[发明专利]一种道路平面交叉口竖向设计的计算机辅助设计方法

说明书

技术领域：

本发明涉及道路计算机辅助设计的技术领域，具体地说是一种道路平面交叉口竖向设计的计算机辅助设计方法。 

背景技术：

传统的交叉口竖向设计的软件一般是在AutoCAD系统内手动构建交叉口面片，然后手动计算并输入面片封闭线的设计高程，利用AutoCAD的3DFACE实体拼接形成的计算网来计算高程和坡度；软件的适用性和自动化程度都不高，虽然能绘出等高线图，但不能生成等分线图，虽然建立了计算机设计对象模型，但采用的模型不能完全满足交叉口行车和排水要求。 

发明内容：

本发明的目的在于研究出一种道路平面交叉口竖向计算机辅助设计方法：能实现交叉口面片自动构建，构建能精确模拟交叉口竖向设计的三维计算机内部模型及用户模型(模型之间可以自动转换)，面片封闭空间曲线的高程数据除了用户输入外还能从道路平纵线形设计中自动获取和自动计算转换。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种道路平面交叉口竖向计算机辅助设计方法，包括以下步骤：A、显示交叉口初始构造图，并自动构造出交叉口面片集合，所述每个交叉口面片由若干条直线和圆弧首尾连接形成的封闭空间曲线组成，分别由2条路脊 线、2条路端线及1条路边线组成；B、根据输入的交叉口面片构造参数以及封闭空间曲线的高程，从道路纵断面设计得到对应的路脊线设计高程，然后利用三维昆式曲面计算模型得到对应的路边线高程；C、根据输入的交叉口面片封闭空间曲线高程及面片构造参数，自动构建三维昆式曲面，采用三维昆式曲面计算模型，进行排水坡度分析，判断是否满足排水最小坡度要求，如否则返回步骤B，如果是则直接进入步骤D；D、完成等高线的绘制、等分线绘制。 

本发明的优点在于可克服现有技术中的一些不足，帮助设计人员实现道路平面交叉口竖向设计的自动化、可视化。本发明克服了传统计算机辅助设计软件的不足：(1)计算机内部模型为Coons曲面模型，无用户外部模型，不利于模型计算及转换；(2)只能手工构建交叉口面片；(3)面片封闭空间曲线的高程只能手工计算输入；(4)没有提供等分线设计表达方法。本方法具有设计速度快、方便、所见即所得等特点，大大提高了道路平面交叉口竖向设计效率和质量。 

附图说明：

图1为计算机程序设计流程图。 

图2为T字形交叉口面片划分图。 

图3为十字形交叉口面片划分图。 

图4为环形交叉口面片划分图。 

图5为交叉口面片基本图示。 

图6为十字形交叉口面片封闭线高程设置图。 

图7为十字形交叉口等分线设计图。 

具体实施方式：

道路平面交叉口竖向设计的计算机辅助设计方法的计算机程序流程如图1所示。该方法包括四个步骤。 

步骤一：用户需选择交叉口构造线，确定路脊线(中心线)交点，程序自动会构造出交叉口面片集合。每个交叉口面片由若干条直线和圆弧首尾连接形成的封闭空间曲线组成，分别由2条路脊线1、2条路端线2及1条路边线3组成，每个交叉口面片分解为两个Coons(昆式)曲面，如图2～5所示；T字形交叉的交叉口由3(或2)个交叉口面片组成，十字形交叉的交叉口由4个交叉口面片组成，环形路口由4个T字形路口组成。每个面片为一个封闭的曲线组成，分别由2条路脊线+2条路端线+1条路边线构成。封闭空间曲线的平面计算模型为现有技术，具体可参考相关文献【文献1：P521-525，袁胜强，道路平面线形设计对象模型，同济大学学报，1997.10】。 

步骤二：用户输入交叉口面片构造参数以及封闭空间曲线的高程。其中封闭空间曲线的高程输入有两种方式，方式一为手工计算，然后输入，效率低；方式二，自动从道路纵断面设计得到对应的路脊线设计高程，该方法为现有技术，具体的纵断面计算模型可参考相应文献【文献2：P27-29，袁胜强，道路纵断面设计对象模型及软件开发，上海公路，1997.12】，然后利用新型的三维Coons曲面计算模型(参见模型1)得到对应的路边线高程。以十字形交叉口为例，面片封闭空间曲线高程结果如图6所示。面片封闭空间曲线的高程包括面片的路脊线、路边线、路端线的标高。 

步骤三：根据输入的交叉口面片封闭空间曲线高程及面片构造参数，程序自动构建三维Coons曲面，采用模型1，进行排水坡度分析，用户可以对设计结果进行判断，如果不满足0.3％的排水最小坡度要求或设计者确定的最小坡度要求，可以返回步骤二，如果满意直接进入步骤四。