基于图论的道路平面设计研究与软件开发

论文摘要

在国内市政工程建设中,道路平面设计是不可缺少的一部分。目前国内土木工程辅助设计软件其平面设计中还则存在着许多问题。这些软件重几何计算,轻数据结构;重单线,无系统,忽视了道路网的设计,没有将“带状问题”转换成“网状问题”来进行解决;重主线,无辅助线;软件中的图形对象只是简单对象,没有实体化,对象间没有任何关联,也没有横向、竖向的约束;并且计算慢,出错率高。故需要建立一个新的模型来解决上述问题。本文系统论述了图论以及约束模型在道路平面设计中的研究以及应用。本文的创新点在于:1、线元研究:可以任意在后台控制缓和曲线的坐标通式的余项,来控制缓和曲线的精度;突破了传统的缓和曲线的最大偏角为180度的极限,将最大偏角控制在900度;道路平面设计中的各种缓和曲线组合的算法进一步完善;2、模型建立:建立基于图论的约束模型,打破了传统的静态几何模型,适应动态设计和再设计的需求;3、编程思想:运用最新计算机编程理念(面向过程→面向对象→泛型)与STL,BGL和计算几何库四者结合,突破了传统的面向对象理念,提高计算速度,并且建立一个可以面向多个CAD的平台;本课题的研究成果,具有很强的现实意义。线元的深入研究满足了市政工程设计中的需求,提高了设计精确度。而基于图论的约束模型的建立将大大突破现行道路设计软件的表达瓶颈,实现动态设计与再设计的需求,同时将推动道路设计理论的进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.1.1 计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助设计（CAD）技术介绍
• 1.1.2 国内土木工程CAD 的发展阶段介绍
• 1.1.3 土木工程设计CAD 软件软构件技术介绍
• 1.1.4 道路平面设计方法介绍
• 1.2 国内外的研究状况
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 国内研究情况
• 1.2.3 结论
• 1.3 论文研究的目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 开发平台及主要的技术路线
• 1.4.1 采用的软件平台及开发工具
• 1.4.2 论文采用的软件技术和开发工具介绍
• 1.4.3 主要的技术路线
• 2 道路平面设计软件开发库的简介与开发
• 2.1 STL 的基本组成
• 2.1.1 STL 简介
• 2.1.2 模板与泛型
• 2.1.3 STL 算法
• 2.1.4 STL 容器
• 2.1.5 STL 迭代器
• 2.2 计算几何库的研究与开发
• 2.2.1 几何算法
• 2.2.2 wykobi 库简介
• 2.2.3 wykobi 库的数据结构
• 2.2.4 AutoCAD 二次开发与wykobi 库结合
• 2.2.5 wykobi 库在平面设计中的开发
• 2.3 BGL 的应用研究
• 2.3.1 BGL 介绍
• 2.3.2 BGL 中的泛型
• 2.3.3 BGL 中的图算法
• 2.3.4 BGL 实现的数据结构
• 2.3.5 BGL 在AutoCAD 二次开发中的应用
• 3 道路平面设计基本线元的研究
• 3.1 圆弧的拓展计算
• 3.1.1 问题的提出
• 3.1.2 求通过一个控制点并与两条直线相切的圆弧
• 3.1.3 求通过一个控制点并分别与一条直线和一个圆弧相切的圆弧
• 3.1.4 求通过一个控制点与两个圆弧相切（外切）的圆弧
• 3.1.5 已知n 个控制点，求与两条直线相切的圆弧半径
• 3.1.6 圆弧拓展计算在道路平面软件中的应用
• 3.2 缓和曲线坐标公式及精度的分析
• 3.2.1 完整缓和曲线的坐标计算公式
• 3.2.2 不完整缓和曲线的坐标计算公式
• 3.2.3 缓和曲线的精度分析
• 3.3 缓和曲线组合的算法研究
• 3.3.1 模式法的基本原理及其分类
• 3.3.2 各种组合的算法研究
• 4 道路平面设计基于图论的约束模型的研究
• 4.1 图论概述
• 4.1.1 图的相关概念
• 4.1.2 图的数据结构与线性链表的优缺点
• 4.1.3 图的数据结构的表达
• 4.1.4 图的搜索算法
• 4.2 道路平面设计图模型的建立
• 4.2.1 线元法模型的图模型
• 4.2.2 导线法模型的图模型
• 4.3 约束图模型建立与其求解算法的研究
• 4.3.1 约束分析及其图模型的建立
• 4.3.2 约束求解算法的研究
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献