CN108447122A - 基于公路工程路基及边坡特征点的tin构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，包括1）将公路工程路基横断面上的各特征点按照横断面桩号大小进行排序，按照顺序提取相邻的两个横断面；2）取第一个横断面上中央分隔带上相邻两点记为0号点和1号点，以从0号点到1号点为方向构建第一条边；3）以0‑1号边两端点为终点，以待选点为起点的两个向量，遍历除0号点和1号点以外的其余所有的点，求得公式的最小值所对应的点记为2号点；4）记录第一个三角形的三边信息；5）逐步向两侧扩展形成两个横断面之间的三角网格。本发明判定方式简单，数据遍历次数少，构建方法高效，符合公路工程专业使用习惯TIN网格，能为公路工程领域信息化提供便利。

Description

基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法

技术领域

本发明属于地理信息科学与计算机科学领域，涉及一种TIN构建方法，尤其涉及一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法。

背景技术

在地学领域，经常需要得到地形或地物的表面信息和几何坐标，这些表面形状的特征点不规则的大量分布于某地域内，人们常常利用不规则三角网(TIN-TriangleIrregular Network)生成的TIN网格来逼近这些离散数据所要描述的物体表面。目前相关文献上的TIN构建方法均是针对普通的地形特征点进行构建TIN，其TIN构建方法不能有效的识别TIN网格的边界，构建得到的TIN成果均为凸缘边界，且现有构建方法均需要多次遍历特征点，构建方法效率不高，应用这些构建方法无法准确得到公路路基表面信息，而针对公路路基及边坡表面特征点的TIN的合理构建方法未见成果发表。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种通过依次提取公路工程路基横断面上的特征点信息，判定方式简单，数据遍历次数少，构建方法高效，符合公路工程专业使用习惯TIN网格，能为公路工程领域信息化提供便利的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，其特征在于：所述基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法包括以下步骤：

1)将公路工程路基横断面上的各特征点按照横断面桩号大小进行排序，按照顺序提取相邻的两个横断面，小桩号侧为第一个横断面，另一个为第二个横断面；

2)取第一个横断面上中央分隔带上相邻两点记为0号点和1号点，以从0号点到1号点为方向的边构建出第一条边，记为0-1号边；

3)以0-1号边两端点为终点，以待选点为起点的两个向量，记为向量和向量遍历除0号点和1号点以外的其余所有的点，求得公式Y＝m_x·n_y+m_y·n_x的最小值所对应的点，公式Y＝m_x·n_y+m_y·n_x的最小值所对应的点记为2号点；0号点、1号点以及2号点构建出第一个三角形；所述第一个三角形的第二条边以及第三条边分别是以从1号点到2号点为方向构建的边以及以从2号点到0号点为方向构建的边；所述第一个三角形的第二条边以及第三条边分别记为1-2号边以及2-0号边；

4)按照顶点编号0-1，1-2，2-0的顺序记录第一个三角形的三边信息；

5)根据第一个三角形的1-2号边以及2-0号边逐步向两侧扩展形成两个横断面之间的三角网格。

作为优选，本发明所采用的步骤5)的具体实现方式是：

5.1)在2-0号边的左侧按步骤3)所述求得公式Y＝m_x·n_y+m_y·n_x的最小值所对应的点记为3号点，0号点、2号点以及3号点构建出与第一个三角形相连的第二个三角形；所述第二个三角形的三边分别是以从0号点到2号点为方向的边构建出第一条边、以从2号点到3号点为方向构建的第二条边以及以从3号点到0号点为方向构建的第三条边；

5.2)按如上方式构建1-2号边右侧的三角形。

作为优选，本发明所采用的步骤5.1)之前还包括：

5.0)在2-0号边的左侧寻找待构建三角形的点；所述点是判断点；所述判断点的寻找方式是：以基础边2-0号边的0号点为起始点，以待判断点为终点为向量，记为向量以基础边的终点0号点指向起点2号点的向量记为向量满足公式a_x·b_y-a_y·b_x＞0的点均在2-0号边的左侧。

作为优选，本发明所采用的步骤5)之后还包括：

6)重复步骤1)-步骤5)依次对所有的路基横断面进行三角网格扩展直到所有的断面全部生成完毕。

本发明的优点是：

本发明提供一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，1)将公路工程路基横断面上的各特征点按照横断面桩号大小进行排序，按照顺序提取相邻的两个横断面，小桩号侧为第一个横断面，另一个为第二个横断面，2)取第一个横断面上中央分隔带上相邻两点记为0号点和1号点，以从0到1为方向的边构建出第一条边，记为0-1号边，3)以0-1号边两端点为终点以待选点为起点的两个向量，记为向量和向量遍历除0号点和1号点以外的其余所有的点，求得的向量m与向量n的最大值所对应的点，该点记为2号点，至此构建出第一个三角形，4)按照顶点编号0-1，1-2，2-0的顺序记录三角形的三边信息；5)根据第一个三角形的第二边和第三条边逐步扩展形成两个横断面之间的三角网格，6)重复1-5步骤计算依次对所有的路基横断面进行三角网格扩展直到所有的断面面全部生成完毕，该段路基横断面TIN网格构建完成。本发明提供的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，判定方式简单，数据遍历次数少，构建方法高效，依次构建出符合公路工程专业使用习惯TIN网格，能为公路工程领域信息化提供便利，具有较好的应用前景，并且能产生明显经济效益和社会效益。经检索，国内外尚未发现与本发明相同或者相似的文献报道。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明提供的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法的流程框图；

图2是依据现有技术所公开的TIN构建方法得到的TIN结果图；

图3是依据本发明所提供的TIN构建方法得到的TIN结果图。

具体实施方式

本发明是一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法。下面结合具体的实施例以及附图对本发明所述的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法做进一步说明。

参见图1，本发明提供了一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，该方法包括以下详细步骤：

1)数据组织结构设计

1.1)定义TIN Point类，用以记录三角网中的边信息。包括字段：ID(点编号)，TINPeak[3](点的三维坐标)，name(点在路基上所处的位置)。

1.2)定义Line类，用以记录三角网中的边信息。包括字段：ID(边编号)，TINPoint[2](边的起点和终点)。

1.3)定义Triangle类，用以记录Delaunay三角形信息。包括字段：ID(三角形编号)，TINPeak[3](三角形顶点编号)，Line[3](三角形的三边)。

2)三角网格构建的原则

为了满足一致性，该构建方法的几个重要原则如下：

2.1)对于任意一个三角形，它的0号边(Line[0])是指起点为0号顶点(TINPoint[0])，终点为1号顶点(TINPoint[1])的一条有向线段；其1号边(Line[1])是指起点为1号顶点(TINPoint[1])，终点为2号顶点(TINPoint[2])的有向线段；它的2号边(Line[2])是指起点为2号顶点(TINPoint[2])，终点为0号顶点(TINPoint[0])的有向线段；

2.2)对于该构建方法，无需提前计算出或确定出拓扑关系的记录方向，因为这不影响拓扑关系的正确建立。事实上，三角网拓扑关系的记录方向为顺时针或逆时针，是取决于首三角形的三个顶点的记录顺序的，其后的记录顺序均与之相同。

2.3)定义计数变量pointnum，L、Trisnum分别记录形成三角网格的点、边及三角网格的个数。

3)确定首三角形

3.1)将公路工程路基横断面上的各特征点按照横断面桩号大小进行排序，按照桩号从小到大顺序取第一个横断面和第二个横断面；

3.2)取相邻两个横断面中的小桩号侧横断面上中央分隔带上相邻两点记为0号点和1号点，以从0到1为方向的边构建出第一条边，记为0-1号边；

3.3)以0-1号边两端点为终点的两个向量，记为向量和向量求下式的值

Y＝m_x·n_y+m_y·n_x

遍历除0号点和1号点以外的其余所有的点，求得的Y得最小值所对应的点即为0-1号边扩展的三角形，该点记为2号点。至此构建出第一个三角形；

3.4)记录三边信息。

在变量Line[]中按照顶点编号0-1，1-2，2-0的顺序记录。注意：边是有方向的，要注意记录的顺序；

3.5)记录首个三角形信息。

在变量Triangles[0].TINPeak[]中依此记录第1、2、3顶点的编号，在Triangles[0].Line[]中记录三边信息。

4)扩展三角形

4.1)首先从首个三角形的新生成的两条边的左侧边开始向外扩展，假设三角形编号顺序是顺时针的，那么这条边的编号应该是2-0(以下简称基础边)。

4.2)以基础边2-0号边的新三角形的第三个点即为3号点，显然3号点位于2-0号边的左侧。采用下列方式寻找可能成为3号点的所有点：

4.2.1)定义以基础边2-0号边的0号点为起始点，以待判断点为终点为向量，记为向量 以基础边的终点0号点指向起点2号点的向量记为向量

4.2.2)当公式

a_x·b_y-a_y·b_x

大于0时，则该待选点位于基础边2-0号边的左侧，符合条件，遍历所有未形成三角形的点，记录所有符合条件的点。

4.2.3)对于任意一符合4.2.2)条件的点，定义以该点为起始点，以基础边2-0号边两端点为终点的两个向量，记为向量和向量求下式的值

Y＝m_x·n_y+m_y·n_x

遍历所有符合4.2.2)条件的点，求得的Y得最小值所对应的点即为基础边2-0号边扩展的三角形，该点记为3号点。

4.2.4)记录该扩展三角形，为保持一致性，该扩展三角形按照顺时针进行记录。

Triangles[1].TINPeak[0]＝Triangles[0].TINPeak[2]

Triangles[1].TINPeak[1]＝Triangles[0].TINPeak[1]

Triangles[1].TINPeak[2]＝TINPoint[3]；

4.3)当4.2.2)公式找不到任意一个扩展点时，进行步骤4.4)。

4.4)从首个三角形的新生成的两条边的右侧边开始向外扩展，假设三角形编号顺序是顺时针的，则这条边的编号应该是1-2，重复4.2)步骤直到找不到可以一个扩展点为止。至此第一个横断面与第二个横断面之间的三角网格全部生成完毕。

4.5)重复4.2)-4.4)步骤计算依次对所有的路基横断面进行三角网格扩展直到所有的断面面全部生成完毕，该段路基横断面TIN网格构建完成。

由结果对比表和对比图(参见图2以及图3)可以看出，两种计算方法得到的结果误差在－10％到+30％之间，说明本发明利用模态分析法归纳得到的解析公式计算宽梁桥横向分布系数，通过与实体模型对比可以发现计算精度能够满足工程实际，大大简化了算过程，可以为单箱多室宽箱梁桥设计提供便利。

Claims (4)

1.一种基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，其特征在于：所述基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法包括以下步骤：

1)将公路工程路基横断面上的各特征点按照横断面桩号大小进行排序，按照顺序提取相邻的两个横断面，小桩号侧为第一个横断面，另一个为第二个横断面；

2)取第一个横断面上中央分隔带上相邻两点记为0号点和1号点，以从0号点到1号点为方向的边构建出第一条边，记为0-1号边；

3)以0-1号边两端点为终点，以待选点为起点的两个向量，记为向量和向量遍历除0号点和1号点以外的其余所有的点，求得公式Y＝m_x·n_y+m_y·n_x的最小值所对应的点，公式Y＝m_x·n_y+m_y·n_x的最小值所对应的点记为2号点；0号点、1号点以及2号点构建出第一个三角形；所述第一个三角形的第二条边以及第三条边分别是以从1号点到2号点为方向构建的边以及以从2号点到0号点为方向构建的边；所述第一个三角形的第二条边以及第三条边分别记为1-2号边以及2-0号边；

4)按照顶点编号0-1，1-2，2-0的顺序记录第一个三角形的三边信息；

5)根据第一个三角形的1-2号边以及2-0号边逐步向两侧扩展形成两个横断面之间的三角网格。

2.根据权利要求1所述的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，其特征在于：所述步骤5)的具体实现方式是：

5.1)以逆时针的反向，在2-0号边的左侧按步骤3)所述求得公式Y＝m_x·n_y+m_y·n_x的最小值所对应的点记为3号点，0号点、2号点以及3号点构建出与第一个三角形相连的第二个三角形；所述第二个三角形的三边分别是以从0号点到2号点为方向的边构建出第一条边、以从2号点到3号点为方向构建的第二条边以及以从3号点到0号点为方向构建的第三条边；

5.2)按如上方式构建1-2号边右侧的三角形。

3.根据权利要求2所述的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，其特征在于：所述步骤5.1)之前还包括：

5.0)在2-0号边的左侧寻找待构建三角形的点；所述点是判断点；所述判断点的寻找方式是：以基础边2-0号边的0号点为起始点，以待判断点为终点为向量，记为向量以基础边的终点0号点指向起点2号点的向量记为向量满足公式a_x·b_y-a_y·b_x＞0的点均在2-0号边的左侧。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法，其特征在于：所述基于公路工程路基及边坡特征点的TIN构建方法在步骤5)之后还包括：

6)重复步骤1)-步骤5)依次对所有的路基横断面进行三角网格扩展直到所有的断面全部生成完毕，至此该段路基横断面TIN网格构建完成。