[发明专利]基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法

摘要

本发明公开了基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，包括如下步骤：判断主线与匝道接入的初步平面线形，判定平面线形的偏转反向，以及不同偏转反向的平面线形的线元组合情况；设定各平曲线要素；设置边界条件；根据实际公路匝道起点来依次计算直线、第一缓和曲线、圆曲线、第二缓和曲线的终点坐标；对匝道终点线元起终点与主线的距离，进行验证是否符合确定的边界条件；若不符合，将重新设定平曲线要素参数，重新计算；若符合就将对中匝道线位进行详细计算，输出匝道的平面线位数据，并根据要求完成相关图表的输出。本发明可快速实现公路分幅路线、互通立交匝道接线设计、支线公路接入等的设计。 1

主权项

1.基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤(1)：判断主线与匝道接入的初步平面线形，判定平面线形的偏转反向，以及不同偏转反向的平面线形的线元组合情况；

根据判断结果初步拟定线位，从给定的匝道起点，确定各偏转方向的直线、缓和曲线、圆曲线的组合，直线以外的其它线元，以第一缓和曲线+圆曲线+第二缓和曲线为基本组合；

步骤(2)：设定各平曲线要素：设定直线长度、圆曲线的半径和弧长、设定第一缓和曲线的缓和参数、第一缓和曲线起终点的曲率半径、第一缓和曲线的偏转方向、设定第二缓和曲线的缓和参数、第二缓和曲线起终点的曲率半径和第二缓和曲线的偏转方向；

步骤(3)：设置边界条件；

步骤(4)：根据实际公路匝道起点来依次计算直线、第一缓和曲线、圆曲线、第二缓和曲线的终点坐标；上一个线元的终点坐标即为下一个线元的起点坐标，以此来递推计算各线元终点的坐标，圆曲线、第一缓和曲线和第二缓和曲线的终点坐标计算均采用极轴计算法直接计算，最终得到匝道终点的坐标；

对匝道终点线元起终点与主线的距离，进行验证是否符合步骤(3)确定的边界条件；若不符合，将返回步骤(2)，重新设定平曲线要素参数，重新计算；若符合就进入步骤(5)；

步骤(5)：若符合边界条件，输出匝道的平面线位数据，并完成图表的输出。

2.如权利要求1所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，

所述步骤(1)的基本组合可以替换为：第一缓和曲线+圆曲线的线形组合；

所述步骤(1)的基本组合还可以替换为：圆曲线+第二缓和曲线的线形组合。

3.如权利要求1所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，所述步骤(1)的步骤为：

根据匝道与已知主线的相对关系、主线的路基宽度布置情况，初步构建匝道接入主线的平行线位，构建出由直线、第一缓和曲线、圆曲线、第二缓和曲线依次连接的组合；

直线起点为P1点，直线终点为P2点，P2点接第一缓和曲线H1点，第一缓和曲线终点为H2点，H2点接圆曲线起点A1点，圆曲线终点为A2点，A2点接第二缓和曲线起点H3点，第二缓和曲线终点为H4点，H4点接最后的线元，因主线为直线，最后线元也为直线，H4点接ZD1点，最后直线终点为ZD2点。

4.如权利要求1所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，所述步骤(2)的步骤为：

匝道线位构建完成后，对匝道线位中的各线元要素、参数进行初步赋值；确定P1点的坐标(XP1、YP1)及方位角FP1，初步给出直线P1‑P2的长度LP12，第一缓和曲线偏转方向KP1,第一缓和曲线缓和参数为A，第一缓和曲线起点的曲率半径为RH1，第一缓和曲线终点的曲率半径为RH2，圆曲线的偏转方向KP2、半径R、长度C12，第二缓和曲线的偏转方向KP3,第二缓和曲线缓和参数为B，第二缓和曲线起点的曲率半径为RH3，第二缓和曲线终点的曲率半径为RH4，最后直线段的长度LZD12。

5.如权利要求1所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，所述步骤(3)的边界条件为：

边界条件情况一：设定匝道终点切线方向与主线平行，且匝道终点和倒数第二个线元连接点，分别与主线的距离满足设定的要求；

边界条件情况二：设定匝道终点切线方向与主线存在设定角度，且匝道终点和倒数第二线元连接点，分别与主线的距离满足设定的要求。

6.如权利要求1所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，所述步骤(4)的步骤为：

步骤(4‑1)：以P1点为基准点，采用极轴计算法计算直线P1‑P2上P2点坐标(XP2,YP2)及切线方位角FP2，因第一缓和曲线的H1点与P2相接，则P2点的坐标即为H1点的坐标,即XH1＝XP2、YH1＝YP2、FH1＝FP2；

步骤(4‑2)：以H1点为基准点，采用极轴计算法计算第一缓和曲线L12上H2点的坐标(XH2,YH2)及切线方位角FH2，因圆曲线上A1点的坐标与H2相接，则H2点的坐标即为A1点的坐标,即XA1＝XH2、YA1＝YH2、FA1＝FH2；

步骤(4‑3)：以A1点为基准点，采用极轴计算法计算圆曲线C12上A2点的坐标(XA2,YA2)及切线方位角FA2，因圆曲线上A2点的坐标与H3相接，则H3点的坐标即为A2点的坐标,即XH3＝XA2、YH3＝YA2、FH3＝FA2；

步骤(4‑4)：以H3点为基准点，采用极轴计算法计算第二缓和曲线L34上H4点的坐标(XH4,YH4)及切线方位角FH4，因第二缓和曲线上H4点的坐标与ZD1相接，则ZD1点的坐标即为H4点的坐标,即XZD1＝XH4、YZD1＝YH4、FZD1＝FH4；

步骤(4‑5)：以ZD1点为基准点，采用极轴计算法计算匝道终点路段直线上ZD2点的坐标(XZD2,YZD2)及切线方位角FZD2。

7.如权利要求6所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，所述步骤(4‑1)的步骤为：

以公路直线P1‑P2起点P1点(XP1,YP1,FP1)为基准点，利用极轴计算法，计算路线路段上任意点P2的大地坐标和方位角(XP2,YP2,FP2)；

直线上任意点P2的大地坐标及方位角的计算公式：

XP2＝XP1+L12×COS(FP1)

YP2＝YP1+L12×SIN(FP1)

FP2＝FP1。

8.如权利要求7所述的基于极轴计算法的公路匝道接线设计方法，其特征是，所述步骤(4‑2)的步骤为：

已知第一缓和曲线，其缓和参数为A,第一缓和曲线上的已知点H1,点H1的大地坐标和切线方位角为(XH1,YH1,FH1),曲率半径为RH1，第一缓和曲线上另外一点H2，点H2的曲率半径为RH2，利用极轴计算法得到H2点的大地坐标和方位角(XH2,YH2,FH2)；

第一缓和曲线上H2点大地坐标及方位角计算公式：

S1＝A×A/RH1

S2＝A×A/RH2

X1＝S1‑S1⁵/(40×A⁴)+S1⁹/(3456×A⁸)‑S1¹³/(599040×A¹²)+…

Y1＝S1³/(6×A²)‑S1^7/(336×A⁶)+S1¹¹/(42240×A¹⁰)‑S1¹⁵/(9676800×A¹⁴)+…

X2＝S2‑S2⁵/(40×A

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