一种高速环道曲面构建及土方估算方法技术

本发明专利技术提供一种高速环道曲面构建及土方估算方法，包括以下步骤：S1、确定高速环道的直线段和曲线段；S2、根据缓和曲线计算公式以及设计的高速环道的横断面形式，计算曲线段上的三维坐标点；S3、将曲线段的三维坐标点展点至civil3d中，构建曲线段道路曲面，根据地形图建立地形曲面并对曲线段道路曲面进行内外侧放坡，形成曲线段边坡曲面，曲线段道路曲面和曲线段边坡曲面组成曲线段曲面；S4、建立直线段道路模型，并构建直线段曲面；S5、合并直线段曲面与曲线段曲面形成高速环道曲面；S6、根据地形图建立地形曲面，利用civil3d三角网体积曲面功能计算高速环道曲面与地形曲面的差异，得到土方量。使用该方法计算高速环道的土方更加准确，符合实际。符合实际。符合实际。

【技术实现步骤摘要】
一种高速环道曲面构建及土方估算方法


[0001]本专利技术涉及的
，具体涉及一种高速环道曲面构建及土方估算方法。

技术介绍

[0002]高速环道是专供汽车进行高速行驶试验的闭合循环跑道，在很大程度上代表着汽车试验场的建设水平和规模，也是汽车试验场的核心设施，其形式多种多样，目前较多采用的是椭圆形。作为整个汽车试验场中的重要一环，其对高速行驶车辆的安全性、舒适性要求较高，同时受场地条件等因素的限制，因此曲线半径和超高指标与一般道路大大不同。相较于一般公路市政道路而言高速环道缓和曲线多采用麦克康纳尔曲线和布劳斯曲线，其断面形式多种多样，适应的平衡车速的范围也较广(120～300km/h)，因此高速环道弯道多为大超高曲面。现阶段高速环道土方计算方法多为断面法，其计算结果相较实际偏差较大，为此提出利用civil3d曲面法进行高速环道曲面的构建及土方量的估算。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种高速环道曲面构建及土方估算方法，通过该方法计算得到的土方量更为准确，符合实际。
[0004]本专利技术提供一种高速环道曲面构建及土方估算方法，包括以下步骤：
[0005]S1、确定高速环道的直线段和曲线段，其中曲线段包括缓和曲线和圆曲线；确定高速环道的组成、全长、设计最高平衡车速v、缓和曲线长度S以及圆曲线半径R。
[0006]S2、根据缓和曲线计算公式以及设计的高速环道的横断面形式，计算曲线段上的三维坐标点；
[0007]S3、将曲线段的三维坐标点展点至civil3d中，构建曲线段道路曲面，根据地形图建立地形曲面并对曲线段道路曲面进行内外侧放坡，形成曲线段边坡曲面，曲线段道路曲面和曲线段边坡曲面组成曲线段曲面；
[0008]S4、建立直线段道路模型，并构建直线段曲面；
[0009]S5、合并直线段曲面与曲线段曲面形成高速环道曲面；
[0010]S6、根据地形图建立地形曲面，利用civil3d三角网体积曲面功能计算高速环道曲面与地形曲面的差异，得到土方量。
[0011]进一步地，所述步骤S2包括：根据设计的高速环道的横断面形式，利用切线支距法计算出曲线段任意点的偏斜角，利用任意点的偏斜角和麦克康纳尔曲线缓和曲线计算公式，计算曲线段各步长处的二维坐标点，根据高速环道各步长处的设计高程结合横断面形式计算得到曲线段各步长处对应的横断面的若干三维坐标点。
[0012]进一步地，所述步骤S3包括：构建曲线段道路曲面后对曲线段道路曲面进行调整，使得曲线段道路曲面的边界与路面边界线重合。
[0013]进一步地，对曲线段道路曲面进行调整包括：根据曲线段的三维坐标点绘制曲线段的路面边界线，将曲线段道路曲面的样式调整为三角网模式，以路面边界线为基准，删除
曲线段道路曲面超出路面边界线的区域，增加曲线段道路曲面的缺角区域。
[0014]进一步地，所述步骤S3包括：对曲线段边坡曲面进行调整，使得曲线段边坡曲面与道路模型的边坡边界线重合。
[0015]进一步地，根据曲线段道路曲面、地形曲面生成道路模型，道路模型包括边坡边界线，将曲线段边坡曲面的样式调整为三角网模式，以边坡边界线为基准，删除曲线段边坡曲面超出边坡边界线的区域，增加曲线段边坡曲面的缺角区域。
[0016]进一步地，所述步骤S5包括：形成高速环道曲面后，将高速环道曲面沿竖向向下平移高度h，h为道路上面层顶部至道路结构层底面之间的距离。
[0017]进一步地，所述步骤S6中，根据地形图建立地形曲面包括：将地形曲面的样式调整为三角网模式，通过设置地形曲面的最大高程、最小高程以及地形曲面的三角网的最大边长对地形曲面中的奇异点进行处理。
[0018]进一步地，所述步骤S6中，利用civil3d三角网体积曲面功能计算高速环道曲面与地形曲面的差异包括：将基准曲面设置为地形曲面，将对照曲面设置为高速环道曲面，设置松散系数和压实系数，查看对照曲面的特性，得到高速环道曲面的填方体积和挖方体积。
[0019]进一步地，所述步骤S4包括：根据道路的平面、纵断面、横断面以及地形曲面生成直线段的道路模型，由直线段的道路模型提取直线段曲面。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]1.本专利技术利用缓和曲线计算公式以及设计的高速环道的横断面形式计算出高速环道曲线段道路上有限个的三维坐标，将三维坐标导入civil3d中进行曲线段道路曲面的构建，并通过对曲线段道路曲面进行内外侧放坡，形成曲线段边坡曲面，从而形成了曲线段曲面，将曲线段曲面与直线段曲面合并即形成高速环道曲面，与现有技术相比，利用高速环道曲面计算的高速环道填挖方量，误差将大幅度降低，更加符合实际情况。
[0022]2.本专利技术利用civil3d曲面功能首次完整精确地建立了高速环道的三维曲面，通过将路面边界线和曲线段道路曲面的边界进行比对分析，删除曲线段道路曲面多余三角网，增加曲线段道路曲面的缺角区域，克服了软件在自动搜索时形成的曲面与实际路面边界线计不一致的情况，提高了曲线段道路曲面的精度，有利于提高土方量的计算结果的精确度。
[0023]3.本专利技术通过将曲线段边坡曲面的样式调整到三角网模式，将边坡边界线和曲线段边坡曲面的边界进行比对分析，删除曲线段边坡曲面多余三角网，增加曲线段道路曲面的缺角区域，提高了曲线段边坡曲面的精度，有利于提高土方量的计算结果的精确度。
[0024]4.本专利技术将步骤S5中形成的高速环道曲面向下平移道路上面层顶部至道路结构层底面之间的距离，使得计算高速环道的土方量时扣除了路面结构层部分，使得土方量的计算结果更为精确。
[0025]5.本专利技术通过对地形曲线的奇异点进行处理，从而避免了奇异点对土方量计算结果的影响。
附图说明
[0026]图1为本专利技术高速环道区域划分示意图；
[0027]图2为本专利技术高速环道的横断面示意图；
[0028]图3为本专利技术曲线段道路曲面调整前的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术曲线段道路曲面调整后的结构示意图；
[0030]图5为本专利技术曲线段边坡曲面结构示意图
[0031]图6为本专利技术直线段曲面的结构示意图；
[0032]图7为本专利技术高速环道曲面的结构示意图；
[0033]图8为本专利技术高速环道曲面的区域划分示意图；
[0034]图9为本专利技术地形曲面的结构示意图；
[0035]图10为本专利技术高速环道土方量估算结果示意图。
[0036]附图标记：1
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直线段；2
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曲线段；3
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圆曲线；4
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缓和曲线；5
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曲线段道路曲面；6
‑
曲线段边坡曲面；7
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圆曲线和缓和曲线分界点；8
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直线段和缓和曲线分界点；9
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直线段曲面；10
‑
曲线段曲面；11
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速环道曲面构建及土方估算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、确定高速环道的直线段(1)和曲线段(2)，其中曲线段(2)包括缓和曲线(4)和圆曲线(3)；S2、根据缓和曲线计算公式以及设计的高速环道的横断面形式，计算曲线段(2)上的三维坐标点；S3、将曲线段(2)的三维坐标点展点至civil3d中，构建曲线段道路曲面(5)，根据地形图建立地形曲面并对曲线段道路曲面(5)进行内外侧放坡，形成曲线段边坡曲面(6)，曲线段道路曲面(5)和曲线段边坡曲面(6)组成曲线段曲面(10)；S4、建立直线段(1)道路模型，并构建直线段曲面(9)；S5、合并直线段曲面(9)与曲线段曲面(10)形成高速环道曲面；S6、根据地形图建立地形曲面，利用civil3d三角网体积曲面功能计算高速环道曲面与地形曲面的差异，得到土方量。2.根据权利要求1所述的高速环道曲面构建及土方估算方法，其特征在于：所述步骤S2包括：根据设计的高速环道的横断面形式，利用切线支距法计算出曲线段(2)任意点的偏斜角，利用任意点的偏斜角和麦克康纳尔曲线缓和曲线计算公式，计算曲线段(2)各步长处的二维坐标点，根据高速环道各步长处的设计高程结合横断面形式计算得到曲线段(2)各步长处对应的横断面的若干三维坐标点。3.根据权利要求1所述的高速环道曲面构建及土方估算方法，其特征在于：所述步骤S3包括：构建曲线段道路曲面(5)后对曲线段道路曲面(5)进行调整，使得曲线段道路曲面(5)的边界与路面边界线重合。4.根据权利要求3所述的高速环道曲面构建及土方估算方法，其特征在于：对曲线段道路曲面(5)进行调整包括：根据曲线段(2)的三维坐标点绘制曲线段(2)的路面边界线，将曲线段道路曲面(5)的样式调整为三角网模式，以路面边界线为基准，删除曲线段道路曲面(5)超...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，王航，刘谦，梁耀，史志华，
申请(专利权)人：武汉东研智慧设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：