草繪，并將每條匝道用阿拉伯?dāng)?shù)字定義為1，2，3....，在繪制中不需要完成線形的最終布設(shè)，不需要考慮平面曲線要素，只需要用多條不斷開(kāi)的折線將每條匝道的走向手工繪出；所繪制的匝道線位均為匝道中心線；
[0033]所述折線指用線段依次連接不在一直線上的若干個(gè)點(diǎn)所組成的圖形。各線段稱為折線的邊；各點(diǎn)稱為折線的頂點(diǎn)，其中第一點(diǎn)稱為起點(diǎn)，最后一點(diǎn)稱為終點(diǎn)。
[0034]步驟2-2)通過(guò)掃描方式或者數(shù)字化圖板，將繪制的互通匝道坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式，生成匝道平面初定線位數(shù)據(jù)；
[0035]步驟2-3)根據(jù)匝道分流情況、交叉方式等確定每條匝道的路基寬度；
[0036]步驟3)采用“線元相交法”判斷各條匝道、主線之間的空間連接關(guān)系
[0037]步驟3-1)根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算匝道、主線之間的平面距離；
[0038]首先計(jì)算任意兩條路線的交點(diǎn)，如果沒(méi)有交點(diǎn)，則計(jì)算兩條路線的最近距離和最近點(diǎn)；
[0039]步驟3-2)采用“線元相交法”將各條匝道、主線之間的空間連接關(guān)系分類；
[0040]匝道和主線之間、匝道和匝道之間的關(guān)系有4種，分別為定義為:中部相切、中部相交、端部相切、端部相交；中部相切是指兩條路線在指定距離內(nèi)相切，且相切點(diǎn)不是這兩條路線的起終點(diǎn)；中部相交是指兩條路線相交，且相交點(diǎn)不是這兩條路線的起終點(diǎn)；端部相切是指兩條路線在指定距離內(nèi)相切，且這兩條路線的起終點(diǎn)至少有一點(diǎn)是相切點(diǎn)；端部相交是指兩條路線在指定距離內(nèi)相交，且這兩條路線的起終點(diǎn)至少有一點(diǎn)是相交點(diǎn)；
[0041]由于路線的曲折性，任意兩條匝道或主線的這種空間位置關(guān)系點(diǎn)可以是一個(gè)，也可以使多個(gè)；
[0042]所述“線元相交法”，指從一個(gè)空間位置匹配角度來(lái)理解互通立交中的匝道、主線相交狀態(tài)，將匝道和主線之間、匝道和匝道之間的空間關(guān)系歸納為四種，分別為:中部相切、中部相交、端部相切、端部相交，通過(guò)這四種關(guān)系自動(dòng)區(qū)分未進(jìn)行數(shù)字化的手繪曲線，以各種線元的空間形態(tài)判斷其空間關(guān)系，通過(guò)計(jì)算各個(gè)線元的平面投影距離、互通路線的布線規(guī)則，自動(dòng)識(shí)別出各個(gè)匝道、主線的相交狀態(tài)，并窮舉出各種匝道布線空間方案，從而最大程度避免人工干預(yù)，并能根據(jù)造價(jià)、視覺(jué)、景觀等因素在真實(shí)的三維實(shí)體中找出最佳設(shè)計(jì)方案。
[0043]步驟3-3)確定各條匝道、主線之間的空間位置關(guān)系
[0044]如果兩條路線存在交點(diǎn)，根據(jù)步驟3-1)計(jì)算出的交點(diǎn)位置判斷兩條路線之間是屬于中部相交還是端部相交；
[0045]如果兩條路線沒(méi)有交點(diǎn)，分析步驟3-1)計(jì)算出的最近點(diǎn)距離如果大于兩條路線路面寬度之和的一半，則認(rèn)為該兩條路線無(wú)關(guān)，相互獨(dú)立；否則，認(rèn)為該兩條路線相切，根據(jù)切點(diǎn)位置，判定該兩條路線的位置關(guān)系屬于中部相切還是端部相切；[0046]步驟4)匝道平面初定線位擬合為平滑曲線
[0047]利用符合公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范的平滑曲線，來(lái)擬合將步驟2-2)生成的匝道平面初定線位。
[0048]4-1)首先將手繪匝道平面線位分段均勻插值，并計(jì)算出各插值點(diǎn)坐標(biāo)值，分段點(diǎn)距離在5-20米之間；
[0049]4-2)根據(jù)每個(gè)插值點(diǎn)的前點(diǎn)和后點(diǎn)，計(jì)算出每個(gè)插值點(diǎn)的方位角；
[0050]4-3)求出每個(gè)插值點(diǎn)和后點(diǎn)方位角的差值，計(jì)算出每個(gè)插值點(diǎn)和后點(diǎn)的夾角；
[0051]4-4)并繪制出橫坐標(biāo)X為插值點(diǎn)樁號(hào)，縱坐標(biāo)Y為插值點(diǎn)夾角的函數(shù)曲線圖。并對(duì)該曲線進(jìn)行線性回歸，利用線性回歸法找出水平直線，并將各個(gè)水平直線之間用斜線連接，由此可以推算出水平直線的長(zhǎng)度為圓曲線長(zhǎng)度、水平直線的Y值為圓曲線插值點(diǎn)之間的恒定夾角、斜線的X軸長(zhǎng)度為緩和曲線長(zhǎng)度、斜線兩端的Y值反映曲線半徑變化起始值。
[0052]4-5)將水平直線的Y值反算出圓曲線半徑(Y為O表示直線)，利用斜線計(jì)算出緩和曲線參數(shù)，
[0053]4-6)根據(jù)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范，調(diào)整圓曲線參數(shù)、緩和曲線參數(shù)，使之符合規(guī)范要求。
[0054]4-7)對(duì)于無(wú)法符合設(shè)計(jì)規(guī)范的曲線，屬于設(shè)計(jì)的出錯(cuò)或者手繪過(guò)程的失誤，則進(jìn)入步驟2)重新繪制該匝道；
[0055]4-8)存儲(chǔ)各個(gè)圓曲線、緩和曲線、直線之間連接點(diǎn)的坐標(biāo)，完成整條線段的擬合。
[0056]所述多義線是相連的直線、弧線組成的序列，它與直線的繪制及圓弧的繪制不同，多義線可以繪制相連的直線，相連的弧線，以及相連的弧和直線的組合；
[0057]步驟5)采用“線元空間自動(dòng)匹配方法”對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行平面匹配
[0058]所述“線元空間自動(dòng)匹配方法”指根據(jù)互通立交的匝道線位，進(jìn)行平面匹配和空間匹配，自動(dòng)根據(jù)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)出合理的平面線位和縱坡線位，并根據(jù)匹配結(jié)果生成三維實(shí)體，同時(shí)把三維實(shí)體直接運(yùn)用于互通立交三維仿真設(shè)計(jì)中，能在可視化的方法下完成互通設(shè)計(jì)、綠化設(shè)計(jì)、土石方分析，得出最佳設(shè)計(jì)方案。
[0059]步驟5-1)手繪平面曲線的匹配
[0060]查看最終計(jì)算結(jié)果，找出沒(méi)有和其它任何路線相交或相切的路線，由步驟3-1)計(jì)算出的兩條路線之間的最近距離，如果接近兩條路線路面寬度之和的一半，則糾正該判定結(jié)果，根據(jù)具體位置判定該兩條路線是相交還是相切的。
[0061]步驟5-2)端部相交匝道的平面匹配
[0062]根據(jù)加減速車道設(shè)計(jì)的需要，計(jì)算出端部相交時(shí)兩個(gè)交點(diǎn)的具體數(shù)值，然后找到該端部曲線的另外一端，沿著該點(diǎn)的切線方向?qū)υ撉€進(jìn)行縮放，直到相交點(diǎn)和設(shè)計(jì)數(shù)值精確匹配；
[0063]步驟5-3)端部相切匝道的平面匹配
[0064]根據(jù)加減速車道設(shè)計(jì)的需要，計(jì)算出端部相切時(shí)兩個(gè)切點(diǎn)的具體數(shù)值，然后找到該端部曲線的另外一端，沿著該點(diǎn)的切線方向?qū)υ撉€進(jìn)行縮放，直到相切點(diǎn)和設(shè)計(jì)數(shù)值精確匹配；
[0065]步驟5-4)中部相切匝道的平面匹配
[0066]中部相切存在兩種情況，如果相切坐標(biāo)點(diǎn)的縱坐標(biāo)不相等，即不在同一高度，屬于空間匝道相交，則不需要修正；否則根據(jù)設(shè)計(jì)需要，計(jì)算出中部相切時(shí)，兩個(gè)切點(diǎn)的具體數(shù)值，選擇切點(diǎn)處的圓曲線，改變?cè)撉€半徑值，直到相切點(diǎn)和設(shè)計(jì)數(shù)值精確匹配；
[0067]步驟5-5)平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)成果的形成
[0068]將最終設(shè)計(jì)完成的匝道平面坐標(biāo)按每間隔5米插值，形成匝道平面逐樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0069]步驟6)采用“智能空間匹配技術(shù)”對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行空間匹配
[0070]步驟6-1)找出整個(gè)互通立交的匝道和主線相交點(diǎn)，把主線的高程賦值各個(gè)連接的匝道端部；
[0071]步驟6-2)在匝道端部附近增加邊坡點(diǎn)，使之和主線平穩(wěn)接順；
[0072]步驟6-3)找出整個(gè)互通立交的匝道和主線的中部相交點(diǎn)，根據(jù)線位、地形條件先設(shè)置一套匝道的上下關(guān)系的方案；
[0073]步驟6-4)計(jì)算每條匝道相交的次數(shù)、相切的次數(shù)、地形對(duì)本匝道和相鄰匝道的影響，再根據(jù)上坡或下坡的坡長(zhǎng)計(jì)算坡度，計(jì)算每條匝道的縱斷面坡度；
[0074]步驟6-5)如果縱斷面坡度、坡長(zhǎng)不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，否決該設(shè)計(jì)方案，回到步驟6-3)選擇其他空間匹配方案；
[0075]步驟6-6)根據(jù)步驟5-5)生成的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)樁號(hào)的高程，形成匝道平縱面逐樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0076]步驟6-7)互通主線及各匝道的平面及縱斷面確定后，根據(jù)互通內(nèi)行車速度，對(duì)主線及匝道的超高進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足行車要求。
[0077]步驟7)計(jì)算并形成全線互通立交三維實(shí)體模型
[0078]步驟7-1)根據(jù)步驟1-1)和步驟6-6)生成的主線和匝道平面逐樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用三角函數(shù)法計(jì)算出左路基邊緣點(diǎn)平面坐標(biāo)和右路基邊緣點(diǎn)平面坐標(biāo)。
[0079]步驟7-2)選擇任意一條主線或匝道，利用步驟7-1)建立第一組左路基邊緣點(diǎn)和右路基邊緣點(diǎn)坐標(biāo)，和第二組左路基邊緣點(diǎn)和右路基邊緣點(diǎn)坐標(biāo)組成4個(gè)頂點(diǎn)，參考步驟6-7)計(jì)算出來(lái)的超高值,采用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(Visual Reality Modeling Language,簡(jiǎn)稱為VRML)，建立三維面物體，并賦予貼圖模擬真實(shí)路面；
[0080]步驟7-3)繼續(xù)選擇第三組、第四組數(shù)據(jù)，直到該主線或匝道路面模型建立完畢；
[0081]步驟7-4)繼續(xù)選擇其它主線或匝道，重復(fù)步驟7-1)，直至整個(gè)互通立交路面模型建立完畢；
[0082]步驟7-4)采用同樣方法建立整個(gè)互通立交的邊坡、欄桿、中央分隔帶、標(biāo)志標(biāo)線等物體的建模；
[0083]步驟8)建立互通立交三維地形環(huán)境
[0084]步驟8-1)獲取路線經(jīng)過(guò)區(qū)域航攝或衛(wèi)星影像圖，該影像圖坐標(biāo)體系和PMZB數(shù)據(jù)坐標(biāo)體系一致；
[0085]步驟8-2)獲取路線經(jīng)過(guò)區(qū)域地形圖，該地形圖坐標(biāo)體系和PMZB數(shù)據(jù)坐標(biāo)體系一致；
[0086]步驟8-3)將步驟8-1)獲取的影像圖變換為正射影像圖(DOM)；
[0087]步驟8-4)在地形圖上框選出路線帶狀范圍，獲取帶狀范圍內(nèi)地形網(wǎng)格高程，使用VRML建模語(yǔ)言建立三維地形網(wǎng)格；[0088]步驟8-5)根據(jù)統(tǒng)一坐標(biāo)體系，將三維地形網(wǎng)格與DOM進(jìn)行疊加，可在視野中顯示完整的真實(shí)感地形；
[0089]步驟8-6)利用各條匝道的左側(cè)邊坡坡腳線和右側(cè)邊坡坡腳線建立一個(gè)封閉多邊形區(qū)域，用這個(gè)多邊形區(qū)域去裁剪步驟8-5)建立的真實(shí)感地形，完成互通立交三維地形環(huán)
境的建立。
[0090]步驟9)互通立交三維實(shí)體動(dòng)態(tài)模擬
[0091]步驟9-1)根據(jù)統(tǒng)一坐標(biāo)體系，將步驟8)建立的三維地形環(huán)境與步驟7)建立的全線互通立交三維實(shí)體模型進(jìn)行疊加；
[0092]步驟9-2)借助3D顯示設(shè)備，進(jìn)入三維場(chǎng)景，根據(jù)互通主線及各匝道橫縱斷面交叉關(guān)系，在三維可視化環(huán)境中確定互通內(nèi)橋梁長(zhǎng)度，橋梁類型，自動(dòng)生成橋梁模型。
[0093]步驟9-3)根據(jù)互通主線及各匝道橫縱斷面交叉關(guān)系，在三維可視化環(huán)境中確定互通內(nèi)涵洞及通道位置、形式，自動(dòng)生成涵洞通道圖紙。
[0094]步驟9-4)借助三維顯示設(shè)備，進(jìn)入三維場(chǎng)景，進(jìn)行互通區(qū)綠化設(shè)計(jì)；
[0095]根據(jù)互通主線及各匝道與地面線的高程確定互通內(nèi)的占地，在三維的場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行場(chǎng)地綠化、整平，并添加樹(shù)木、假山模型，從多個(gè)角度觀察綠化設(shè)計(jì)效果。
[0096]互通區(qū)綠化設(shè)計(jì)，其綠化主要功能是豐富道路景觀、誘導(dǎo)視線、減少水土流失、綠化美化環(huán)境。綠化以草坪、地被為主，適當(dāng)配置花灌木、喬木，結(jié)合其地形地貌，形式上可采用自然式設(shè)計(jì)手法，也可設(shè)計(jì)各式各樣的圖樣或文字，或采用具有地方性特色的圖案，圖案力求簡(jiǎn)潔明快，形成醒目的特點(diǎn)和植物景觀。將結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景，表現(xiàn)和反映綜合文化內(nèi)涵，同時(shí)注意與周邊景觀、環(huán)境、建筑的和諧一致，突出層次感和立體感。在樹(shù)種選擇上選用色彩艷麗、耐修剪、易管理的植物。
[0097]步驟9-5)通過(guò)三維顯示設(shè)備，在三維場(chǎng)景中進(jìn)入每條匝道的行車道，進(jìn)行動(dòng)態(tài)行車模擬，檢視全線的平曲線設(shè)計(jì)、豎曲線設(shè)計(jì)是否平滑、流暢，結(jié)合三維場(chǎng)景進(jìn)行行車視距檢測(cè)，并進(jìn)一步細(xì)化匝道連接部設(shè)計(jì)、加減速車道設(shè)計(jì)。對(duì)于不合理的互通平面線位和縱坡，在三維場(chǎng)景中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重新更新模型，并實(shí)時(shí)更新路線平、縱面曲線參數(shù)。
[0098]所述行車視距是駕駛員在駕駛過(guò)程中的通視距離；行車視距可分為停車視距、會(huì)車視距和超車視距，另外還有彎道視距、縱坡視距及平面交叉口視距。對(duì)于城市道路上，停車視距和會(huì)車視距較為重要；而對(duì)于公路，后四種視距對(duì)安全行車影響較大。停車視距是指駕駛員發(fā)現(xiàn)前方有障礙物，使汽車在障礙物前停住所需要的最短距離；會(huì)車視距是在同一車道上有對(duì)向的車輛行駛，為避免相碰而雙雙停下所需要的最短距離；超車視距是快車超越前面的慢車后再回到原來(lái)車道所需要的最短距離。會(huì)車視距為停車視距的兩倍。中間無(wú)分隔帶的道路應(yīng)能保證會(huì)車視距，對(duì)有中間分隔帶的較高級(jí)道路可僅保證停車視距。對(duì)向行駛的雙車道道路，根據(jù)需要結(jié)合地形設(shè)置具有足夠超車視距的路段。為此，在道路設(shè)計(jì)中，在平面彎道和交叉口處應(yīng)注意清除內(nèi)側(cè)障礙，在縱斷面的凸形變坡處，應(yīng)注意采用足夠大的豎曲線半徑。
[0099]步驟10)自動(dòng)生成互通的圖紙和工程數(shù)量
[0100]根據(jù)生成的互通三維模型中確定的參數(shù)自動(dòng)生成互通平面線位圖、各主線和匝道的橫斷面圖，縱斷面圖，紅線圖，橋梁圖、涵洞通道圖，邊坡設(shè)置圖，綠化布置圖，并通過(guò)三維模型計(jì)算全線路基填方數(shù)量、路基挖方數(shù)量，并通過(guò)網(wǎng)格法在地面三維模型上生成整平土石方數(shù)量。
[0101]步驟11)搜索最佳空間匹配方案
[0102]步驟11-1)統(tǒng)計(jì)整個(gè)互通立交的中部相交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，在考慮設(shè)計(jì)需求、通行允許的情況下，改變各個(gè)中部交點(diǎn)的上下關(guān)系，計(jì)算出其他可以選擇的匹配關(guān)系。
[0103]步驟11-2)將各個(gè)匹配方案重新計(jì)算，回到步驟9)，進(jìn)行互通立交三維仿真設(shè)計(jì)，并自動(dòng)生成圖紙和工程數(shù)量。
[0104]步驟11-3)采用三維方式檢視各個(gè)設(shè)計(jì)方案，綜合考慮工程數(shù)量和工程造價(jià)，選擇出最佳設(shè)計(jì)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種基于空間匹配技術(shù)的互通立交三維仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟:I)獲取互通立交主線資料，確定互通類型；2)繪制互通匝道走線方案；3)采用“線元相交法”判斷各條匝道、主線之間的空間連接關(guān)系；4)匝道平面初定線位擬合為平滑曲線；5)采用“線元空間自動(dòng)匹配方法”對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行平面匹配；6)采用“智能空間匹配技術(shù)”對(duì)匝道坐標(biāo)進(jìn)行空間匹配；7)形成全線互通立交三維實(shí)體模型；8)建立互通立交三維地形環(huán)境；9)互通立交三維實(shí)體動(dòng)態(tài)模擬；10)生成互通的圖紙和工程數(shù)量；11)搜索最佳空間匹配方案。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103593491SQ201310051883
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月28日
【發(fā)明者】陳國(guó) , 張小明, 張伯根, 陳園, 朱海濤 申請(qǐng)人:江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司