公路三维线形设计及约束建模

公路线形设计作为公路建设的重要环节,其设计质量的好坏直接影响到行车安全和舒适.为了改善现行平、纵分离式路线设计方法存在的不足,文中从公路中心线是一条空间曲线的本质出发,采用曲率和挠率作为设计参数,建立了一种新的公路三维线形设计方法.在此基础上,分别从几何连续性、车辆稳定性和行车舒适性3个方面对公路三维线形应满足的工程约束条件进行了研究分析,并建立了相应的约束模型.在借鉴现有设计规范和经验的基础上,结合已建立的约束模型,最终确定了不同设计速度下三维线形指标应满足的设计约束值.新的线形设计方法可以避免传统方法中平、纵线形组合无法量化分析,以及组合线形空间连续性衰减等问题,为提高公路线形设计的安全性提供了新的思路.     

道路平纵线形组合设计原则

道路线形设计是从道路选线、定线开始,最终以平、纵、横面所组成的立体线形反映于驾驶员的视觉上。平、纵线形组合是指在满足汽车运动学和动力学要求的前提下,研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适及与周围环境相协调的要求,并有良好的排水条件。尽管平、纵线形设计均是按前述标准进行设计的,但若平、纵线组合不好,不仅有碍于其优点的发挥,而且会加剧两方面存在的缺点,造成行车上的危险,也就不可能获得最优的立体线形、平纵线形的合理组合。     

公路线形与景观环境协调设计的几个问题

本文从公路线形与景观环境协调配合的角度出发,阐述如何进行公路的平、纵线形设计,平、纵线形组合设计,公路与地形和植被的融合以及公路绿化,使公路线形达到内部协调和外部融合的完美统一,使公路更具安全性、协调性和舒适性。还重点阐述了公路线形与景观设计的原则。     

道路线形设计对交通安全的影响

本文通过剖析道路线形对交通安全的影响与道路景观设计、环境保护协调统一,指出道路平面、纵断面及平纵线形组合在设计中的重要性。从驾驶员的心理角度出发,研究了道路线形设计对驾驶行为的影响并从多方面来阐述公路线形设计因素对交通安全的影响,分析了不合理的道路线形设计造成交通事故的过程并对道路线形设计中易忽视的细节作出了总结。     

基于高速公路空间几何特性的线形协调性设计评价

为对高速公路线形协调性设计进行有效的评价和指导,利用驾驶模拟和实车试验获取车辆运行数据,提出一种基于线形空间几何特性参数拟合的协调性设计评价模型,并给出了指标选用及优化措施。首先,分析了优先进行线形协调性设计的特征指标,以曲率k和挠率τ作为描述高速公路线形空间几何特性的的特征参数。其次,结合驾驶模拟实验和实车试验,通过多元非线性拟合建立一般路段线形设计协调性与曲率差Δk、挠率差Δτ的二元多项式评价模型,并通过调整横断面和安全设施信息对模型进行修正。结果表明,该模型能较好地反映线形指标、横断面信息、交通安全设施与车辆运行状态间的作用关系,为高速公路线形协调性设计和应用研究提供指导。最后,通过反推Δk、Δτ取值范围,提出了指标选取的依据和优化措施。     

针对高速路设计的问题思考

本文首先从交通安全的角度,分析了高速公路设计中的线形、视觉和气候问题,给出了该过程中平面线形、纵断面线形、平纵线形组合的重要性并进行相关分析;然后,探讨了高速路路基施工技术,以供高速路设计进行参考;最后,阐述了全站仪坐标法在实际高速路设计中应注意的问题和优势。     

三维Minkowski空间的Mannheim侣线

讨论了三维Minkowski空间中Mannheim侣线的曲率与挠率之间的关系,证明了Mannheim侣线的曲率与挠率满足的关系式.     

公路平纵线形施工偏差计算机辅助检测方法

提出了与公路中线检测点对应的公路设计中线点的判定准则以及寻找对应设计中线点的算法即步长压缩摆动趋近法;分析论证了基于判定准则及步长压缩摆动趋近法,即将公路平面线形偏差分解为垂直于路线方向的横向偏差以及沿路线方向的纵向偏差;讨论了步长压缩摆动趋近法与公路平面线形计算机辅助计算结合中的公路平曲线类型编码以及平面线形曲线段的区间判别等问题.依据路基设计高程种类、超高旋转方式及超高缓和各阶段,公路中线路面高程与路基设计高程有所不同,对公路纵断面检测偏差进行了修正.在此基础上构建了公路平纵线形施工偏差计算机辅助检测方法,并予以应用.     

道路布线与环境景观的协调配合

针对环境因素在道路线形设计中日益重要的情况，基于道路线形与景观配合设计的原则，提出了道路布线内部和谐与外部和谐相统一的思想．并进一步阐述了为达到二者和谐，在道路的平、纵线形设计，平、纵线形组合设计，道路和地形与植被的融合以及道路绿化等方面应充分考虑的若干问题．通过工程实际运用分析和道路线形透视图分析等方法，阐明了解决这些问题的有效途径．     

城市公路线形设计应该注意的问题分析

本文重点探讨了平面线形设计,城市公路的纵断面线形设计以及平纵线形合理组合,旨在更好的把握城市公路的设计状态,设计出状态良好的城市公路来。     

基于加速度干扰的圆曲线上行车舒适性的研究

车辆速度的变化影响到行车舒适性,而加速度干扰正是对车辆速度变化的描述,因此加速度干扰可作为行车舒适性的定量评价指标.选择平面线形中三要素之一的圆曲线上的行车舒适性进行研究,将车辆的加速度按水平和竖直方向进行分解,结合加速度干扰理论,分别建立2个方向的分加速度干扰模型.根据人体对不同振动方向的敏感程度不同,给予不同的计权系数,建立了圆曲线上合加速度干扰模型.最后,选用实际圆曲线道路进行实例仿真,并分析加速度干扰值的变化过程及行车舒适性,分析结果表明圆曲线半径和行车速度均对行车舒适性有较大影响.新模型既可为全面准确评价行车舒适性提供定量的计算表达式,又可在圆曲线道路设计时提供一定的参数设计依据.     

微观仿真软件在公路安全性评价中的应用

现有公路安全性评价方法从公路线形几何条件、运行车速协调性等方面进行评价,是静态和局部的评价方法.利用微观交通仿真进行动态全局评价,不仅可以对公路线形实现连续评价,而且可以将驾驶行为、车辆类型比例、交通流量考虑在内,更加综合、全面地对公路安全性进行评价.以重庆长寿至梁平高速公路安全性评价为例,对提出的新方法与传统方法进行了验证和对比分析.     

基于视觉感知偏差的公路几何平纵协调性分析技术

用视觉平面分量指数表示驾驶员视觉感知平面信息和实际供给之间的偏差,以此为基础研究了一种公路平纵协调性新的分析技术.首先建立基于CatMull-Rom样条曲线的公路几何线形视觉模型,根据透视映射原理,完成了从视觉感知中心线到平面分量中心线的变换,然后在计算透视图形状参数的基础上,计算视觉平面分量指数并采用区间估计方法确定分析平纵协调性的分类阈值,最后结合以往进行过的公路平纵协调性评价的实例说明了具体的分析方法.该研究成果可以为有关公路几何线形平纵组合设计提供技术支持.     

曲率和挠率公式新证

利用曲率和挠率的一种新的几何意义 ,给出了曲率和挠率的计算公式的一种新的证法     

覆冰单导线舞动非线性数值模拟

为研究覆冰导线的舞动响应,针对覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,采用具有3个平动自由度和1个扭转自由度的两节点索单元,建立了考虑空气动力荷载与位移和速度耦合的舞动分析有限元模型。采用对加速度中心差分、对速度向后差分的时间积分法对舞动进行非线性数值求解。利用MATLAB编制了相应的计算程序。通过对算例的舞动数值模拟验证了该方法与程序的正确性;且具有较高的计算精度及效率;并利用该方法研究了风速对舞动的影响。研究结果表明在初始攻角不变的情况下,随着风速增大,导线的振幅不断增大;但导线竖向振幅增幅较大,水平向振幅增加较小;当风速增大到一定程度,竖向振幅增加开始变得不明显,振幅最终趋于稳定值。     

公路路线设计的一体化与可视化

针对现有的公路路线计算机辅助设计系统平、纵、横设计分离的弱点,提出并实现了一种新的公路路线设计方法:应用多视窗技术创建路线平、纵、横断面集成的路线一体化设计平台,应用ObjectARX的响应器和通知技术实现了路线平、纵、横的关联设计与交替设计.在此基础上,采用分割-归并思想建立了路线三维模型,应用视锥截取、LoD技术实现了路线三维模型的视相关简化,并开发了公路三维场景的实时动态浏览平台.最后将该平台与一体化设计系统集成,实现了路线设计的一体化与可视化.实践结果表明,该方法使常规的二维设计提升为三维可视化设计,能大幅度提高设计质量和效率.     

空间曲线的副法线曲面

利用活动标架及曲线的理论与性质等研究了曲线的副法线曲面,得到了一些特殊曲线的副法线曲面的特征,特别是确定了这些曲面上的一些特征曲线.根据曲面的平均曲率、高斯曲率及主曲率函数,得到了副法线曲面的极小轨迹和常高斯曲率曲线,以及曲线的挠率中心轨迹在该曲线的副法线曲面上的特殊性质.对Mannheim侣线的副法线曲面进行了研究,结果表明,沿Mannheim曲线的两个主曲率之比为-1;Mannheim曲线是Mannheim侣线的副法线曲面的极小轨迹.     

基于运动微分约束的机器人纵横向路径规划研究

传统机器人路径规划方法未解决机器人和局部路径连接处的运动微分约束问题;且可选路径均为近似结果,影响路径规划结果。为此,提出基于运动微分约束的机器人纵横向路径规划方法。利用微分约束设计纵横向协同三层规划方法,在进行局部规划的过程中,依据运动微分方程形成一段时间内的可行路径;在运动微分约束下,采用机器人与障碍物间的相对距离以及相对速度规划策略实现纵向规划,引入预瞄思想实现横向规划。按照纵横向规划结果及全局路径曲率设计纵横向综合控制器,使机器人实际运行路径与规划路径相同,以此实现机器人在复杂环境中的整体规划。实验结果表明,所提方法能够避开障碍物,规划路径短,机器人运行路径和规划路径偏差小。     

安徽传统村落空间格局分异测度

传统村落空间分布与自然和人文诸要素关联紧密.运用Arc GIS空间分析工具,对安徽传统村落自然和人文地理影响要素进行分析,并进一步对传统村落的内蕴空间信息进行规律分析,探查其空间分异特征。结果表明:高程、坡度、平面曲率等地形因子,以及降水量、森林覆盖率、公路密度、人口密度、人均耕地等因素对安徽传统村落空间分布影响明显,经济、坡向等因素影响具有复杂性和不确定性;安徽传统村落属凝集空间分布类型,形成一个极化密集区(皖南山区)和一个半环密集区(大别山区);安徽传统村落标准差椭圆均呈北西—南东(NW-SE)方向,在空间分布上受地形因子四要素控制,高程因素对传统村落空间聚合效应最强,地面平均曲率和海拔高程是安徽传统村落空间偏向NW-SE走向的控制因子;安徽传统村落局域关联特征为高高(HH)、低低(LL)聚集区域,缺乏高低(HL)、低高(LH)区域。     

非线性各向异性扩散的图像修复

根据图像曲率和梯度的特性引入扩散控制变量因子,提出非线性各向异性扩散的图像修复方法,能根据图像本身的几何信息进行不同方向和不同强度的扩散。其中关键参数p能根据图像局部几何信息的曲率和梯度自适应地改变,并控制扩散方向和扩散强度。扩散过程中,在图像的边缘区域,沿边缘方向扩散具有较大的扩散系数,沿垂直边缘方向扩散具有很小的扩散系数;在图像的平坦区域,向周围等强度扩散,而且扩散强度值较大。实验结果与经典的全变分、曲率驱动和P-laplace常数变分方法做比较,表明研究方法能对图像的破损区域进行修复,提高图像的质量。