CN111199064A - 一种地铁轨道面三维中心线生成方法 - Google Patents

一种地铁轨道面三维中心线生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种地铁轨道面三维中心线生成方法，该方法通过对获取的纵断面图进行处理，提取地铁轨道面中心线的里程与高程的对应信息；对地铁轨道面二维中心线的各条线画进行有序化处理，得到各线画沿线路方向的起点及其所对应的起点里程，再根据起点里程和各线画的实际长度，计算出各线画端点的实际里程；根据里程相等原则，将线画端点与纵断面信息进行匹配，获得各线画端点对应的高程；对线画内任一点，根据该点的实际里程和线性插值方法确定该点所对应的高程；进而得到地铁轨道面三维中心线。本发明的有益效果：该方法简单易操作，获得的三维中心线可与隧道点云数据相结合，进行各种横断面计算，提高隧道限界测量、运营监测等工作的生产效率。

Description

一种地铁轨道面三维中心线生成方法
技术领域
本发明涉及地铁建筑领域，尤其涉及一种地铁轨道面三维中心线生成方法。
背景技术
地铁轨道面中心线是地铁限界测量、运营监测等应用的基础，一般在地铁中心线根据曲线类别和监测要求，按照监测要求的间距，利用高精度全站仪测定隧道横断面信息。这种方法效率低下，不能直观表达差异信息。随着时代的发展，三维激光扫描技术获得了快速发展，它能高精度快速获得目标对象的三维表面信息，被称为是“实景复制技术”，因此，可利用该技术将隧道的真实空间位置信息复制到电脑中，在此基础上，利用地铁的设计轨道面中心线进行隧道的虚拟测量。但是，在现实中，地铁轨道的设计中心线仍然以二维表达形式为主，因此无法直接利用其进行隧道横断面测量。为了能够获得三维的地铁轨道面中心线，本发明专利在里程匹配的基础上，将地铁轨道面设计信息的二维中心线和二维纵断面信息进行匹配，获得隧道中心线特征点的高程信息，从而生成地铁轨道面的三维中心线。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种地铁轨道面三维中心线生成方法主要包括以下步骤：
S1：获取地铁轨道设计中对应里程的纵断面图和地铁轨道面二维中心线图，地铁轨道面二维中心线由若干直线、缓和曲线及圆曲线组成，该纵断面图中附加有对应所述地铁轨道面二维中心线的坡度图；对该坡度图进行如下处理，提取地铁轨道面的高程信息：
该坡度图中具有若干个坡度变化点，每两个相邻坡度变化点之间对应有一个矩形，该矩形以这两个相邻坡度变化点的连线为对角线；通过空间关系赋属性的方法，将每两个相邻坡度变化点之间的水平距离和坡度作为属性赋给该相邻两个坡度变化点间的空间位置所对应的矩形；根据
Figure BDA0002284769430000021
这个公式，由水平距离和坡度计算出该矩形在前进方向上所对应的高差；采用同样的方法，计算出所有矩形所对应的高差；
在水平方向上按照左下角点横坐标增加的原则，对所有矩形进行排序；以最左侧矩形作为起始矩形，并以起始矩形的左侧点对应里程的高程作为该段轨道面二维中心线的起始高程，沿前进方向，依次有序地计算出所有矩形所对应里程的高程，即完成地铁轨道的地铁轨道面高程信息的提取；
S2：以弧段形式表达组成地铁轨道面二维中心线的各条线画，对所述各条线画进行有序化处理，得到各条线画沿着行进方向的有序连接，并得到各条线画的起点、终点及其所对应的里程；
S3：根据地铁轨道面二维中心线的起点及起点里程和各条线画的实际长度，直接相加得到各条线画端点的实际里程；
S4：根据里程相等原则，结合步骤S1中取到的纵断面高程信息，得到各条线画端点的实际里程所对应的高程；对线画内任一点，根据该点的实际里程确定所对应的高程区间，然后根据线性插值方法确定该点所对应的高程；从而得到地铁轨道面二维中心线上任一点所对应的高程；
S5：将地铁轨道面二维中心线上任一点与地铁轨道面二维中心线上每点对应的高程进行匹配，得到若干个三维中心点，将所述若干个三维中心点依次连接起来即得到地铁轨道面三维中心线。
进一步地，所述的纵断面图和坡度图均为二维图。
进一步地，所述坡度图，用来表示地铁线路沿行进方向的高差和坡度情况。
进一步地，所述的水平距离和坡度是必要标注。
进一步地，通过提取到的高程信息，实现了里程与高程的一一对应。
进一步地，所述的各条线画由直线、缓和曲线与圆曲线组成。
进一步地，对地铁轨道面二维中心线的线画进行有序化处理的过程如下：
(1)标记所有弧段为待调整方向；
(2)通过人机交互方式，在绘制地铁轨道的系统的图形界面上确定地铁轨道线路的起点及该起点对应的里程，即起点里程；
(3)遍历所有弧段，若存在弧段的端点为步骤(2)中所述的起点，则将该端点作为地铁轨道面二维中心线的起点，得到该起点所对应的起点里程；设置该弧段另一端点为弧段终点，并根据所对应线画长度确定终点里程；标记该弧段为已调整方向；
(4)以步骤(3)中所述的弧段终点为新的起点，搜索未标记的所有弧段中，与上一已标记弧段在线路前进方向上的相邻弧段，参照步骤(3)中的方法，依次标记所有弧段，即完成了地铁轨道面二维中心线的线画进行有序化处理，得到有序化后的地铁轨道二维中心线。
进一步地，各弧段的方向调整为与线路行进的方向一致。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：该方法简单易操作，获得的三维中心线可与隧道点云数据相结合，进行各种横断面计算，提高隧道限界测量、运营监测等工作的生产效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种地铁轨道面三维中心线生成方法的流程图；
图2是本发明实施例中纵断面图中附加的坡度图；
图3是本发明实施例中地铁轨道面二维中心线的线条类型图；
图4是本发明实施例中基于里程的二维中心线与纵断面匹配示意图；
图5是本发明实施例中截取的部分纵断面的示意图；
图6是本发明实施例中生成轨道面三维中心线的相关菜单示意图；
图7是本发明实施例中纵断面信息提取示意图；其中，图(a)为框选纵断面数据示意图，图(b)为纵断面信息输出示意图；
图8是本发明实施例中地铁轨道面三维中心线生成的示意图；其中，图(a)为框选轨道面二维中心线示意图，图(b)为二维中心线起始线画选择示意图，图(c)为设置二维中心线起点和起点里程示意图，图(d)为地铁轨道面三维中心线生成效果图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种地铁轨道面三维中心线生成方法。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种地铁轨道面三维中心线生成方法的流程图，具体包括如下步骤：
S1：从设计院获取地铁轨道设计中对应里程的纵断面图和地铁轨道面二维中心线图，地铁轨道面二维中心线由若干直线、缓和曲线及圆曲线组成，该纵断面图中附加有如图2所示的对应所述地铁轨道面二维中心线的坡度图；对该坡度图进行如下处理，提取地铁轨道面的高程信息：
该坡度图中具有若干个坡度变化点，每两个相邻坡度变化点之间对应有一个矩形，该矩形以这两个相邻坡度变化点的连线为对角线；
通过空间关系赋属性的方法，将每两个相邻坡度变化点之间的水平距离和坡度作为属性赋给该相邻两个坡度变化点间的空间位置所对应的矩形；根据
Figure BDA0002284769430000041
这个公式，由水平距离和坡度计算出该矩形在前进方向上所对应的高差；采用同样的方法，计算出所有矩形所对应的高差；
如图2所示的坡度图中，每两个相邻坡度变化点对应一个矩形，在每个矩形内，都有水平距离、坡度或高差的标注，其中，水平距离和坡度是必要标注，也就是这些标注均被包含于某个矩形范围之内，因此，可通过空间关系赋属性的方法，将水平距离和坡度信息作为属性赋给某个矩形，也就是某两个相邻坡度变化点所组成的线段为对角线的矩形。由水平距离和坡度即可算出该矩形所对应的在前进方向上的高差，同理，即可计算出所有矩形的高差。
在水平方向上按照左下角点横坐标增加的原则，对所有矩形进行排序；以最左侧矩形作为起始矩形，并以其左测点对应里程的高程作为该段轨道面二维中心线的起始高程，沿前进方向，依次有序地计算出所有矩形所对应里程的高程，即完成地铁轨道的纵断面高程信息的提取；实现了里程与高程的一一对应；
所述纵断面图和坡度图均为二维图；所述坡度图，用来表示地铁线路沿行进方向的高差和坡度情况。
S2：以弧段形式表达组成地铁轨道面二维中心线的各条线画，对组成地铁轨道面二维中心线的各条线画进行有序化处理，得到各条线画沿着行进方向的有序连接，并得到各条线画的起点、终点及其所对应的起点里程、终点里程以及各端点之间的里程区间；所述的各条线画由直线、缓和曲线与圆曲线组成。
在二维轨道面中心线中，一般有如图3所示的直线、圆曲线和缓和曲线3种曲线类型，无论是哪种曲线类型，都将其视为一个弧段，利用起点坐标、终点坐标、起点里程、终点里程，曲线类型表达一个弧段，具体类定义如下所示：
Figure BDA0002284769430000051
根据轨道面中心线各线画两端端点，即可以MyArc对象表达为弧段，通过MyArc数组，即可以弧段形式表达轨道面中心线各条线画。
由于图形绘制的随机性或后续图形编辑等原因，弧段创建时的方向与线路前进方向可能存在不一致，因此，需要将各弧段的方向调整为与线路行进方向一致，也即是对地铁轨道面二维中心线的线画进行有序化处理，具体过程如下：
(1)标记所有弧段为待调整方向；
(2)通过人机交互方式，在绘制地铁轨道的系统的图形界面上确定地铁轨道线路的起点及该起点对应的里程，即起点里程；
(3)遍历所有弧段，若存在弧段的端点为步骤(2)中所述的起点，则将该端点作为地铁轨道面二维中心线的起点，得到该起点所对应的起点里程；设置该弧段另一端点为弧段终点，并根据所对应线画长度确定终点里程；标记该弧段为已调整方向；
(4)以步骤(3)中所述的弧段终点为新的起点，搜索未标记的所有弧段中，与上一已标记弧段在线路前进方向上的相邻弧段，参照步骤(3)中的方法，依次标记所有弧段，即完成了地铁轨道面二维中心线的线画进行有序化处理，得到有序化后的地铁轨道二维中心线。
S3：二维轨道面中心线各弧段有序化后，根据地铁轨道面二维中心线的各条线画的起点里程和各条线画的实际长度，计算出各条线画端点的实际里程；
S4：根据里程相等原则，结合步骤S1中得到的纵断面高程信息，得到各条线画端点的实际里程所对应的高程；对线画内任一点，根据该点的实际里程确定所对应的高程区间，然后根据线性插值方法确定该点所对应的高程；从而得到地铁轨道面二维中心线上任一点所对应的高程；
S5：如图4所示，将地铁轨道面二维中心线上任一点与地铁轨道面二维中心线上每点对应的高程进行匹配，得到若干个三维中心点，将所述若干个三维中心点依次连接起来即可得到地铁轨道面三维中心线。
为了说明该方法的有效性，利用某设计院提供的设计线路信息，进行了相关的实验。截取某设计院提供的某线路的部分纵断面如图5所示，在AutoCAD平台上利用该方法进行三维中心线的生成，生成轨道面三维中心线的相关菜单如图6所示，其中，“断面处理”面板中，提取纵断面信息菜单实现纵断面里程和高程信息提取，效果如图7所示，其中，图(a)为框选纵断面数据示意图，图(b)为纵断面信息输出示意图。“中心线处理”面板中的“3D中心线提取”菜单，在纵断面信息提取的基础上，实现基于里程的三维中心线生成，生成过程如图8所示，在该过程中，首先要选择所要生成三维中心线的二维中心线，并且指定起始线画、起始端点和起始里程，程序自动匹配生成3D中心线，图(a)为框选轨道面二维中心线示意图，图(b)为二维中心线起始线画选择示意图，图(c)为设置二维中心线起点和起点里程示意图，图(d)为地铁轨道面三维中心线生成效果图。
本发明的有益效果是：该方法简单易操作，获得的三维中心线可与隧道点云数据相结合，进行各种横断面计算，提高隧道限界测量、运营监测等工作的生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获取地铁轨道设计中对应里程的纵断面图和地铁轨道面二维中心线图，地铁轨道面二维中心线由若干直线、缓和曲线及圆曲线组成，该纵断面图中附加有对应所述地铁轨道面二维中心线的坡度图；对该坡度图进行如下处理，提取地铁轨道面的高程信息：
该坡度图中具有若干个坡度变化点，每两个相邻坡度变化点之间对应有一个矩形，该矩形以这两个相邻坡度变化点的连线为对角线；
通过空间关系赋属性的方法，将每两个相邻坡度变化点之间的水平距离和坡度作为属性赋给该相邻两个坡度变化点间的空间位置所对应的矩形；根据
Figure FDA0002284769420000011
这个公式，由水平距离和坡度计算出该矩形在前进方向上所对应的高差；采用同样的方法，计算出所有矩形所对应的高差；
在水平方向上按照左下角点横坐标增加的原则，对所有矩形进行排序；以最左侧矩形作为起始矩形，并以起始矩形的左侧点对应里程的高程作为该段轨道面二维中心线的起始高程，沿前进方向，依次有序地计算出所有矩形所对应里程的高程，即完成地铁轨道的地铁轨道面高程信息的提取；
S2：以弧段形式表达组成地铁轨道面二维中心线的各条线画，对所述各条线画进行有序化处理，得到各条线画沿着行进方向的有序连接，并得到各条线画的起点、终点及其所对应的里程；
S3：根据地铁轨道面二维中心线的起点及起点里程和各条线画的实际长度，直接相加得到各条线画端点的实际里程；
S4：根据里程相等原则，结合步骤S1中取到的纵断面高程信息，得到各条线画端点的实际里程所对应的高程；对线画内任一点，根据该点的实际里程确定所对应的高程区间，然后根据线性插值方法确定该点所对应的高程；从而得到地铁轨道面二维中心线上任一点所对应的高程；
S5：将地铁轨道面二维中心线上任一点与地铁轨道面二维中心线上每点对应的高程进行匹配，得到若干个三维中心点，将所述若干个三维中心点依次连接起来即得到地铁轨道面三维中心线。
2.如权利要求1所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：步骤S1中所述的纵断面图和坡度图均为二维图。
3.如权利要求2所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：所述坡度图，用来表示地铁线路沿行进方向的高差和坡度情况。
4.如权利要求1所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：步骤S1中所述的水平距离和坡度是坡度图中的必要标注。
5.如权利要求1所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：步骤S1中通过提取到的高程信息，实现了里程与高程的一一对应。
6.如权利要求1所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：步骤S2中所述的各条线画由直线、缓和曲线与圆曲线组成。
7.如权利要求1所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：步骤S2中，对地铁轨道面二维中心线的线画进行有序化处理的过程如下：
(1)标记所有弧段为待调整方向；
(2)通过人机交互方式，在绘制地铁轨道的系统的图形界面上确定地铁轨道线路的起点及该起点对应的里程，即起点里程；
(3)遍历所有弧段，若存在弧段的端点为步骤(2)中所述的起点，则将该端点作为地铁轨道面二维中心线的起点，得到该起点所对应的起点里程；设置该弧段另一端点为弧段终点，并根据所对应线画长度确定终点里程；标记该弧段为已调整方向；
(4)以步骤(3)中所述的弧段终点为新的起点，搜索未标记的所有弧段中，与上一已标记弧段在线路前进方向上的相邻弧段，参照步骤(3)中的方法，依次标记所有弧段，即完成了地铁轨道面二维中心线的线画进行有序化处理，得到有序化后的地铁轨道二维中心线。
8.如权利要求7所述的一种地铁轨道面三维中心线生成方法，其特征在于：各弧段的方向调整为与线路行进的方向一致。
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