[发明专利]一种道路平面线形连续均衡性评价方法及装置

摘要

本发明公开了一种道路平面线形连续均衡性评价方法及装置。针对平面线形设计方案，基于等长区段切分的方法，将平面线形切分为多个单元区段，在计算相邻单元弦弓比均衡性系数、相邻单元元素数量均衡性系数、相邻单元转向特征均衡性系数的基础上，采用变异系数法计算平面线形连续均衡性综合系数，计算每个方案的综合得分，获得平面线形方案的综合排序，以量化评价平面线形方案的连续均衡性。依据发明的方法所设计的装置包括：数据导入模块、参数设置及单元区段切分模块、单元区段元素提取模块、单元区段元素集成信息处理模块、连续均衡性基本指标计算模块、连续均衡性综合系数计算模块、综合排序模块、数据存储模块和数据输出模块九部分。本发明能够实施不同平面线形方案的连续均衡性评价，提高了平面线形连续均衡性计算的便捷性和精确性。

主权项

一种基于等长区段划分的道路平面线形连续均衡性评价方法，其步骤如下：步骤一：参数设置及单元区段切分；单元区段切分是指针对平面线形方案以某种单元分段的长度进行线形切分，将平面线形划分成多个单元；分段的起点需要同时考虑两种情况，一是线形桩号的起点作为分段起点，二是线形桩号的终点作为分段起点；分段的长度是单元分段长度；(1)设置单元分段初设长度及初设长度的个数；(2)基于单元分段初设长度实现不同方案下道路线形的切分；基于单元分段初设长度实现不同方案下道路线形的切分，即分别从道路线形起点桩号和线形终点桩号开始，以单元分段长度对线形进行切分，则针对每个平面线形方案有两种切分结果；平面线形方案至少为两个或两个以上；当线形切分时最后一段的长度小于单元分段长度时，则最后一段的线形要素不纳入后续步骤的线形提取以及指标分析工作；与确定的多个单元分段长度相对应，针对每一个平面线形方案，将有多个线形切分结果；(3)检验单元分段长度及个数的有效性，确定最终的单元分段长度及长度个数；其中，初设长度的有效性检验标准是：当基于道路线形起点桩号和基于道路线形终点桩号两种分段起点切分下的单元区段中线形元素的最大值同时大于等于2时，则判断初设长度有效；最终确定的单元分段长度的个数为奇数，且不低于3个；若依据步骤一(1)的设置，最终确定的单元分段长度的个数低于3个，则需返回步骤一(1)，增加初设长度的个数，直到满足单元分段长度的个数为奇数且不低于3个为止；(4)切分平面线形方案，获得单元区段；以步骤一(3)中的最终单元分段长度及个数，对平面线形方案进行切分，获得不同单元分段长度下不同方案的单元区段；步骤二：提取每个单元分段长度下的线形元素；基于步骤一获得的不同单元分段长度下的线形切分结果，针对不同的单元分段长度，分别提取每个单元区段的平面线形元素；所提取的平面线形单元分段长度下的平面线形元素包括：平面线形单元区段数量、单元区段的编号、单元区段中平面元素编号、单元区段中平面元素类型、单元区段中平面元素平面长度、单元区段中平面元素弦长、单元区段中平面元素半径、单元区段中平面元素转向；步骤三：针对不同的单元分段长度，实现每个单元长度下的元素集成信息处理；每个单元长度下平面元素集成信息包括：单元区段的编号、单元区段中平面元素的构形特征参数、单元区段中平面元素的元素数量、单元区段中平面元素的累积长度、单元区段中平面元素的累积弦长；步骤四：计算平面线形连续均衡性的基本指标；针对不同的单元分段长度下的单元区段，计算基于道路线形起点或终点桩号的线形连续均衡性的基本指标；平面线形的基本指标包括：相邻单元弦弓比均衡性系数、相邻单元元素数量均衡性系数、相邻单元转向特征均衡性系数；(1)相邻单元弦弓比均衡性系数计算：先计算每个单元区段中单个元素的弦弓比；计算每个单元区段中元素的弦弓比均值，即所有元素弦弓比之和除以元素数量；计算每个单元区段的整体弦弓比，即单元区段中平面元素的累积弦长除以平面元素的累积长度；计算每个单元区段的弦弓比系数，即单元区段中元素的弦弓比均值与单元区段的整体弦弓比之积的开平方根；计算相邻单元弦弓比均衡性系数，包括两种：相邻单元正向弦弓比均衡性系数和相邻单元反向弦弓比均衡性系数；其中，相邻单元正向弦弓比均衡性系数是指从道路线形的分段起点开始，向道路线形最后一个单元的区段终点方向，依次计算相邻两个单元间的单元区段的弦弓比系数比值，即上游单元区段的弦弓比系数除以下游单元区段的弦弓比系数；相邻单元反向弦弓比均衡性系数是指从道路线形最后一个单元的区段终点开始，向道路线形的分段起点方向，依次计算相邻两个单元间的单元区段的弦弓比系数比值，即下游单元区段的弦弓比系数除以上游单元区段的弦弓比系数，需要说明的是上游和下游的说法是以道路线形的分段起点开始来界定的；与分段起点的两种情况相对应，相邻单元弦弓比均衡性系数的计算结果分为基于道路线形起点桩号的相邻单元正、反向弦弓比均衡性系数和基于道路线形终点桩号的相邻单元正(反)向弦弓比均衡性系数；(2)相邻单元元素数量均衡性系数计算；相邻单元元素数量均衡性系数包括两种情况：相邻单元正向元素数量均衡性系数和相邻单元反向元素数量均衡性系数；其中，相邻单元正向元素数量均衡性系数是指从道路线形的分段起点开始，向道路线形最后一个单元的区段终点方向，依次计算相邻两个单元间的单元区段的元素数量比值，即上游单元区段的元素数量除以下游单元区段的元素数量；相邻单元反向元素数量均衡性系数是指从道路线形最后一个单元的区段终点开始，向道路线形的分段起点方向，依次计算相邻两个单元间的单元区段的元素数量比值，即下游单元区段的元素数量除以上游单元区段的元素数量，需要说明的是上游和下游的说法是以道路线形的分段起点开始来界定的；与分段起点的两种情况相对应，相邻单元弦弓比均衡性系数的计算结果分为基于道路线形起点桩号的相邻单元正、反向元素数量均衡性系数和基于道路线形终点桩号的相邻单元正、反向元素数量均衡性系数；(3)相邻单元转向特征均衡性系数计算；相邻单元转向特征均衡性系数包括两种情况：相邻单元正向转向特征均衡性系数和相邻单元反向转向特征均衡性系数；其中，相邻单元正向转向特征均衡性系数是指从道路线形的分段起点开始，向道路线形最后一个单元的区段终点方向，依次计算相邻两个单元间的单元区段的转向特征参数比值，即上游单元区段的转向特征参数除以下游单元区段的转向特征参数；相邻单元反向转向特征均衡性系数是指从道路线形最后一个单元的区段终点开始，向道路线形的分段起点方向，依次计算相邻两个单元间的单元区段的转向特征参数比值，即下游单元区段的转向特征参数除以上游单元区段的转向特征参数，需要说明的是上游和下游的说法是以道路线形的分段起点开始来界定的；与分段起点的两种情况相对应，相邻单元弦弓比均衡性系数的计算结果分为基于道路线形起点桩号的相邻单元正、反向转向特征均衡性系数和基于道路线形终点桩号的相邻单元正(反)向转向特征均衡性系数；每个单元的转向特征参数的计算公式按照单元区段内元素的构形特征参数的差异分为两类，当单元区段内的构形特征参数属于同向特征时，则转向特征参数等于该单元区段内元素弦弓比的均值；当单元区段内的构形特征参数属于逆向特征时，则转向特征参数等于该单元区段内各元素弦弓比之积；相邻单元转向特征均衡性系数的计算公式有两种情况，一是当相邻单元的构形特征参数属于同向特征时，则相邻单元转向特征均衡性系数等于两个相邻单元转向特征参数的均值；二是当相邻单元的构形特征参数属于逆向特征时，则相邻单元转向特征均衡性系数等于两个相邻单元转向特征参数之积；步骤五：计算平面线形连续均衡性综合系数；(1)单个基本指标的变异系数计算；针对不同的单元分段长度，计算单个基本指标的变异系数；与分段起点的两种情况相对应，单个基本指标的变异系数包括基于道路线形起点桩号的单个基本指标变异系数和基于道路线形终点桩号的单个基本指标变异系数；基于道路线形起点或终点桩号的单个基本指标变异系数分为两类：单个基本指标的正向变异系数和单个基本指标的反向变异系数；针对正向或反向，所计算的变异系数包括：弦弓比均衡性系数的变异系数、元素数量均衡性系数的变异系数、转向特征均衡性系数的变异系数；(2)平面线形连续均衡性综合系数计算：针对不同的单元分段长度，计算平面线形连续均衡性综合系数；与分段起点的两种情况相对应，平面线形连续均衡性综合系数包括基于道路线形起点桩号的平面线形连续均衡性综合系数和基于道路线形终点桩号的平面线形连续均衡性综合系数两种情况；基于道路线形起点或终点桩号的平面线形连续均衡性综合系数包括两类：基于道路线形起点或终点桩号的平面线形正向连续均衡性综合系数和基于道路线形起点或终点桩号的平面线形反向连续均衡性综合系数；针对正向或反向，基于道路线形起点或终点桩号的平面线形连续均衡性综合系数的计算公式一致，即：弦弓比均衡性系数的变异系数、元素数量均衡性系数的变异系数、转向特征均衡性系数的变异系数三个指标之积的开三次方根；计算基于道路线形起点或终点桩号的平面线形连续均衡性综合系数，即基于道路线形起点或终点桩号的平面线形正向连续均衡性综合系数和平面线形反向连续均衡性综合系数的均值；在此基础上，计算平面线形连续均衡性综合系数，即基于道路线形起点桩号的平面线形连续均衡性综合系数和基于道路线形终点桩号的平面线形连续均衡性综合系数的开平方值；步骤六：对平面线形连续均衡性综合系数进行综合排序得分的计算，进行方案综合得分排序；(1)不同方案平面线形连续均衡性综合系数综合排序得分的计算；针对不同的单元分段长度，得到所有线形方案的排序值，平面线形连续均衡性综合系数最小的排第1，从小往大，依次类推；针对每个线形方案，按照不同的段元分段长度，将得到多个排名，将这些排名求和，则为该方案的平面线形连续均衡性综合系数综合排序得分；(2)方案综合得分排序；综合排序得分最低的排名第1，从小往大，以此类推；按照上述排序原则，分别得到平面线形方案的最终排序结果。