基于三角網算法的公路縱斷面設計及實例驗證

摘要：針對當前公路縱斷面設計結果與真實施工環境數據擬合度較差，其應用效果不佳。為此，提出基于三角網算法的公路縱斷面設計方法，并通過實例驗證此方法應用效果。首先，根據車輛行駛參數統計分析結果，確定公路基礎設計參數；其次，構建基礎三維模型，將該模型與研究區域的基礎三角網圖合并，得到三角網計算模型；最后，應用模型計算結果，完成公路縱斷面設計方案，確定關鍵設計參數。實驗結果表明：基于三角網算法的公路縱斷面設計結果與真實施工環境數據擬合度更高。

關鍵詞：三角網算法公路縱斷面市政交通工程道路施工

中圖分類號：U491

Highway Profile Design and Its Case Verification Based on the Triangulation Algorithm

ZHANG Dongning

Gansu Zhongping Engineering Design & Consulting Co.，Ltd.，Lanzhou， Gansu Province，

730060China

Abstract：At present， the result ofhighway profile design has a lowerdegree of fitting with the data of the real construction environment， and its application effect is not good. Therefore， amethod of highway profile design based on the triangulation algorithm is proposed， and the application effect of this method is verified by examples. Firstly， thebasic design parameters of highways are determined according to the statistical analysis results of vehicle driving parameters. Then， a basic 3D model is constructed， and the model is combined with the basic triangulation diagram of the research area to get a triangulation calculation model. Finally， the scheme of highway profile design is completed by the calculation results of the model， and key design parameters are determined. Eexperimental results show that the result of highway profile design based on the triangulation algorithm has a higher degree of fitting with the data of the real construction environment.

Key Words： Triangulation algorithm; Highway profile; Municipal traffic engineering; Road construction

隨著城市交通與公路建設工程的發展，在公路設計的過程中，實現的交通量往往低于設計量[1]。當前，公路縱截面設計當前多采用線形擬合的方法，通過數值計算對研究區域的地形進行初步擬合，但此部分方法存在計算結果精準度較低的問題[2]。因此，如何通過數據處理，得到更為可靠的公路縱斷面設計結果成為當前需要解決的重點問題[3]。對比多種方法后，本研究選取三角網算法對當前可使用的方法展9UM6xE6hdKYYeEYmtkxgDg==開優化，提出基于三角網算法的公路縱斷面設計方法，力求通過此方法改善當前公路施工設計過程中存在的問題。

1基于三角網算法的公路縱斷面設計

1.1車輛行駛參數統計分析

公路縱斷面設計參數主要受到車輛行駛阻力的影響[4]。為考慮到車輛行駛的安全性，本次研究中增加空氣阻力，提升數據的多樣性，以此在保證縱斷面設計結果的同時，降低行車安全問題。

首先，根據空氣重力學的相關理論[5]，計算車輛行駛過程中的空氣阻力。計算過程可表示為如下所示：

（1）

式（1）中： 表示空氣密度； 表示車輛的迎風面積； 表示風阻系數； 表示車輛的行駛速度。

其次，在確定空氣阻力 的基礎上，對車輪的滾動阻力展開計算，具體計算過程設定如式（2）：

（2）

式（2）中， 表示車輪的滾動阻力； 表示車輛的總重力； 表示車輪的滾動系數； 表公路的坡道傾角。

最后，在上述內容的基礎上，增加慣性阻力計算式（3）：

（3）

式（3）中： 表示重力加速度； 表示車輛的加速度； 表示慣性力系數。通過此公式，可計算得出車輛在目標路段的慣性參數，進一步獲取車輛安全行駛的性能數據。

1.2構建公路縱斷面三角網計算模型

為更好地處理公路縱斷面復雜區域的數值，得到更優的設計結果。應用獲取到的數據構建基礎三維模型，而后將制圖區域按照“最優輔助劃分原則[6]”進行區域劃分，并盡可能減少子區域的誤差，將劃分后的區域整合為由內向外發展的拓撲結構。與此同時，將此模型與研究區域的基礎三角網圖合并，得到本次研究中需要的三角網地形圖。因此，根據以上原理，三角網計算模型的構建步驟設定如下。

步驟1：確定研究區域屬性。通過三角網算法確定目標區域的二維情況，并將其轉化為通用信息，以便于后續的區域劃分。

步驟2：確定三角網算法計算流程，完成研究區域由左到右轉存到鏈表中，構建基礎拓撲結構。

步驟3：調用指令確定研究區域的基礎屬性，并進一步判定目標區域是否在三角網制圖邊境內，是否被處理過，以及該區域公路縱斷面的斷面屬性以及邊界情況。

步驟4：約束區域邊界以及制圖邊界，如此兩部分邊界封閉較多，則需要應用“三角形生長法”對其進行處理，并將其存儲在鏈表中進行編號。

步驟5：重新建立全部區域的拓撲結構，進行區域重組，得到最終的三角網模型。

假設制圖區域內有N個離散數據點，則三角網算法尋找擴展點的流程如圖1所示。

將得到的三角網模型作為計算基礎，為保證其應用效果，在使用前需確定三角網中的幾何圖形是否一致，同時保證拓撲結構具有穩定性。如此三角網模型符合計算要求，則將其作為縱斷面設計過程中的模型基礎，應用其完成最終縱斷面設計。

1.3公路縱斷面設計

應用上述內容的設計結果，完成公路縱斷面設計方案。對比多種文獻后，使用下述公式獲取基礎設計數據。

1.3.1 路縱截面設計高程

（4）

式（4）中： 表示研究區域內任意點里程樁號的設計高程； 表示里程樁起點設計高程； 表示里程樁號 與 之間的距離； 表示縱坡值，當坡度為上坡是取值為正，當坡度為下坡是取值為負。

1.3.2 挖設計高度

（5）

式（5）中， 表示地基高程。

1.3.3 路縱斷面豎曲線

（6）

式（6）中： 表示目標位置的水平定位數據； 表示豎曲線半徑； 表示目標位置的豎直定位數據。其計算方式如下：

（7）

整理上述各參量，結合三角網計算模型，得到最終具有地形特征的公路縱斷面設計結果。

2實例驗證分析

2.1工程實例

本研究以城市某公路擴改建工程為例，獲取部分公路段設計資料，其中：縱坡度I1=0.15%，橫向坡度I2=-0.12%，原設計曲線Y=128000m，L=360.64m。在公路的擴建設計與改建設計中，需要降低填挖高度，使得設計線與原地面曲線得到更好的擬合。針對此設計目標，使用文中方法文獻方法1、文獻方法2分辨設計方案，并對比應用效果。為獲取更為有效的實驗結果，本次研究中選取10個里程樁作為測試組，獲取原始地面高程、設計高程以及填挖高度擬合差數據，具體如表1所示。

將表1中數據作為對照，為后續的實驗對比分析提供數據基礎。通過數據對比的形式，得到文中方法和兩種文獻方法的應用效果。

2.2實驗結果分析

根據上述實驗方案，得到如表2至表4所示的實驗數據。

將表2至表4中的數據與表1中的數據進行對比可以看出，實驗中選擇的3種方法均可完成縱截面的基礎設計，但設計結果與真實地面高程的擬合度存在較大的差異。與文中方法相比，文獻中的兩種方法計算耗時相對較長，且計算結果擬合差明顯高于文中方法，雖然解決了部分數據擬合過程中存在的問題，但應用效果相對較差。整理上述實驗結果可以確定，文中方法的應用效果更佳，可更好地成公路路基的縱截面設計工作。

3結語

綜上，經過深入的探討和實例驗證，在實際應用中，本研究選取了典型的公路項目作為案例，進行了詳盡的數據分析和處理。通過與其他設計方法的對比，發現基于三角網算法的縱斷面設計擁有更高的應用價值，為公路建設的可持續發展做出了積極貢獻。此外，本研究還對算法進行了優化和改進，提高了其計算效率和穩定性。這使得基于三角網算法的縱斷面設計在實際工程中更具可操作性，能夠更好地滿足項目需求。

參考文獻：

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