CN111652436B - 一种基于等高线的施工便道自动选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及路径设计领域，特别是一种基于等高线的施工便道自动选线方法。本发明利用等高线图快速的对两点之间的施工便道进行自动选线，在几十毫秒内计算出两点之间的最优自动的对施工便道进行选线，更好的保证了施工便道规划的合规性、经济性，相较于现有的人工设计，大大降低了工作量，提高了工作效率；同时通过查找捷径便道路径段，简化了施工难度，使设计的施工便道更加经济合理。

Description

一种基于等高线的施工便道自动选线方法

技术领域

本发明涉及路径设计领域，特别是一种基于等高线的施工便道自动选线方法。

背景技术

施工便道是指为方便施工而临时铺设的道路，也是进行各项基建工程的先决条件，保证了工程建设过程中的材料和人员运输。合理的施工便道设计对工程建设的投资起着非常重要的作用。

然而目前国内外对施工便道的自动选线设计研究甚少，企业现有的通常手段是根据设计人员的经验来对施工便道进行人工设计，工作量大，无法保证施工便道的最佳选线，也无法保证施工便道是否满足相关公路设计规范要求，因此需要一种施工便道自动选线方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术利用历史经验人工设计，工作量大且不准确的问题，提供一种基于等高线的施工便道自动选线方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于等高线的施工便道自动选线方法，包括以下步骤：

S1：获取目标区域的等高线地图并进行预处理，输入起点和终点坐标；

S2：以直线段连接起点和终点，得到n个与等高线闭合线圈相交的交点，其中，n为所述直线段与等高线闭合线圈相交的交点个数，当n小于等于1时，以所述直线段为便道路径段，进入步骤S6；当n大于1时，以各个所述交点和起点的距离从小到大对所述交点进行进行排序，依次命名为P1，P2，…，Pn，进入步骤S3；

S3：从终点位置向前依次检查各个交点，判断是否存在交点Pi与交点P1位于同个等高线闭合线圈，若是，则存在捷径便道，交点P1和交点Pi将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到交点Pi的便道路径段，并以交点Pi为新的起点，进入步骤S2，其中1＜i≤n；若否进入步骤S4；

S4：以线段L3连接交点P1和交点P2，判断线段L3的长度是否大于或等于阈值L，若大于或等于所述阈值L，所述线段L3为交点P1和交点P2之间的便道路径段，并以交点P2为新的起点，进入步骤S2；若小于所述阈值L，则进入步骤S5；

S5：以交点P1为圆心，所述阈值L为半径作圆，与交点P2所在的等高线闭合线圈形成K个交点，从所述K个交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接所述起点和交点P2j；构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2，其中1＜j≤K；

S6：将各段所述便道路径段依次连接并曲线化，得到最优施工便道路径。本发明利用等高线图快速的对两点之间的施工便道进行自动选线，在几十毫秒内计算出两点之间的最优自动的对施工便道进行选线，更好的保证了施工便道规划的合规性、经济性，相较于现有的人工设计，大大降低了工作量，提高了工作效率；同时通过查找捷径便道路径段，简化了施工难度，使设计的施工便道更加经济合理。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1包括：

S11：获取目标区域的数字高程模型，提取所述目标区域的等高线数据得到等高线地图；

S12：对所述等高线地图中每一根等高线闭合线圈进行ID编号；

S13：输入起点PS和终点PE的坐标。本发明通过利用编制等高线ID，使便道可以在同一等高线线圈内设置，避免了在同一等高线线圈内反复的上下坡，简化了施工难度，使设计的施工便道更加经济合理。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3包括：

S31：以线段L2连接起点PS和交点P1，作为起点PS到交点P1的便道路径段；

S32：沿交点Pn到交点P1方向遍历是否存在交点Pi与交点P1的等高线ID相同，若存在交点Pi与交点P1等高线ID相同，进入步骤S33；若不存在，进入步骤S4；

S33：交点P1和交点Pi将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到交点Pi的便道路径段，并以交点Pi为新的起点PS，进入步骤S2。

作为本发明的优选方案，所述步骤S5还包括对所述K个交点进行等高线密度检测；

所述等高线密度检测具体流程为：分别过这K个交点作与交点P1所在等高线闭合线圈的垂线，判断这K个垂线中是否存在大于等高线距离阈值H的垂线；

若存在，从满足条件的交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接所述起点和交点P2j，构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2；

若不存在，在交点P1所在等高线闭合线圈和交点P2所在等高线闭合线圈之间设计坡度更缓的便道路径段。本发明通过新增了避开等高线密集地区的方案，添加了对等高线密集地区道路的提示，这样更加符合实际情况，使施工便道路径段尽可能的避开了等高线密集区域，简化了施工难度，也使设计的施工便道更加经济合理。

作为本发明的优选方案，所述步骤S5中设计坡度更缓的便道路径段包括以下步骤包括：

S51：将交点P1所在等高线闭合线圈按长度分为X段，获得X个控制点，其中，X为预设的控制点数量；

S52：对X个所述控制点进行遍历：以所述控制点为圆心，L为半径作圆，与交点P2所在的等高线形成N个交点；以这N个交点分别作到交点P1所在等高线的垂线，判断这N个垂线中是否存在大于等高线距离阈值H的垂线；若存在，进入步骤S53；若不存在，进入步骤S55；

S53：交点P1和对应的控制点P1x将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到控制点P1x的便道路径段；连接终点PS和控制点P1x，其延长线与交点P2所在的等高线闭合线圈交于交点P2i，以直线段Lx连接控制点P1x和交点P2i，判断直线段Lx的长度是否大于或等于阈值L，若大于或等于所述阈值L，所述直线段Lx为控制点P1x和交点P2i之间的便道路径段，并以交点P2i为新的起点，进入步骤S2；若小于所述阈值L，则进入步骤S54；

S54：以控制点P1x为圆心，所述阈值L为半径作圆，与交点P2所在的等高线闭合线圈形成K个交点，从所述K个交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接控制点P1x和交点P2j，构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2；

S55：在满足等高线距离阈值H的交点中，选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，以线段L4连接交点P1和交点P2j；以L4为交点P1到交点P2j的便道路径段，并将该路径标示为问题路径(即该便道路径途径了等高线密集区域)，将交点P2j作为起点PS，进入步骤S2。

作为本发明的优选方案，所述阈值L为相邻等高线间的最短水平距离，计算式为等高线高程差H除以坡度G，其中坡度G为用户预设值。

作为本发明的优选方案，所述问题路径为等高线密集路径。

作为本发明的优选方案，所述步骤S5采用Chaikins算法对所述便道路径段进行曲线化。本发明通过Chaikins算法对所述便道路径段进行曲线化优化，使最终得到的便道路径段更加平滑合理。

一种基于等高线的施工便道自动选线设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述中任一项所述的方法。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明利用等高线图快速的对两点之间的施工便道进行自动选线，在几十毫秒内计算出两点之间的最优自动的对施工便道进行选线，更好的保证了施工便道规划的合规性、经济性，相较于现有的人工设计，大大降低了工作量，提高了工作效率；同时通过查找捷径便道路径段，简化了施工难度，使设计的施工便道更加经济合理。

2、本发明通过利用编制等高线ID，使便道可以在同一等高线线圈内设置，避免了在同一等高线线圈内反复的上下坡，简化了施工难度，使设计的施工便道更加经济合理。

3、本发明通过新增了避开等高线密集地区的方案，添加了对等高线密集地区道路的提示，这样更加符合实际情况，使施工便道路径段尽可能的避开了等高线密集区域，简化了施工难度，也使设计的施工便道更加经济合理。

4、本发明通过Chaikins算法对所述便道路径段进行曲线化优化，使最终得到的便道路径段更加平滑合理。

附图说明

图1是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的流程示意图；

图2是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤2示例图；

图3是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤10示例图；

图4是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤14示例图A；

图5是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤14示例图B；

图6是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤12示例图A；

图7是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤12示例图B；

图8是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤17示例图；

图9是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤18示例图；

图10是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤18所述的Chaikins算法步骤a示例图；

图11是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤18所述的Chaikins算法步骤b示例图；

图12是本发明实施例1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的步骤18所述的Chaikins算法处理后的效果示意图；

图13为本发明实施例2所述的一种利用了实施例2所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法的一种基于等高线的施工便道自动选线设备。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种基于等高线的施工便道自动选线方法，包括以下步骤：

S1：获取目标区域的等高线地图并进行预处理，输入起点和终点坐标；

S2：以直线段连接起点和终点，得到n个与等高线闭合线圈相交的交点，其中，n为所述直线段与等高线闭合线圈相交的交点个数，当n小于等于1时，以所述直线段为便道路径段，进入步骤S6；当n大于1时，以各个所述交点和起点的距离从小到大对所述交点进行进行排序，依次命名为P1，P2，…，Pn，进入步骤S3；

S3：从终点位置向前依次检查各个交点，判断是否存在交点Pi与交点P1位于同个等高线闭合线圈，若是，则存在捷径便道，交点P1和交点Pi将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到交点Pi的便道路径段，并以交点Pi为新的起点，进入步骤S2，其中1＜i≤n；若否进入步骤S4；

S4：以线段L3连接交点P1和交点P2，判断线段L3的长度是否大于或等于阈值L，若大于或等于所述阈值L，所述线段L3为交点P1和交点P2之间的便道路径段，并以交点P2为新的起点，进入步骤S2；若小于所述阈值L，则进入步骤S5；

S5：以交点P1为圆心，所述阈值L为半径作圆，与交点P2所在的等高线闭合线圈形成K个交点，从所述K个交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接所述起点和交点P2j；构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2，其中1＜j≤K；

S6：将各段所述便道路径段依次连接并曲线化，得到最优施工便道路径。

其中，本发明方法具体方法流程如下：

步骤1：获取目标区域的数字高程模型(DEM)，转步骤2。

步骤2：根据目标区域的数字高程模型，提取目标区域的等高线数据，并对每一根等高线进行编号(ID)，转步骤3。

步骤3：输入起点PS和终点PE的坐标，转步骤4。

步骤4：如图2所示，用直线L1连接起点PS和终点PE，找到直线L1和等高线数据在平面投影上的所有交点，得到一个交点集，若大于1个交点，转步骤5；若小于等于1个交点，转步骤17。

步骤5：将所有交点按交点和起点PS的距离从小到大进行排序，转步骤6。

步骤6：取第一个交点P1，并以直线L2连接交点P1和起点PS，作为起点PS到交点P1的便道路径段，获取交点P1所在的等高线ID，转步骤7。

步骤7：从交点集的最后一个交点开始往前遍历，转步骤8。

步骤8：判断当前交点Pi所在的等高线ID是否与交点P1所在的等高线ID相等，若不相等，转步骤9；若相等，转步骤10，其中1＜i≤n，n为交点集中交点数量。

步骤9：判断当前交点是否为第二个交点P2，若不是，取前一个交点为当前交点，转步骤8；若是，转步骤11。

步骤10：如图3所示，交点P1和交点Pi将等高线圆分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到交点Pi的路径；将交点Pi作为起点PS，转步骤4。

步骤11：第一个交点P1和第二个交点P2之间的直线段L3是否大于L，若是，转步骤12；若否，转步骤13。

步骤12：如图6和图7所示，取第一个交点P1和第二个交点P2之间的直线段L3作为交点P1到交点P2的路径。将交点P2作为起点PS，转步骤4。

步骤13：以L作圆，与交点P2所在的等高线形成k个交点。这k个交点做到交点P1所在等高线的垂线H1，…，Hk，判断H1，…，Hk是否存在大于等高线距离阈值H的垂线。若存在，转步骤14；若不存在，转步骤15。

步骤14：如图4和图5所示，在满足等高线距离阈值H的交点P21，…，P2k中，选与终点PE直线距离最近的交点P2j。取第一个交点P1和P2j之间的直线段作为交点P1到交点P2j的路径。将交点P2j作为起点PS，转步骤4。

步骤15：将交点P1所在等高线闭合线圈按长度分为X段，获得X个控制点P11…P1X。控制点P11与交点P1重合。从控制点P11开始，遍历到控制点P1X结束。以控制点P1x为圆心，L为半径作圆，与交点P2所在的等高线形成N个交点。这N个交点作到控制点P11所在等高线的垂线H1，…，Hk，判断H1，…，Hk中是否存在大于等高线距离阈值H的垂线。若存在，交点P1和控制点P1x将等高线圆分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到控制点P1x的路径，并将控制点P1x作为起点PS，转步骤16。若不存在，在满足等高线距离阈值H的交点P21，…，P2j中，选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，以线段L4连接交点P1和交点P2j；以L4为交点P1到交点P2j的便道路径段，并将该路径标示为问题路径(即该便道路径途径了等高线密集区域)，将交点P2j作为起点PS，进入步骤4。

步骤16：连接终点PS和控制点P1x，其延长线与交点P2所在的等高线闭合线圈交于交点P2i，以直线段Lx连接控制点P1x和交点P2i，判断直线段Lx的长度是否大于或等于阈值L，若大于或等于所述阈值L，所述直线段Lx为控制点P1x和交点P2i之间的便道路径段，并以交点P2i为新的起点，进入步骤4；若小于所述阈值L，则以控制点P1x为圆心，所述阈值L为半径作圆，与交点P2所在的等高线闭合线圈形成K个交点，从所述K个交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接控制点P1x和交点P2j，构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤4；

步骤17：如图8所示，将起点PS与终点PE用直线相连，作为该段的路径，转步骤18。

步骤18：如图9所示，将所有的路径依次连接，使用Chaikins算法将路径曲线化，形成最终的最优施工便道路径。

其中，所述Chaikins算法包括以下流程：a)如图10所示，在各段便道路径段的1/4和3/4长度处分别设置端点Ri以及端点Qi；b)如图11所示，依次连接相邻便道路径段的Ri点和Qi点得到新的便道路径段RiQi+1以及QiRi+1；c)判断循环次数是否大于预设值，若小于等于预设值，进入步骤a；若大于预设值，完成路径曲线化，如图12所示。

两条等高线间的最短水平距离L等于等高线高程差H除以坡度G，坡度G为用户预设值，等高线距离阈值H为用户预设值，N为用户预设值。

实施例2

如图13所示，一种基于等高线的施工便道自动选线设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述实施例所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法。所述输入输出接口可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据；电源用于为电子设备提供电能。

本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取目标区域的等高线地图并进行预处理，输入起点和终点坐标；

S2：以直线段连接起点和终点，得到n个与等高线闭合线圈相交的交点，当n小于等于1时，以所述直线段为便道路径段，进入步骤S6；当n大于1时，以各个所述交点和起点的距离从小到大对所述交点进行排序，依次命名为P1，P2，…，Pn，进入步骤S3；

S3：从终点位置向前依次检查各个交点，判断是否存在交点Pi与交点P1位于同个等高线闭合线圈，若是，则存在捷径便道，交点P1和交点Pi将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到交点Pi的便道路径段，并以交点Pi为新的起点，进入步骤S2，其中1＜i≤n；若否进入步骤S4；

S4：以线段L3连接交点P1和交点P2，判断线段L3的长度是否大于或等于阈值L，若大于或等于所述阈值L，所述线段L3为交点P1和交点P2之间的便道路径段，并以交点P2为新的起点，进入步骤S2；若小于所述阈值L，则进入步骤S5；所述阈值L为相邻等高线间的最短水平距离，计算式为等高线高程差H除以坡度G，其中坡度G为用户预设值；

S5：以交点P1为圆心，所述阈值L为半径作圆，与交点P2所在的等高线闭合线圈形成K个交点，从所述K个交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接所述起点和交点P2j，构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2，其中1＜j≤K；

S6：将各段所述便道路径段依次连接并曲线化，得到最优施工便道路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：获取目标区域的数字高程模型，提取所述目标区域的等高线数据得到等高线地图；

S12：对所述等高线地图中每一根等高线闭合线圈进行ID编号；

S13：输入起点PS和终点PE的坐标。

3.根据权利要求2所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31：以线段L2连接起点PS和交点P1，作为起点PS到交点P1的便道路径段；

S32：沿交点Pn到交点P1方向遍历是否存在交点Pi与交点P1的等高线ID相同，若存在交点Pi与交点P1等高线ID相同，进入步骤S33；若不存在，进入步骤S4；

S33：交点P1和交点Pi将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到交点Pi的便道路径段，并以交点Pi为新的起点PS，进入步骤S2。

4.根据权利要求3所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于，所述步骤S5还包括对所述K个交点进行等高线密度检测；

所述等高线密度检测具体流程为：分别过这K个交点作与交点P1所在等高线闭合线圈的垂线，判断这K个垂线中是否存在大于等高线距离阈值H的垂线；

若存在，从满足条件的交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接所述起点和交点P2j，构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2；

若不存在，在交点P1所在等高线闭合线圈和交点P2所在等高线闭合线圈之间设计坡度更缓的便道路径段。

5.根据权利要求4所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于：所述步骤S5中设计坡度更缓的便道路径段包括以下步骤：

S51：将交点P1所在等高线闭合线圈按长度分为X段，获得X个控制点，其中，X为预设的控制点数量；

S52：对X个所述控制点进行遍历：以所述控制点为圆心，L为半径作圆，与交点P2所在的等高线形成N个交点；以这N个交点分别作到交点P1所在等高线的垂线，判断这N个垂线中是否存在大于等高线距离阈值H的垂线；若存在，进入步骤S53；若不存在，进入步骤S55；

S53：交点P1和对应的控制点P1x将所在等高线闭合线圈分为两个曲线段，取长度较短的一段，作为交点P1到控制点P1x的便道路径段；连接终点PS和控制点P1x，其延长线与交点P2所在的等高线闭合线圈交于交点P2i，以直线段Lx连接控制点P1x和交点P2i，判断直线段Lx的长度是否大于或等于阈值L，若大于或等于所述阈值L，所述直线段Lx为控制点P1x和交点P2i之间的便道路径段，并以交点P2i为新的起点，进入步骤S2；若小于所述阈值L，则进入步骤S54；

S54：以控制点P1x为圆心，所述阈值L为半径作圆，与交点P2所在的等高线闭合线圈形成K个交点，从所述K个交点中选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，连接控制点P1x和交点P2j，构成便道路径段，以P2j为新的起点，进入步骤S2；

S55：在满足等高线距离阈值H的交点中，选取与终点PE直线距离最近的交点P2j，以线段L4连接交点P1和交点P2j；以L4为交点P1到交点P2j的便道路径段，并将该路径标示为问题路径，将交点P2j作为起点PS，进入步骤S2。

6.根据权利要求5所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于：所述问题路径为等高线密集路径。

7.根据权利要求1所述的一种基于等高线的施工便道自动选线方法，其特征在于：所述步骤S6采用Chaikins算法对所述便道路径段进行曲线化。

8.一种基于等高线的施工便道自动选线设备，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

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