【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于道路設計與施工中的路面點位高程測算，具體涉及一種基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法。
技術介紹
1、在道路設計及施工階段，路面高程的實時測算和控制對于設計的合理性(包括道路坡度設計、排水系統優化等)、施工過程中的精確性(提升測量精度)和高效率(減少返工)有著至關重要的作用。
2、通常道路的設計資料中，只會給出直線、緩和曲線、圓曲線三種直線的交點坐標，若計算其他點位的三維坐標，首先需要對所求點進行分類，確定位于哪一類線性段上(包括直線段、圓曲線段、緩和曲線段)，再選擇相應的數學模型進行計算(包括直線段-直線方程、圓曲線段-圓曲線方程、緩和曲線段-回旋線方程)，代入所求點位的x、y坐標，解算所求點位的z坐標，即得該點位高程，這種計算方式工作量大，比較繁瑣，并會增加復雜地形中的測量誤差。因此，如何快速、高效、準確地測算路面高程，已成為業界人士關注的焦點問題。
3、隨著科技的進步，智能化、信息化技術逐漸成為道路設計與施工領域的新趨勢。在地質科學領域，已提出了不規則三角網模型，即tin模型，利用地表不均勻的折點，連接組成三角形，構建一個精確表現地表高低變化的數字地面模型，但目前不規則三角網較多應用在地表模型生成、等值線的繪制、縱橫斷面的繪制等方面，還沒有一個完整、系統的方法將其用于路面高程的測算。
4、直接根據現有不規則三角網應用的方法，可以通過構建路面的不規則三角網，查找所求點位的三角形，利用線性插值或二次插值的計算方法，計算所求點位的高程，但這種常規的插值計算法依賴于三角形頂點
技術實現思路
1、本專利技術的目的就在于為了解決上述問題而提供一種能夠在復雜地形高效精確測算路面任意點位高程的基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法。
2、本專利技術通過以下技術方案來實現上述目的：
3、一種基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法，包括以下步驟：
4、步驟1、獲取道路設計的平曲線要素表和豎曲線要素表；
5、步驟2、在測量坐標計算程序(是通過microsoft?office軟件二次開發的一款宏語言程序，也就是一個表格程序，為現有技術)中輸入平曲線要素和豎曲線要素，得到包括道路左邊樁、中樁、右邊樁的三維坐標，該三維坐標包括x軸、y軸、z軸，其中z軸代表某個點位的高程；
6、所述基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法還包括以下步驟：
7、步驟3、利用matlab軟件編寫的delaunay剖分函數對道路的所有設計點位進行三角剖分形成位于三維坐標中的不規則三角網并滿足以下條件：給定點集中的每個點都是不規則三角網中某個三角形的頂點且不規則三角網中沒有任何其它點在其外接圓內部；不規則三角網即tin(triangulated?irregular?network)模型，采用一系列相連接的三角形擬合地表或其他不規則表面，常用來構造數字地面模型，特別是數字高程模型，為現有技術；matlab軟件是美國mathworks公司出品的商業數學軟件，用于數據分析、無線通信、深度學習、圖像處理與計算機視覺、信號處理、量化金融與風險管理、機器人、控制系統等領域，為現有技術；delaunay的音譯為德洛內(或德勞內)，采用delaunay剖分函數進行三角剖分能夠得到一系列相連但不重疊的三角形的集合，即delaunay三角網，為現有技術；
8、步驟4、設待測算的路面任意點位在不規則三角網中對應的點為p點，計算不規則三角網中所有頂點與p點之間的歐式距離，該歐式距離為不規則三角網中各點投影在三維坐標中xy平面后各點之間的距離，確定距離p點最近的頂點并設該頂點為a點，判斷離p點被包圍在哪個以a點為其中一個頂點的三角形內且設該三角形的另外兩個頂點為b點和c點；
9、步驟5、通過以下三角形平面方程計算相關參數：
10、axa+bya+cza+d＝0
11、axb+byb+czb+d＝0
12、axc+byc+czc+d＝0
13、其中，xa為三維坐標中a點的x軸坐標，xb為三維坐標中b點的x軸坐標，xc為三維坐標中c點的x軸坐標，ya為三維坐標中a點的y軸坐標，yb為三維坐標中b點的y軸坐標，yc為三維坐標中c點的y軸坐標，za為三維坐標中a點的z軸坐標，zb為三維坐標中b點的z軸坐標，zc為三維坐標中c點的z軸坐標，xa、xb、xc、ya、yb、yc、za、zb、zc均通過不規則三角網直接查詢獲得，a、b、c、d為四個待求參數，a、b、c用于定義平面的法向量，d為與平面到坐標原點距離有關的參數；
14、根據上式計算得到a、b、c、d這四個參數的值；
15、步驟6、根據以下公式計算得到p點高程zp：
16、zp＝-(axp+byp+d)/c
17、其中，xp、yp分別為三維坐標中p點的x軸坐標和y軸坐標，均通過基于北斗差分系統獲取。
18、作為優選，為了實現更優的delaunay三角剖分，所述步驟3包括以下步驟：
19、步驟3.1、初始化：構建一個超級三角形，該三角形的頂點包含了所有點集中的點；
20、步驟3.2、添加點：依次將點集中的點逐個添加到三角形網格中；
21、步驟3.3、重新構建：根據delaunay性質，在每次添加新點后，找到所有需要重構的三角形，并將其刪除；
22、步驟3.4、連接新點：將新點與周圍三角形的頂點進行連接，形成新的三角形；
23、步驟3.5、重復步驟3.2-步驟3.4，直到所有點都添加完畢，獲得位于三維坐標中的不規則三角網。
24、本專利技術的有益效果在于：
25、本專利技術利用不規則三角網，將設計路面進行三角形剖分，精準還原路面地形條件，能夠高效快捷地計算出路面任意點位的高程，并利用三角形平面計算方程顯著優化了復雜地形下不規則三角網的構建，有效解決了因地形復雜導致的三角網分布不均、難以全面反映真實地形特征的問題，降低了高程測算誤差，顯著提高了在復雜地形中測算路面任意點位高程的效率和精度，使得路面高程測算結果更加貼近實際道路設計和施工情況。
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1.一種基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法，其特征在于：所述步驟3包括以下步驟：
【技術特征摘要】
1.一種基于不規則三角網的路面任意點位高程測算方法，包括以下步驟：
2.根據權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳德，羅理靜，吳太恒，王婷婷，喬志，李曉娟，趙銳，朱建旭，劉秋實，胡魁，李玉坤，鐘磊，秦顥毓，姜晶，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：
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