CN101838958A

CN101838958A - 道路坡度的检测方法

Info

Publication number: CN101838958A
Application number: CN 201010195063
Authority: CN
Inventors: 申广荣; 黄秀梅; 钱振华; 徐敬敬
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: CN101838958B

Abstract

一种道路设计工程技术领域的道路坡度的检测方法，包括以下步骤：获取待检测区域的等高线图和道路规划图；进行扫描和空间配准，得到等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图；进行数字化处理，得到等高线矢量分布图和道路规划矢量分布图，并进行不规则三角网格转换处理，得到等高线不规则三角网格；提取所有节点，得到高程散点图，并进行空间插值处理，得到高程分布图；提取道路高程信息，添加到道路规划矢量分布图中，并进行扩充和均值平滑处理，得到扩充后的道路高程分布图；提取栅格的高程差和水平距离，从而得到每条道路的坡度信息。本发明准确度高、实用性强，简单易学，时间短，不受人为主观因素的影响。

Description

道路坡度的检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种道路设计工程技术领域的方法，具体是一种道路坡度的检测方法。

背景技术

风景区道路是景观中重要的构图要素，是风景的一部分。风景区游览道路不仅要确保道路本身流畅、自然及路面的质量，还要注意所经地区的视觉观赏效果，使风景特征能够沿途展现出来。因此，道路的规划选址应与自然景物特征、自然力相协调。风景区内路线的选择要充分利用道路所处的位置和自然地形坡度，保存自然弯曲的河流、隆起的岩石、茂密的丛林和乡间植被群落，以及因地壳造山运动而形成的自然轮廓线。这样，使游览车能穿过茂密的树林、清幽的峡谷或河滨沙滩，充分享受大自然的景观野趣。

为了满足风景区道路系统的功能、景观美学要求，特别是景区游览道路的规划布局及施工的可行性等条件，道路的坡度检测成为了景区规划设计中重要的一环。因为道路坡度直接影响车辆通行的便利性，道路排水通畅性，而且与规划设计中道路的等级、功能定位及开挖路基土石方量等密切相关，是道路施工成本核算及可行性分析的重要因素。

根据国家的相关标准，不同等级的道路有不同的坡度要求。做路网规划的时候，需要考虑道路的坡度。例如，赵兵等在《园林工程学》中讲到道路纵坡与限制坡长。一般道路的坡度应有8％以下的纵坡，以保证雨水的排除；可供自行车骑行的道路，纵坡宜在2.5％以下，最大不超过4％；不通车的道路，最大纵坡不超过12％，若坡度在12％以上，就必须设计为梯级道路。

经对现有文献检索发现，相关技术如下：

1、吴秀芹等在2007年6月清华大学出版社出版的《ARCGIS9地理信息系统应用与实践》中利用ArcGIS中的表面分析功能对地形数据进行坡度分析，此方法步骤简单，但是只能得到某一区域内面状地物垂直剖面的坡度，不能应用于道路的坡度获取。

2、张帆在2006年1月清华大学出版社出版的《AutoCAD VBA二次开发教程》中用AutoCAD中的二次开发功能计算道路坡度，通过创建道路信息数据库及编程实现每一条线段斜率的计算，但是此方法对道路规划者编程要求较高，且数据库的建立需要花费较长时间。

3、中国专利申请号为：2003101165560.5，名称为：提供包括道路坡度数据的地图数据的地图数据产生系统，，提出一种地图产生系统，可根据系统的数据录入单元将高度数据输入系统，从而计算出指定道路的坡度，然后存储到系统中，但是该系统以人为分段的路网为基础单元，带有人为主观想法，而且只能得到离散的、以路段为单位的坡度分布图，不能得到整个规划区内道路坡度的详细准确的分布状况。

4、http://www.smth.edu.cn/bbsgcon.php？board＝DigitalEarth&num＝986网页上介绍了利用ArcGIS进行道路坡度计算的方法：首先对路网进行人为分段，然后存储道路起点和终点的高程值，计算各段道路的近似坡度。但是该方法也是以人为分段的路网为基础单元，带有人为主观想法，而且只能得到离散的、以路段为单位的坡度分布图，不能得到整个规划区内道路坡度详细准确的分布状况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种道路坡度的检测方法。本发明基于地形数据和道路信息，充分挖掘ArcGIS的空间分析功能，以获得道路上任何一点沿着道路走向的连续的坡度，并且能方便地输出道路坡度分布图。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，从国家或地方测绘部门获取待检测区域的等高线图和道路规划图。

第二步，分别对等高线图和道路规划图进行扫描和空间配准，得到等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图。

所述的空间配准，具体是：首先选择投影方式和若干均匀分布的地面控制点，然后选择多项式作为几何畸变模型，将地面控制点的位置信息代入多项式确定几何畸变模型的具体表达式，最后将图上其余的点代入几何畸变模型，得到图中每个点的几何校正值。

第三步，分别对等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图进行数字化处理，得到等高线矢量分布图和道路规划矢量分布图，并对等高线矢量分布图进行不规则三角网格转换处理，得到等高线不规则三角网格。

所述的数字化处理，包括：对图形要素的跟踪采集、属性字段的添加和属性数据的录入。

所述的不规则三角网格转换处理是将等高线矢量分布图划分为若干个相等的三角面网格。

第四步，提取等高线不规则三角网格中的所有节点，得到高程散点图，并对高程散点图进行空间插值处理，得到高程分布图。

所述的空间插值处理是样条曲线插值法，或者是反距离加权法。

第五步，提取高程分布图中的道路高程信息，添加到道路规划矢量分布图中得到道路高程分布图，并对道路高程分布图进行扩充处理，使道路高程分布图中的每条道路的宽度是K，且通过均值平滑处理使扩充范围内每个栅格周围的栅格都有值，从而得到扩充后的道路高程分布图。

所述的K的取值范围是：2m-5m。

第六步，提取扩充后的道路高程分布图中栅格的高程差和水平距离，从而得到每条道路的坡度信息。

所述的高程差，具体是：每个栅格周围的8个栅格高程值之间的最大差值。

所述的水平距离，具体是：每个栅格的边长。

所述的坡度信息，具体是：高程差与水平距离比值的百分数，或者是高程差和水平距离比值的反正切值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、可以检测道路上任何一点沿着道路走向的连续的坡度，而不是面状地物垂直坡面的坡度，因而准确度高、实用性强；

2、简单易学，可操作性强，用户不需要进行编程，也不需要花费大量时间建立道路信息数据库；

3、获得的道路坡度分布图是根据区域规划道路信息和地形高程数据，基于相应处理自动生成，基本不受人为主观因素对道路坡度检测精度和准确度的影响。

本发明获得的道路坡度可为道路施工时开路的土方量计算提供可靠的依据。同时，为尽量少开挖路基，根据获得的道路坡度可对道路布局做适当调整，选择最优路线布局方案，以减少工作量，并做出准确的成本核算。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为实施例等高线及规划道路扫描图；

图3为实施例的等高线矢量分布图；

图4为实施例的等高线不规则三角网格；

图5为实施例的高程散点图；

图6为实施例的高程分布图；

图7为实施例中的道路矢量分布图；

图8为实施例中的游览道路高程分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施案例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施用于对景区游览道路的坡度检测，包括以下步骤：

第一步，从国家或地方测绘部门获取待检测景区的等高线图和景区规划者设计的游览道路规划图。

所述的等高线图是用等高线(即海拔相等的各点)连接而成的图，表示地面高低起伏，一般以测绘部门提供的为准。

所述的游览道路规划图是用线条表示道路的地理位置和空间分布的地图。

第二步，分别对等高线图和游览道路规划图进行扫描和空间配准，得到等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图。

所述的投影方式是指将三维的地球立体模型变换成二维的地图平面的方法，本实施例选用UTM投影(横轴等角割圆柱投影)。

所述的地面控制点是对航空像片和卫星遥感影像进行各种几何纠正和地理定位的重要数据源，其地物特征应该比较明显且在研究区内均匀分布，地面控制点的数量根据选择的投影方式和几何畸变模型的不同而不同。

本实施例的几何畸变模型为二次多项式，故需要6个地面控制点。

所述的等高线栅格分布图是表示地面等高线分布的栅格地图。

所述的道路规划栅格分布图是表示道路的地理位置和空间分布的栅格地图。

本实施例得到的待检测景区的等高线及游览道路规划扫描图如图2所示。

第三步，分别对等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图进行数字化处理，得到等高线矢量分布图和道路矢量分布图，并对等高线矢量分布图进行不规则三角网格转换处理，得到等高线不规则三角网格。

所述的不规则三角网格转换处理，具体是：将等高线矢量分布图划分为若干个相等的三角面网格，三角面网格的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。

所述的等高线矢量分布图是表示地面等高线分布的矢量地图。

所述的道路矢量分布图是表示道路的地理位置和空间分布的矢量地图。

所述的等高线不规则三角网格是用若干个连续的不规则三角网格表示地面高低起伏的地图。

本实施例得到的等高线矢量分布图如图3所示，等高线不规则三角网格如图4所示。

所述的高程散点图是用离散的点表示地面高低起伏的地图。

所述的高程分布图是用连续的点表示地面高低起伏的地图。

本实施例得到的高程散点图如图5所示，高程分布图如图6所示。

第五步，提取高程分布图中的道路高程信息，添加到道路矢量分布图中，如图7，得到游览道路高程分布图，并对游览道路高程分布图进行扩充处理，使游览道路高程分布图中的每条道路的宽度是3m，且通过均值平滑处理使扩充范围内每个栅格周围的栅格都有值，从而得到扩充后的游览道路高程分布图。

所述的游览道路高程分布图是表示游览道路高程分布的地图。

所述的扩充后的游览道路高程分布图是表示扩充后的游览道路高程分布的地图。

本实施例的道路矢量分布图如图7所示，得到的游览道路高程分布图如图8所示。

第六步，提取扩充后的游览道路高程分布图中栅格的高程差和水平距离，从而得到每条道路的坡度信息。

所述的高程差是指每个栅格周围的8个栅格高程值之间的最大差值。

所述的水平距离是指每个栅格的边长。

本实施例的优点：

第一，本方法针对的是景区游览道路规划设计及施工时道路坡度的获取问题，本方法可获得游览道路上任何一点沿着道路走向的连续的坡度，而不是用面状地物垂直坡面的坡度作为游览道路的坡度。因为在大多数情况下，虽同为一点，但是沿着道路的坡度与其所在面状地物垂直坡面的坡度是不一样的，以某点为例，其沿着道路的坡度是8％，而其所在面状地物垂直坡面的坡度是40％，两者相差甚大。

第二，本方法简单易学，可操作性强。用户不需要掌握编程，同时也不需要花费大量时间建立道路信息数据库，按照本方法操作，整个流程大约需要40分钟，这比编程或建立数据库的时间要少很多。

第三，本方法可减少人为主观因素对道路坡度计算的精度和准确度的影响。现有方法人为的将道路按一定长度进行分段，所得到的道路坡度的记录、精度相对粗略；而本方法基于道路规划图和区域地形高程信息经相应处理自动生成，计算得到的坡度记录是详细、精确的，道路上连续点的坡度也是连续的，因而获得的道路坡度的准确度大大提高。

综合以上，本实施例方法较现有道路坡度的获取方法在效率、精确度及可操作性等方面上都有显著提高。

Claims

1.一种道路坡度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，从国家或地方测绘部门获取待检测区域的等高线图和道路规划图；

第二步，分别对等高线图和道路规划图进行扫描和空间配准，得到等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图；

第三步，分别对等高线栅格分布图和道路规划栅格分布图进行数字化处理，得到等高线矢量分布图和道路规划矢量分布图，并对等高线矢量分布图进行不规则三角网格转换处理，得到等高线不规则三角网格；

第四步，提取等高线不规则三角网格中的所有节点，得到高程散点图，并对高程散点图进行空间插值处理，得到高程分布图；

第五步，提取高程分布图中的道路高程信息，添加到道路规划矢量分布图中得到道路高程分布图，并对道路高程分布图进行扩充处理，使道路高程分布图中的每条道路的宽度是K，且通过均值平滑处理使扩充范围内每个栅格周围的栅格都有值，从而得到扩充后的道路高程分布图；

2.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第二步中所述的空间配准是：首先选择投影方式和若干均匀分布的地面控制点，然后选择多项式作为几何畸变模型，将地面控制点的位置信息代入多项式确定几何畸变模型的具体表达式，最后将图上其余的点代入几何畸变模型，得到图中每个点的几何校正值。

3.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第三步中所述的数字化处理，包括：对图形要素的跟踪采集、属性字段的添加和属性数据的录入。

4.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第三步中所述的不规则三角网格转换处理是将等高线矢量分布图划分为若干个相等的三角面网格。

5.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第四步中所述的空间插值处理是样条曲线插值法，或者是反距离加权法。

6.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第五步中所述的K的取值范围是：2m-5m。

7.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第六步中所述的高程差，是栅格周围的8个栅格高程值之间的最大差值。

8.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第六步中所述的水平距离，是每个栅格的边长。

9.根据权利要求1所述的道路坡度的检测方法，其特征是，第六步中所述的坡度信息，是高程差与水平距离比值的百分数，或者是高程差和水平距离比值的反正切值。