一种道路三维线形建模方法及系统技术方案

本发明专利技术提供种道路三维线形建模方法和系统，该方法包括：将道路按照平纵组合划分为多个路段，将道路的起终点和相邻路段的连接点作为控制点；获取控制点处的三维坐标、Frenet标架和曲率，将所述控制点处的三维坐标、Frenet标架和曲率作为控制点处的几何约束；利用几何约束转化参数约束的方法，将控制点处的几何约束转化成参数约束，获取满足控制点处几何约束公路中线的分段多项式表达式；根据所述多项式表达式，获取道路中线上任意点的三维坐标。该方法用统一的样条曲线来替代原有组合设计的三维线形，遵循道路线形的三维本质特性，并且可以大大简化原有设计流程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及公路几何设计领域，更具体地，涉及一种道路三维线形建模方法及系统。
技术介绍
现有的公路三维选线方法包括收集和分析线路区域内的地质资料，设定多个可选路线，实地勘测后确定终选路线，这种线路设计的选线方式无法看到实地立体图像，依赖于选线人员的实际经验和技术水平，不适合工程要求较高的线路。有些技术方案提供了三维线形设计，将道路线形设计分为两个阶段，首先是平曲线设计，然后是竖曲线设计，最后根据设计指标之间的平衡、视觉良好以及行车舒适等原则，将平曲线与竖曲线进行组合，最终得到公路中线的三维线形。然而，公路中线本质是一条连续的空间曲线，传统组合设计公路线形的方法违背了公路线形的三维本质特性，是一种拼凑的思想。这种组合设计的公路线形在组合线形的节点处会出现线形几何不连续(曲率和挠率突变)，从而导致汽车行驶时速度、加速度以及加速度的突变，影响行车安全和舒适性。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的道路三维线形建模方法及系统。第一方面，本专利技术提供一种道路三维线形建模方法，包括：步骤1，将道路按照平纵组合划分为多个路段，将道路的起终点和相邻路段的连接点作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种道路三维线形建模方法，其特征在于，包括：步骤1，将道路按照平纵组合划分为多个路段，将道路的起终点和相邻路段的连接点作为控制点；步骤2，获取控制点处的三维坐标、Frenet标架和曲率，将所述控制点处的三维坐标、Frenet标架和曲率作为控制点处的几何约束；步骤3，利用几何约束转化参数约束的方法，将控制点处的几何约束转化成参数约束，获取满足控制点处几何约束公路中线的分段多项式表达式；步骤4，根据所述多项式表达式，获取道路中线上任意点的三维坐标。

【技术特征摘要】
1.一种道路三维线形建模方法，其特征在于，包括：步骤1，将道路按照平纵组合划分为多个路段，将道路的起终点和相邻路段的连接点作为控制点；步骤2，获取控制点处的三维坐标、Frenet标架和曲率，将所述控制点处的三维坐标、Frenet标架和曲率作为控制点处的几何约束；步骤3，利用几何约束转化参数约束的方法，将控制点处的几何约束转化成参数约束，获取满足控制点处几何约束公路中线的分段多项式表达式；步骤4，根据所述多项式表达式，获取道路中线上任意点的三维坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3还包括对相邻两控制点之间用多项式来连接，通过改变控制点的位置或者在两个控制点之间增加控制点，来调整两个控制点之间的路线。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1的将道路按照平纵组合划分为多个路段中的多个路段包括直线与直坡、缓和曲线与直坡、圆曲线与直坡、直线与竖曲线、缓和曲线与竖曲线以及圆曲线与竖曲线六种组合方式。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，控制点c和c+1的第p段样条多项式表达式为：xup=apxu5+bpxu4+cpxu3+dpxu2+epxu+fpx]]>yup=apyu5+bpyu4+cpyu3+dpyu2+epyu+fpy]]>zup=apzu5+bpzu4+cpzu3+dpzu2+epzu+fpz,]]>其中，u∈[c,c+1)，p＝c+1；p代表控制点c和控制点c+1之间的样条多项式；表示第p段位置u处的横坐标，表示第p段位置u处的纵坐标，表示第p段位置u处的竖坐标；apx,bpx,cpx,dpx,epx,fpx为第p段样条X多项式表达式的系数，apy,bpy,cpy,dpy,epy,fpy为第p段样条Y多项式表达式的系数，apz,bpz,cpz,dpz,epz,fpz为第p段样条Y多项式表达式的系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4进一步包括：根据相邻控制点处的坐标和切线限制，建立相邻控制点处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，陈欢，葛婷，符锌砂，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43