CN108875179B - 一种道路平面交叉口自动建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路平面交叉口自动建模方法，属于三维数据处理领域，本发明首先判断两条道路相交情况,计算交叉点；其次根据交叉情况和设计参数，计算路口点；然后对交叉口进行剖分；最后根据剖分结果，开展交叉口各要素构建。本发明可以自动根据道路的走向和相交情况，自动设计交叉口类型，交生成三维模型，解决在开展大范围路网设计时，交叉口数量大，设计时间成本高等问题；本发明通过道路平台交叉口的自动构建，能够广泛应用于道路的设计、三维仿真模拟和三维数字城市建设等领域中，为加快道路规划设计，促进城市建设发展提供支撑。

Description

一种道路平面交叉口自动建模方法

技术领域

本发明属于三维数据处理领域，特别是涉及一种道路平面交叉口自动建模方法。

背景技术

一直以来，要构建道路三维模型，尤其是平面交叉口的三维模型时，都是利用三维建模软件进行人工构建的。这种构建模式，在进行三维数字城市的三维模型数据生产时，可以根据最终展示效果的要求进行任意调整，可以得到较为精美的模型。但是在市政规划设计领域，由于规划设计工作的要求，道路规划设计是一个动态的过程，不仅道路平面位置经常发生变化，道路的竖向标高也会经常进行调整。如果仍然采用手工建模的工作模式，将生产极大的工作量，一点细微的调整都需要对三维模型进行手工修改，往往一个交叉口可能需要修改数次甚至数十次。另外，在规划阶段，尤其是控制性详细规划和规划成果优化时，经常需要面对大范围的区域，道路多达数十条，交叉口百余个，如果采用人工建模方式，人力物力成本较高。

在计算机辅助设计技术充分利用以后，利用CAD制图软件等平台创建的道路规划设计软件已经可以自动生成交叉口的平面示意图，但当前三维道路设计软件较少，对交叉口的三维模型自动构建研究不充分，相对人工建模的方式，模型精细程度和准确度很差。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高效的道路平面交叉口自动建模方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种道路平面交叉口自动建模方法，按以下步骤进行：

步骤S1、根据道路中心线计算交叉口位置信息；

步骤S2、根据道路交叉情况获取交叉口关键点；

步骤S3、根据交叉口关键点，构建交叉口部件；

步骤S4、基于交叉口部件自动生成交叉口模型；

所述步骤S1为，任取两条道路，计算道路中心线的交点信息CP{R_j,R_k,P_i(x,y,z)}；所述R_j、R_k为任意两条道路，P_i为道路交叉口位置，i＝1,2,3,...,N；j和k均为正整数；x、y为道路R_j、R_k中心线交点坐标，z为道路R_j、R_k在交点(x,y)处的标高z_j、z_k的平均值；

所述步骤S2按以下步骤进行：

步骤S21、选取交叉口的任意一条道路为进道口，并取进道口逆时针方向上第一个可驶离交叉口的方向为出道口，作为一个进出单元，计为U_i，其中i＝1,2,3,...,N；N为大于2的正整数；

步骤S22、对一个进出单元U，设定交叉口转弯半径R；

步骤S221、根据转弯半径R及道路行车道边线，计算交叉口转弯圆弧与行车道边线切点T₁(x_t1,y_t1)、T₂(x_t1,y_t1)，其中，T₁为圆弧与第一条道路R_j切点位置，T₂为圆弧与第二条道路R_k切点位置；

切点T1、T2计算过程如下：

步骤S2211、从道路R_j到R_k两条行车道边线，根据线相交公式计算交点P_jk(x_jk，y_jk)，及右侧夹角C_r，并作过P_jk的角平分线L_cr；

步骤S2212、设定R_j与R_k行车道交点P_jk到切点T₁的距离为D_t1,则

D_t1＝R/Tan(C_r/2)；

根据道路R_j的方向DIR_j及距离D_t1，计算出切点T₁的坐标值x_t1、y_t1:

x_t1＝x_jk+D_t1*Cos(DIR_j+180)

y_t1＝y_jk+D_t1*Sin(DIR_j+180)

步骤S2213、根据道路R_k的方向DIR_k及距离D_t1，计算出切点T₂的坐标值x_t2、y_t2:

x_t2＝x_jk+D_t1*Cos(DIR_k+180)

y_t2＝y_jk+D_t1*Sin(DIR_k+180)

步骤S222、根据T₁、T₂，获取道路边线转角点C₁、C₂：

过T₁，作与道路R_j的行车道垂直的线，与道路R_j的边线相交于C₁；

过T₂，作与道路R_k的行车道垂直的线，与道路R_k的边线相关于C₂；

步骤S223、根据T₁、T₂，获取交叉口的进出道口点E₁、E₂：

过T₁，作与道路R_j的行车道垂直的线，与道路R_j的中心相交于E₁；

过T₂，作与道路R_k的行车道垂直的线，与道路R_k的中心相关于E₂。

较佳的，所示步骤S3包括：

步骤S31、对任意一个进出单元U_i，根据道路设计参数，计算各关键点的标高，按如下步骤进行：

步骤S311、过任意一个关键点P_k，计算其到通过交叉口的两条道路R_j、R_k的道路中心线CL_j、CL_k的垂点D_k1、D_k2；

步骤S312、根据D_k1、D_k2在道路R_j、R_k的实际位置，获取对应的标高Z_k1、Z_k2；

步骤S313、计算P_k到D_k1、D_k2的距离L_k1、L_k2，如果L_k1大于L_k2，则关键点P_k的标高为Z_k2，否则P_k的标高为Z_k1；

步骤S314、根据上述步骤，依次计算所有关键点的标高；

步骤S32、按顺序连接进出单元的关键点，即可得到该进出单元的要素部件：

步骤S321、依次连接进道口E₁、交叉口位置P、出道口位置E₂、转弯圆弧与行车道相切点T₂、转弯圆弧、转弯圆弧与行车道相切点T₁和进道口E₁，得到一个封闭的面，即为交叉口进出单元U_i的车行部件MA_i；

步骤S322、依次连接转弯圆弧与行车道相切点T₁、转弯圆弧、转弯圆弧与行车道相切点T₂、道路边线转角点C₂、道路边线转角点C₁和转弯圆弧与行车道相切点T₁，得到一个封闭的面，即为交叉口进出单元U_i的非车行部件MB_i；

步骤S33、利用相邻的进出单元计算结果，构建人行道，按如下步骤进行：

步骤S331、连接当前进出单元U_i的T₂及T₁，得到连线LW_i。

步骤S332、对LW_i向左右两侧各平移W米，得到两条平行线LWl_i、LWr_i，其中W大于零；

步骤S333、连接LWl_i、LWr_i，得到一个封闭的面，即为人行道面MW_i。

较佳的，所示步骤S4包括：

步骤S41、在三维环境中，利用创建面工具，依次生成步骤S3所构建的面Ma_i、MB_i和MW_i；

步骤S42、对所构建的面，选取行道路面、人行路面和人行横道对应的贴图文件进行贴图，即得到道路平面交叉口的三维模型。

本发明的有益效果是：本发明通过自动、精确的计算道路交叉口的位置、交叉口各关键点的位置，很好的解决手工建模效率低、人力物力成本高的问题。根据各关键点位置，构建交叉口部件，包括车行部件和非车行部件；根据交叉口部件，通过赋予一定的贴图，形成交叉口模型。这一自动构建过程，极大提升了在规划设计阶段道路交叉口、甚至道路三维模型的构建精细程度、准确度以及效率，从而使得利用三维设计技术对道路规划规划设计成果进行实时反映得以充分实现，能够支撑在三维模型基于上的各种交通分析、排水分析等相关分析。本发明还可以在道路规划设计方案确定后，人工对自动构建的模型进行相应的调整，得到精美的模型效果。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的流程示意图。

图2是交叉口构成要素及关键点示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2所示，一种道路平面交叉口自动建模方法，按以下步骤进行：

步骤S1、根据道路中心线计算交叉口位置信息；

步骤S2、根据道路交叉情况获取交叉口关键点；

步骤S3、根据交叉口关键点，构建交叉口部件；

步骤S4、基于交叉口部件自动生成交叉口模型；

所述步骤S1为，任取两条道路，计算道路中心线的交点信息CP{R_j,R_k,P_i(x,y,z)}；所述R_j、R_k为任意两条道路，P_i为道路交叉口位置，i＝1,2,3,...,N；j和k均为正整数；x、y为道路R_j、R_k中心线交点坐标，z为道路R_j、R_k在交点(x,y)处的标高z_j、z_k的平均值；

所述步骤S2按以下步骤进行：

步骤S21、选取交叉口的任意一条道路为进道口，并取进道口逆时针方向上第一个可驶离交叉口的方向为出道口，作为一个进出单元，计为U_i，其中i＝1,2,3,...,N；N为大于2的正整数；

步骤S22、对一个进出单元U，设定交叉口转弯半径R；

步骤S221、根据转弯半径R及道路行车道边线，计算交叉口转弯圆弧与行车道边线切点T₁(x_t1,y_t1)、T₂(x_t1,y_t1)，其中，T₁为圆弧与第一条道路R_j切点位置，T₂为圆弧与第二条道路R_k切点位置；

切点T1、T2计算过程如下：

步骤S2211、从道路R_j到R_k两条行车道边线，根据线相交公式计算交点P_jk(x_jk，y_jk)，及右侧夹角C_r，并作过P_jk的角平分线L_cr；

步骤S2212、设定R_j与R_k行车道交点P_jk到切点T₁的距离为D_t1,则

D_t1＝R/Tan(C_r/2)；

根据道路R_j的方向DIR_j及距离D_t1，计算出切点T₁的坐标值x_t1、y_t1:

x_t1＝x_jk+D_t1*Cos(DIR_j+180)

y_t1＝y_jk+D_t1*Sin(DIR_j+180)

步骤S2213、根据道路R_k的方向DIR_k及距离D_t1，计算出切点T₂的坐标值x_t2、y_t2:

x_t2＝x_jk+D_t1*Cos(DIR_k+180)

y_t2＝y_jk+D_t1*Sin(DIR_k+180)

步骤S222、根据T₁、T₂，获取道路边线转角点C₁、C₂：

过T₁，作与道路R_j的行车道垂直的线，与道路R_j的边线相交于C₁；

过T₂，作与道路R_k的行车道垂直的线，与道路R_k的边线相关于C₂；

步骤S223、根据T₁、T₂，获取交叉口的进出道口点E₁、E₂：

过T₁，作与道路R_j的行车道垂直的线，与道路R_j的中心相交于E₁；

过T₂，作与道路R_k的行车道垂直的线，与道路R_k的中心相关于E₂。

本实施例中，所示步骤S3包括：

步骤S31、对任意一个进出单元U_i，根据道路设计参数，计算各关键点的标高，按如下步骤进行：

步骤S311、过任意一个关键点P_k，计算其到通过交叉口的两条道路R_j、R_k的道路中心线CL_j、CL_k的垂点D_k1、D_k2；

步骤S312、根据D_k1、D_k2在道路R_j、R_k的实际位置，通过道路竖向设计成果，获取对应的标高Z_k1、Z_k2；

步骤S313、计算P_k到D_k1、D_k2的距离L_k1、L_k2，如果L_k1大于L_k2，则关键点P_k的标高为Z_k2，否则P_k的标高为Z_k1；

步骤S314、根据上述步骤，依次计算所有关键点的标高；

步骤S32、按顺序连接进出单元的关键点，即可得到该进出单元的要素部件：

步骤S321、依次连接进道口E₁、交叉口位置P、出道口位置E₂、转弯圆弧与行车道相切点T₂、转弯圆弧、转弯圆弧与行车道相切点T₁和进道口E₁，得到一个封闭的面，即为交叉口进出单元U_i的车行部件MA_i；

步骤S322、依次连接转弯圆弧与行车道相切点T₁、转弯圆弧、转弯圆弧与行车道相切点T₂、道路边线转角点C₂、道路边线转角点C₁和转弯圆弧与行车道相切点T₁，得到一个封闭的面，即为交叉口进出单元U_i的非车行部件MB_i；

步骤S33、利用相邻的进出单元计算结果，构建人行道，按如下步骤进行：

步骤S331、连接当前进出单元U_i的转弯圆弧与行车道相切点T₂及逆时针方向的下一个进出单元转弯圆弧与行车道相切点T₁，得到连线LW_i。

步骤S332、对LW_i向左右两侧各平移W米，得到两条平行线LWl_i、LWr_i，其中W大于零，W取2～4米，2倍W即为人行道宽度；

步骤S333、连接LWl_i、LWr_i，得到一个封闭的面，即为人行道面MW_i。

本实施例中，所示步骤S4包括：

步骤S41、在三维环境中，利用创建面工具，依次生成步骤S3所构建的面Ma_i、MB_i和MW_i；

步骤S42、对所构建的面，选取行道路面、人行路面和人行横道对应的贴图文件进行贴图，即得到道路平面交叉口的三维模型。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种道路平面交叉口自动建模方法，其特征是按以下步骤进行：

步骤S1、根据道路中心线计算交叉口位置信息；

步骤S2、根据道路交叉情况获取交叉口关键点；

步骤S3、根据交叉口关键点，构建交叉口部件；

步骤S4、基于交叉口部件自动生成交叉口模型；

所述步骤S1为，任取两条道路，计算道路中心线的交点信息CP{R_j,R_k,P_i(x,y,z)}；所述R_j、R_k为任意两条道路，P_i为道路交叉口位置，i＝1,2,3,...,N；j和k均为正整数；x、y为道路R_j、R_k中心线交点坐标，z为道路R_j、R_k在交点(x,y)处的标高z_j、z_k的平均值；

所述步骤S2按以下步骤进行：

步骤S21、选取交叉口的任意一条道路为进道口，并取进道口逆时针方向上第一个可驶离交叉口的方向为出道口，作为一个进出单元，计为U_i，其中i＝1,2,3,...,N；N为大于2的正整数；

步骤S22、对一个进出单元U，设定交叉口转弯半径R；

步骤S221、根据转弯半径R及道路行车道边线，计算交叉口转弯圆弧与行车道边线切点T₁(x_t1,y_t1)、T₂(x_t2,y_t2)，其中，T₁为圆弧与第一条道路R_j切点位置，T₂为圆弧与第二条道路R_k切点位置；

切点T1、T2计算过程如下：

步骤S2211、从道路R_j到R_k两条行车道边线，根据线相交公式计算交点P_jk(x_jk，y_jk)，及夹角C_r，所述夹角为∠T₁P_jkT₂，并作过P_jk的角平分线L_cr；

步骤S2212、设定R_j与R_k行车道交点P_jk到切点T₁的距离为D_t1,则

D_t1＝R/Tan(C_r/2)；

根据道路R_j的方向DIR_j及距离D_t1，计算出切点T₁的坐标值x_t1、y_t1:

x_t1＝x_jk+D_t1*Cos(DIR_j+180)

y_t1＝y_jk+D_t1*Sin(DIR_j+180)

步骤S2213、根据道路R_k的方向DIR_k及距离D_t1，计算出切点T₂的坐标值x_t2、y_t2:

x_t2＝x_jk+D_t1*Cos(DIR_k+180)

y_t2＝y_jk+D_t1*Sin(DIR_k+180)

步骤S222、根据T₁、T₂，获取道路边线转角点C₁、C₂：

过T₁，作与道路R_j的行车道垂直的线，与道路R_j的边线相交于C₁；

过T₂，作与道路R_k的行车道垂直的线，与道路R_k的边线相关于C₂；

步骤S223、根据T₁、T₂，获取交叉口的进出道口点E₁、E₂：

过T₁，作与道路R_j的行车道垂直的线，与道路R_j的中心相交于E₁；

过T₂，作与道路R_k的行车道垂直的线，与道路R_k的中心相关于E₂；

所示步骤S3包括：

步骤S31、对任意一个进出单元U_i，根据道路设计参数，计算各关键点的标高，按如下步骤进行：

步骤S311、过任意一个关键点P_k，计算其到通过交叉口的两条道路R_j、R_k的道路中心线CL_j、CL_k的垂点D_k1、D_k2；

步骤S312、根据D_k1、D_k2在道路R_j、R_k的实际位置，获取对应的标高Z_k1、Z_k2；

步骤S313、计算P_k到D_k1、D_k2的距离L_k1、L_k2，如果L_k1大于L_k2，则关键点P_k的标高为Z_k2，否则P_k的标高为Z_k1；

步骤S314、根据上述步骤，依次计算所有关键点的标高；

步骤S32、按顺序连接进出单元的关键点，即可得到该进出单元的要素部件：

步骤S321、依次连接进道口E₁、交叉口位置P、出道口位置E₂、转弯圆弧与行车道相切点T₂、转弯圆弧、转弯圆弧与行车道相切点T₁和进道口E₁，得到一个封闭的面，即为交叉口进出单元U_i的车行部件MA_i；

步骤S322、依次连接转弯圆弧与行车道相切点T₁、转弯圆弧、转弯圆弧与行车道相切点T₂、道路边线转角点C₂、道路边线转角点C₁和转弯圆弧与行车道相切点T₁，得到一个封闭的面，即为交叉口进出单元U_i的非车行部件MB_i；

步骤S33、利用相邻的进出单元计算结果，构建人行道，按如下步骤进行：

步骤S331、连接当前进出单元U_i的T₂及T₁，得到连线LW_i；

步骤S332、对LW_i向左右两侧各平移W米，得到两条平行线LWl_i、LWr_i，其中W大于零；

步骤S333、连接LWl_i、LWr_i，得到一个封闭的面，即为人行道面MW_i。

2.如权利要求1所述的一种道路平面交叉口自动建模方法，其特征是：所示步骤S4包括：

步骤S41、在三维环境中，利用创建面工具，依次生成步骤S3所构建的面MA_i、MB_i和MW_i；

步骤S42、对所构建的面，选取行道路面、人行路面和人行横道对应的贴图文件进行贴图，即得到道路平面交叉口的三维模型。

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