基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法、装置及系统与流程

本发明涉及空间大地测量，尤其涉及一种基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法、装置及系统。

背景技术：

1、在测绘及工程领域，“放样”指已有设计图的前提下，已知设计图上的特定位置(即放样点)的地理坐标，使用专业的测量设备，借助其所输出的位置测量结果，确定放样点真实位置的作业操作。

2、与本发明最相近似的实现方案为cad线路测量放样，是现阶段实用领域最常见的放样方案之一，描述如下：

3、cad图纸中包含了铁路线路全线段的三维空间位置坐标，可通过在地图上选择任意线路点(即放样点)，得到该点的空间位置(包含平面坐标和高程坐标)；而测量放样中通常搭配cad的数字地形底图使用，测量设备的实时位置会被输出显示到数字地形图设备上，地形图上同时绘制所选放样线路的放样点位置，用户通过地形图判断测量设备与放样点之间的相对位置以及距离，采集相对位置信息或移动测量设备使二者相对距离逐渐减小直至趋于0，达到将测量设备移动到放样点处的效果，最终确定所选线路的放样点的真实位置。

4、cad线路中心线文件在表达曲线，特别是弯道处的缓和过渡段曲线时，因铁路测设常用多次抛物线进行设计，在转弯处目前通用的cad呈现形式多为利用多段线类型(polyline)进行微分至若干一段段的小折线拼接处理，依据投影计算的垂直准则，如图1所示，外侧边缘线将出现断裂，线路内侧边缘将出现交叉如图2所示，这就对实地踏勘和调绘带来逻辑混乱。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有cad在铁路缓和过渡段投影技术中使用折线段拼接曲线不平滑，易出现过渡段边缘投影无法应用的问题，提供一种基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正、测量方法及设备，本方法通过通过接入内外段小圆弧并应用边缘矫正算法，使得中心线内外侧投影平滑，方位角过渡平缓，不会存在突变；同时针对内侧建立数学模型进行精细化计算，使得线路中心线范围内所有点均可以被投影覆盖到。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法，包括：

4、s1、获取目标铁路的中心线路，对所述中心线路进行微分，得到多个微分线段；基于每个所述微分线段的位置数据确定所述中心线路的缓和过渡段；

5、s2、在所述缓和过渡段的内/外，以所述缓和过渡段的中心折点为基点，等比例扩充内侧圆弧与外侧圆弧，生成所述缓和过渡段对应的内侧矫正圆弧范围与外侧矫正圆弧范围；

6、s3、加载显示所述中心线路及其内侧矫正圆弧范围与外侧矫正圆弧范围；

7、s4、获取所述外侧矫正圆弧范围内多个点的绝对位置数据，根据每个点的绝对位置数据与中心折点位置数据计算矫正圆弧半径，基于所述矫正圆弧半径确定每个点与所述缓和过渡段的相对偏距，生成第一位置矫正结果；以及，获取所述内侧矫正圆弧范围内任一点的绝对位置数据，基于预先建立的内侧投影模型根据每个点的绝对位置数据计算当前点与所述缓和过渡段的相对偏距，生成第二位置矫正结果；并根据所述第一位置矫正结果与第二位置矫正结果加载得到矫正后的中心线路。

8、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，所述基于预先建立的内侧投影模型根据所述绝对位置数据计算当前点与所述缓和过渡段的相对偏距，包括：

9、根据所述绝对位置数据找到当前位置p1相对所述中心折点p0的对称点p2的位置数据，以及，计算中心折点p0相对p1-p2连线的对称点p3的位置数据；

10、将p0、p1、p2、p3的位置数据代入预先建立的内侧投影模型，计算得到所述相对偏距。

11、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，所述预先建立的内侧投影模型为：

12、

13、其中，α为中心折点p0处的转角值，n0、e0为中心折点p0的坐标值，n3、e3为对称点p3的坐标值，r内为内侧矫正圆弧半径，满足：

14、

15、其中，n1、e1为p1的位置数据，β为线段p0-p3与线段p3-p1的夹角，可根据p0、p1、p3的位置数据通过三角函数计算得到。

16、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，通过下式根据所述矫正圆弧半径计算当前点与所述缓和过渡段的相对偏距，包括：

17、

18、其中，设p4为所述外侧矫正圆弧范围的任一点，n4、e4为p4的绝对位置数据，n0、e0为中心折点p0的坐标值。

19、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，所述基于每个所述微分线段的位置数据确定所述中心线路的缓和过渡段，包括：

20、根据每个所述微分线段的起点坐标与终点坐标计算线段长度与方位角，

21、遍历每个所述微分线段，当所述微分线段的长度与其前后线段长度相等，且所述微分线段与其前后线段的方位角差值恒定时，判断所述微分线段为所述缓和过渡段。

22、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，通过下式根据每个所述微分线段的起点坐标与终点坐标计算线段长度，包括：

23、

24、其中，起点坐标(n1’，e1’)，终点坐标(n2’，e2’)。

25、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，通过下式计算每个所述微分线段的方位角：

26、

27、根据一种具体的实现方式，上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法中，通过加载和解析cad的道路设计线型文件获取目标铁路的中心线路。

28、本发明的另一方面，提供一种基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正装置，其特征在于，包括：

29、第一计算模块，用于获取目标铁路的中心线路，对所述中心线路进行微分，得到多个微分线段；基于每个所述微分线段的位置数据确定所述中心线路的缓和过渡段；

30、第二计算模块，在所述缓和过渡段的内/外，以所述缓和过渡段的中心折点为基点，等比例扩充内侧圆弧与外侧圆弧，生成所述缓和过渡段对应的内侧矫正圆弧范围与外侧矫正圆弧范围，并发送至所述显示模块；

31、第三计算模块，获取所述外侧矫正圆弧范围内多个点的绝对位置数据，根据每个点的绝对位置数据与中心折点位置数据计算矫正圆弧半径，基于所述矫正圆弧半径确定每个点与所述缓和过渡段的相对偏距，生成第一位置矫正结果；以及，获取所述内侧矫正圆弧范围内任一点的绝对位置数据，基于预先建立的内侧投影模型根据每个点的绝对位置数据计算当前点与所述缓和过渡段的相对偏距，生成第二位置矫正结果；并根据所述第一位置矫正结果与第二位置矫正结果生成得到矫正后的中心线路，并发送至所述显示模块；

32、显示模块，用于呈现所述中心线路及其内侧矫正圆弧范围与外侧矫正圆弧范围；以及呈现所述得到矫正后的中心线路。

33、本发明另一方面，提供一种基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正系统，包括：测量放样设备与基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正装置；

34、所述测量放样设备用于获取所述外侧矫正圆弧范围与所述内侧矫正圆弧范围内多个点的绝对位置数据，并传输至所述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正装置；

35、所述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正装置用于采用上述基于微分的铁路缓和过渡段位置矫正方法生成所述第一位置矫正结果或第二位置矫正结果，并呈现矫正后的中心线路。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果：

37、本发明实施例所提供的方法，通过接入内外段小圆弧并应用边缘矫正算法，使得中心线内外侧投影平滑，方位角过渡平缓，不会存在突变；同时针对内侧建立数学模型进行精细化计算，使得线路中心线范围内所有点均可以被投影覆盖到；在线路中心线内外侧一定范围内的线路带，通过本方法能够以较为平滑的方式进行展现。