[发明专利]一种道路路线平面线形设计的“两点”线元法

说明书

技术领域

本发明属于道路路线平面线形设计技术领域，涉及到平面线形设计的曲线法，特别涉及到一种道路路线平面线形设计的“两点”线元法。

技术背景

目前，我国平面线形设计方法主要有导线法和曲线法，导线法为传统的设计方法，其特征是基于首尾相连的直线导线设计确定圆曲线、缓和曲线等平曲线形，因此导线在路线设计及路线走向中起主控作用，圆曲线、缓和曲线的作用是保证线形的平滑顺畅性。

传统的导线设计方法难以满足复杂的平面线形设计要求，尤其是山区平面线形设计及互通式立交匝道线形设计。由此，曲线法逐渐得以发展应用。曲线法包括曲直法、拟合法、闭合导线法、线元积木法等，其中线元积木法应用较为广泛。

曲直法是采用直线控制路线走向和总体方向，而曲线控制具体线位，基于直线、曲线组合形成线形的骨架再设置合理的缓和曲线，该方法发展较早、灵活简单。

拟合法是基于路线走向，获得一系列平面控制点的坐标数据，再采用光滑曲线连接起来形成平面线形。根据拟合曲线对平面控制点接近程度的不同，拟合问题分为“插值”和“逼近”两种类型。不能直观地体现平曲线要素值是该方法的主要缺点。

闭合导线法是在高等级公路或立交匝道某段线形组合的主线已知条件下，利用主线与各段线元形成的闭合线路，进行统一计算分析从而获得平曲线形参数，分为弦切线闭合导线法和圆心连线闭合导线法。

线元积木法在曲线法平面线形设计中应用较为广泛。该方法采用直线、圆曲线、回旋线等基本线元，将路线离散为首尾相连的若干个线形单元，各单元在连接点处保持线形、曲线切向及曲率的连续性。线元积木法进行线形设计时，总是从已知点开始，在新线元主控参数确定的条件下，计算确定新线元其余参数，并将新线元逐步添加到设计线形中，如同搭建积木一样。线元积木法的缺点是线元终点位置难以有效控制，线形参数的确定具有较大盲目性；另外，对于已设计好的线形，当需要调整其中某条线元的参数时，将对众多相邻线元产生影响。

基于线元积木法的动态交互式路线设计方法在众多商业软件中得以广泛应用。假定路线AB段已完成设计，则B点坐标、切线方向及曲线半径均为已知值。采用动态交互式线元积木法设计新线元BE的方法过程是：先确定拟添加线元的类型(直线、圆曲线及回旋线之一)，当鼠标拖动时，程序将变化的坐标点E′(x,y)作为拟添加线元终点E的参考位置，动态计算、确定线元相关参数，再实时绘制出相应线元曲线。动态交互式线元积木法简便、直观，可较大地提升设计效果及设计效率，其不足之处在于：①由于采用曲线长度或终点半作为控制参数，通常情况下设计的新线元终点E与鼠标在拖动过程中的参考坐标点E′不重合，致使新设计线元的形状、终点位置及终点切线方向难以有效控制。②一般只预先设定1种线元类型(直线、圆曲线及回旋线之一)，在动态设计过程中仅实时显示满足约束条件的1种既定线元曲线，设计者无选择余地、缺少灵活机动性。

发明内容

本发明提供了一种道路路线平面线形设计的“两点”线元法，该方法强调坐标位置对线元线形的控制作用，线元含起点B坐标、终点E坐标、起点切向角α_B、终点切向角α_E、起点半径R_B、终点半径R_E、线元偏转角β、线元长度L等8个基本参数，含切直线、圆曲线、正向完整型回旋线、反向完整型回旋线、正向非完整型回旋线、反向非完整型回旋线6种基本型线元类型。在8个基本参数中，最多只有4个参数是独立的。当已知线元起点B坐标、起点切向角α_B和起点半径R_B共3个参数的条件下，只需再拟定终点E的坐标，要求点E不在起点切向线上，即可惟一计算确定6种基本型线元的其余基本参数，并可绘制6种基本型线元曲线。采用“两点”线元法进行路线平面线形设计，线元终点、线元形状及路线走向均易于控制。

本发明的技术方案如下：

一种道路路线平面线形设计的“两点”线元法，包括以下步骤：

(1)建立线元基本参数、基本类型及典型独立参数

在传统线元法积木法中，线元端点(起点、终点)不作为基本参数，而“两点”线元法强调坐标位置对线元形状的控制作用，将线元起点、终点坐标均作为重要基本参数之一。