基于Google Earth数据源的平面自动定线技术研究

论文摘要

公路选线设计在公路建设的预可行阶段,有时会由于缺少选线区域的地形资料导致该阶段选线的困难。为此,有必要提出一种新的选线方法,利用现有的Google Earth等数字地球技术,解决线路设计中地形资料获取等问题。同时,为了减轻设计人员的工作量及提高选线的自动化,本文对公路选线设计中的平面自动优化定线方法进行了深入的分析,相关研究内容及成果如下：(1)分析了以Google Earth为代表的数字地球在国内外的应用现状,提出了使用Google Earth数字地球作为公路选线的设计平台,并介绍了该平台的系统设计目标、工作流程及所需的计算机技术。(2)利用Google Earth COM API,实现了从Google Earth快速获取选线区域的地形数据,并将Google Earth下载数据与工程实测数据精度进行对比统计分析,得出了Google Earth地形数据精度能够满足公路选线在预可行阶段对地形数据精度要求的结论。除此之外,对下载数据进行坐标转换及混合表面建模处理,建立了基于Google Earth地形数据的数字地面模型。实验证明,该数字地面模型能够很好的与Google Earth平台上展示的影像图形相匹配,具有相对较高的精度。(3)建立了平面线形优化的数学模型。为使优化过程能够较为快速地执行,对详细形式的公路建设费用目标函数进行了简化,得到了简单形式的目标函数作为遗传算法的适应度函数。优化过程主要分为两个阶段执行：第一个阶段为不考虑平面约束条件,使用平面链式线路折线点的平面坐标作为设计变量；第二个阶段为考虑平面约束条件,使用初始平面设计线的交点平面坐标及圆曲线半径作为设计变量。(4)使用GAlib类库技术,基于本文建立的数字地面模型及平面线形优化的数学模型,实现了在选线区域中进行优化定线。通过将最终优化线形与既有线形的相关数据进行对比分析,实验证明优化线路的土石方填挖较为平衡,且在不考虑桥隧等设施的情况下,优化线路较既有线路土石方量更省。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究意义
• 1.2.1 数字地球技术应用于公路选线
• 1.2.2 智能算法应用于公路优化选线
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 论文结构
• 第二章 系统总体构架设计
• 2.1 系统设计目标
• 2.2 系统工作流程
• 2.3 系统开发技术
• 2.3.1 多线程技术
• 2.3.2 内存映射文件技术
• 2.3.3 Google Earth COM API
• 2.3.4 libkml类库
• 2.3.5 GAlib类库
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于Google Earth地形数据建立数字地面模型
• 3.1 概述
• 3.2 基于Google Earth地形数据的获取
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 获取Google Earth地形数据
• 3.2.3 管理Google Earth地形数据
• 3.2.4 验证Google Earth高程精度
• 3.3 不同坐标系统之间的相互转换
• 3.3.1 常用坐标系统简介
• 3.3.2 大地坐标系与空间直角坐标系的换算方法
• 3.3.3 不同空间直角坐标系转换理论
• 3.3.4 高斯平面直角坐标系
• 3.3.5 坐标系统转换理论精度分析
• 3.4 数字高程模型表面建模
• 3.4.1 格网网络模型
• 3.4.2 不规则三角网的形成
• 3.4.3 建立基于Google Earth地形数据的数字地面模型
• 3.4.4 验证所建立的数字地面模型是否正确
• 3.5 本章小结
• 第四章 平面线形优化的数学模型
• 4.1 概述
• 4.2 设计变量
• 4.3 目标函数
• 4.3.1 详细形式的目标函数
• 4.3.2 简单形式的目标函数
• 4.4 约束条件
• 4.4.1 规范、技术标准约束
• 4.4.2 约束条件的处理
• 4.5 本章小结
• 第五章 遗传算法优化平面线形
• 5.1 概述
• 5.2 遗传算法基本原理
• 5.2.1 编码设计
• 5.2.2 适应度函数
• 5.2.3 选择方法
• 5.2.4 算子设计
• 5.2.5 终止准则
• 5.2.6 参数确定
• 5.3 GAlib类库应用于公路优化定线
• 5.3.1 生成平面链式线路
• 5.3.2 圆顺平面链式线路
• 5.3.3 生成初始平面方案
• 5.3.4 优化初始平面方案
• 5.3.5 优化结果对比分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及进一步的研究和建议
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的研究和建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况