本发明涉及信息模型技术领域，尤其涉及信息模型技术在路基工程中的应用。本发明提出了一种在路基工程中对原始三维地形面进行清表整平修正的计算方法。
背景技术：
在实际工程施工前需要对场地进行清表整平，清除地表杂物的同时填补地面凹坑或铲平地面凸起形成平整地面便于施工。对于信息模型中的三维地形网格面亦是如此。在信息模型软件中对工程结构实体建模前，也应对原始三维地形网格面进行清表整平修正，这样既可以更加精确的计算信息模型中地表上部和下部结构的位置、尺寸和工程量，又可以在出二维图时剖切出精准、整齐的地面线。以公路桩型复合地基加固工程为例，对信息模型软件中原始三维地形网格面进行清表整平修正可以：(1)更加准确的计算桩顶高程、桩长以及上部路堤填土工程量等信息；(2)剖切输出桩型复合地基加固横断面示意图时可以确保地面线精确、工整。
技术实现要素：
为避免在原始地形面上直接开展工程结构实体建模引起结构位置、尺寸和工程量等不准确以及二维出图时地面线的不准确、不工整，本发明基于信息模型技术提出了一种适用于路基工程的原始三维地形面清表整平修正方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种路基工程中原始三维地形面的清表整平修正方法，包括以下步骤：
步骤一，确定初步清表整平边界范围；
步骤二，初步计算清表整平后场地纵断面地面线；
步骤三，计算最终清表整平边界点并生成清表整平地面；
步骤四，生成清表整平地面与原始地形面间的接坡面。
进一步地，步骤一中计算清表整平边界范围需要获取的信息有原始地形面、路面中心线的平曲线和竖曲线、路线方向、路面宽度、路面坡度、路肩宽度、路肩坡度、路堤(路堑)坡度、接坡坡度、清表整平加宽以及清表厚度。
进一步地，步骤一包括：
①将路面中心线平曲线划分成n段并求解划分段落的n 1个分段路面中心点的坐标；
②根据分段路面中心点坐标、路面宽度和坡度、路肩宽度和坡度，求解n 1个分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标；
③根据分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标、路堤(路堑)坡度以及清表整平加宽求解两侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点以及清表整平边界点；
④由n 1个分段路面中心点所在横断面内两侧清表整平边界点所确定的范围即为初步清表整平的范围。
进一步地，将平曲线分为n段的方法是，先给出一个分段长度值l，使用平曲线总长反复扣除分段长度值l，直至剩余长度小于分段长度值l，此时前n-1个分段的长度相同均为分段长度值l，最后一段的长度等于剩余长度。
进一步地，n 1个分段路面中心点均根据路线方向判断起点，并依次编号。
进一步地，所述路肩与路堤(路堑)边坡交点和路堤(路堑)边坡与原始地形交点中，被求解点的水平坐标，是在分段路面中心点的水平坐标和水平偏移值的基础上采用偏移算法计算得到。
进一步地，偏移算法的实现包含以下步骤：
偏移算法步骤一，在水平面内计算每个分段路面中心点处路面中心线平曲线的切线和法线方程；
偏移算法步骤二，由路线方向信息和每个分段路面中心点处的切线方程确定该分段路面中心点处切向量，切向量指向与路线方向一致且与切线方程平行；
偏移算法步骤三，由每个分段路面中心点处的切向量与法线方程确定单位法向量，单位法向量位于切向量水平面内顺时针旋转90°的方向且与法线方程平行；
偏移算法步骤四，由分段路面中心点、分段路面中心点处的单位法向量和水平偏移值计算偏移点的水平坐标，偏移点的水平坐标为单位法向量乘以水平偏移值加上分段路面中心点水平坐标。
进一步地，偏移算法中的单位法向量的模等于一。
进一步地，所述水平偏移值，是以同一横断面内分段路面中心点为基准，其绝对值大小等于该点与分段路面中心点的水平距离，根据路线前进方向划分左右，偏左为负值，偏右为正值。
进一步地，所述路堤(路堑)边坡与原始地形交点，是在路肩与路堤(路堑)边坡交点和不同水平偏移值增量的基础上，通过偏移算法和竖向投影算法在原始地形面上直接求得或得到位于路堤(路堑)边坡与原始地形交点两侧的两个地面点，若为后者则再在这两个地面点水平偏移值增量的基础上依据二分法原理求解路堤(路堑)边坡与原始地形交点。
进一步地，计算路堤(路堑)边坡与原始地形交点的详细步骤如下：
步骤一三一，给出水平偏移值增量，并与对应分段路面中心点所处横断面内同侧路肩与路堤(路堑)边坡交点水平偏移值相加得到新的水平偏移值。通过新的水平偏移值和偏移算法计算过程点的水平坐标；
步骤一三二，通过竖向投影算法计算过程点投影到原始地形面上的高程，并将其作为过程点的高程，得到过程点的空间坐标；
步骤一三三，计算该横断面内过程点与同侧路肩与路堤(路堑)边坡交点间高差绝对值和两点间水平距离的比值r1，比较比值r1与路堤(路堑)坡度大小，如果比值r1与路堤(路堑)坡度差异满足精度要求，将该过程点的水平偏移值和空间坐标记录为路堤(路堑)边坡与原始地形交点，且直接结束；如果比值r1与路堤(路堑)坡度的差异在精度要求范围外且大于路堤(路堑)坡度，取新的水平偏移值增量为原水平偏移值增量的两倍，并重复步骤一三一、一三二和一三三；如果比值r1与路堤(路堑)坡度的差异在精度要求范围外且小于路堤(路堑)坡度，记录该点及上一个点的水平偏移值增量和空间坐标并执行下一步骤；
步骤一三四，在记录的两个水平偏移值增量之间利用二分法和竖向投影算法在原始地形面上求解与路堤(路堑)坡度差满足精度要求的水平偏移值增量及对应的过程点空间坐标，并将其确定为该横断面内路堤(路堑)边坡与原始地形交点。
进一步地，所述水平偏移值增量，在求解左侧时为负，求解右侧时为正。
进一步地，步骤一三四中记录的水平偏移值增量小于两个，即第一次取水平偏移值增量计算比值r1时，其与路堤(路堑)坡度的差异在精度要求范围外且小于路堤(路堑)坡度，则在0与唯一一个记录的水平偏移值增量间值执行步骤一三四。
进一步地，所述清表整平边界点，是在路堤(路堑)边坡与原始地形交点的基础上沿两侧向外再偏移一个清表整平加宽并向原始地形进行竖向投影求得；
进一步地，步骤二包括：
①在n 1个分段路面中心点所在横断面内，由两侧清表整平边界点确定的范围内计算原始地形横断面平均高程；
②由n 1个分段路面中心点与起点间路面中心线平曲线的长度作为横坐标，对应横断面的原始地形横断面平均高程减去清表厚度作为纵坐标，形成n 1个纵断面散点；
③采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合，得到清表整平后纵断面地面线，并计算n 1个纵断面散点横坐标对应分段多项式曲线的纵坐标值，记为对应横断面清表整平后的横断面平均高程。
进一步地，原始地形横断面平均高程通过在对应横断面的清表整平范围内取k个横断面等分点并计算它们在原始地形面上的竖向投影高程，同时联合该横断面的2个清表整平边界点在原始地形面上的竖向投影高程计算平均值获得；k个横断面等分点与2个清表整平边界点中所有相邻两点间的水平间距相等。
进一步地，采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合的步骤如下：
步骤二四一，判断n 1个纵断面散点是否可以分段，若不可以则直接选取多项式进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与该段内纵断面散点的相关系数大于某个值r12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等；若可以进行分段则执行步骤二四二；
步骤二四二，将n 1个纵断面散点分为两段，选取合适的多项式对第一个分段内的纵断面散点进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与第一个分段内纵断面散点的相关系数大于某个值r12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等；若能得到拟合结果，则记录该多项式曲线和该分段最后一个纵断面散点横坐标处对应多项式曲线的纵坐标值和斜率，同时对相邻下一分段执行步骤二四三；如若不能达到执行步骤二四四；
步骤二四三，对分段进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与该分段内纵断面散点的相关系数大于某个值r12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等，③要求该分段内第一个纵断面散点横坐标处对应多项式曲线的值和斜率与上一分段最后一个纵断面散点横坐标对应多项式曲线处的纵坐标值和斜率相同；若能满足则记录该多项式曲线和该分段最后一个纵断面散点横坐标对应多项式处的纵坐标值和斜率，同时针对之后分段重复执行步骤二四三，若不能达到要求执行步骤二四四；
步骤二四四，将分段再分为2段，对再次分区分段后的各分段执行步骤二四二和二四三或只执行步骤二四三。
进一步地，所述分段将纵断面散点分为2段，分段要求，2段内的纵断面散点数差值最小；相邻分段中上一分段最后一个纵断面散点与下一分段第一个纵断面散点为同一点；各分段内的纵断面散点数目不得小于某一设定值。
进一步地，步骤二四四中再次分区分段后的任何一个分段前若存在其它分段，则对该分段应跳过步骤二四二，直接执行步骤二四三。
进一步地，步骤二四中如若分段内的散点数再进行分段将小于np，且当前拟合的相关系数仍然小于r12，则更换多项式进行拟合。
进一步地，步骤三可分为：
①读取n 1个分段路面中心点所在横断面内清表整平后的横断面平均高程；读取k个横断面等分点和两个清表整平边界点的水平偏移值和坐标，以它们的水平偏移值作为横坐标，以它们在原始三维地形上的竖向投影高程减去清表厚度作为纵坐标，形成k 2个横断面散点；
②依据最小二乘法原理，采用直线对每个横断面内的横断面散点进行拟合得到清表整平后横断面地面线；
③计算左右两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点，再向外侧偏移一个清表整平加宽大小的偏移值并向清表整平后的横断面地面线作竖向投影，以此重新确定该横断面的清表整平范围，并更新k个横断面等分点、原始地形横断面平均高程和n 1个纵断面散点；
④计算并判断更新后的纵断面散点与清表整平后纵断面地面线方程的相关系数是否满足要求，若不满足要求则重新拟合清表整平后纵断面地面线，并更新对应横断面清表整平后的横断面平均高程，返回步骤三初始重复执行，直至满足要求；
⑤根据最终清表整平范围得到的清表整平边界点生成清表整平后横断面地面网格。
进一步地，所述采用直线对每个横断面内的横断面散点进行拟合，依据最小二乘法原理进行拟合，同时要求：①相关系数大于某一设定值，②拟合后横断面散点横坐标对应拟合直线的纵坐标平均值与清表整平后的横断面平均高程相等。
进一步地，计算左右两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点步骤如下：
步骤三四一，在横断面所在二维平面内建立二维坐标系，将该横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点空间坐标、路堤(路堑)边坡空间向量全部转换至对应二维坐标系内；
步骤三四二，将清表整平横断面地面线拟合直线方程写成右侧为零的形式，同时将二维坐标系内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点坐标带入方程计算方程左值，如若方程左值满足精度则记录该点为二维坐标系内两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点；若不满足精度则执行步骤三四三；
步骤三四三，取一个伸长值，同时进行两组计算。第一组用伸长值乘上二维路堤边坡单位向量加上两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点水平坐标相加得到伸长点，将伸长点坐标带入清表整平横断面地面线拟合直线方程计算方程左值，判断是否满足精度要求，若满足则记录并结束；若不满足精度要求且新方程左值的正负号相较于上一次计算的方程左值未发生变化，则继续用与之前的伸长值乘以二维路堤边坡单位向量加上之前计算所得的伸长点坐标再得到一个新伸长点，并再次带入清表整平横断面地面线拟合直线方程计算方程左值，反复执行该过程直至该组结束或方程左值正负号相较于上一次计算的结果发生变化；第二组中，用路堑边坡单位向量替换路堤边坡单位向量，其它计算过程与第一组相同；上述两组计算过程同时进行，任何一组结束，则全部结束，并记录方程左值发生变化时伸长点及该组内上一个点坐标；
步骤三四四，利用二分法思想在该伸长点与上一个点之间求解一个点使其带入清表整平横断面地面线拟合直线方程计算的方程左值满足精度要求，将该点记录为二维坐标系内两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点；
步骤三四五，在原三维空间下计算两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后修整地形的交点的水平偏移值和空间坐标。
进一步地，步骤三四一中路堤(路堑)边坡空间向量具有以下特征：①以该横断面两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点为起点，②位于该横断面所在平面内，③在该横断面所在平面内的斜率等于路堤或路堑坡度，④该向量的水平投影向量指向道路外侧。
进一步地，步骤三四一中二维水平坐标系以水平偏移值为横坐标，以原三维空间下的高程为纵坐标。
进一步地，步骤三四五中计算原三维空间下的坐标，以二维平面内该点的横坐标作为水平偏移值，再通过该横断面内分段路面中心点的水平坐标和偏移算法计算该点的水平坐标，三维空间下的纵坐标仍然等于二维平面内的纵坐标。
进一步地，所述计算并判断更新后的纵断面散点与清表整平后纵断面地面线方程的相关系数是否满足要求，是通过读取已有分段信息，并依分段顺序逐个比较各分段内更新后纵断面散点与清表整平后纵断面地面线方程的相关系数是否满足要求，若满足则保留该分段清表整平后纵断面地面线方程，若不满足则从第一个不满足要求的分段开始对该分段和之后的分段全部重新拟合；
进一步地，所述生成清表整平后横断面地面网格，在网格生成前应检查角点是否重合，若重合则不生成该三角网；
进一步地，步骤四可分为：
步骤四一，读取最终的各个横断面内两侧清表整平边界点的水平偏移值和空间坐标；
步骤四二，用横断面内两侧清表整平边界点替代横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点，以接坡坡度代替路堤(路堑)坡度，采用与计算路堤(路堑)边坡与原始地形交点的相同方法计算接坡与原始地形的交点；
步骤四三，利用循环从第一个横断面开始执行，由该横断面内同侧清表整平边界点和接坡与原始地形交点与下一横断面内同侧清表整平边界点和接坡与原始地形交点分别生成两个不重合的三角网，依次执行直到所有横断面间同侧的接坡三角网生成。
进一步地，步骤四三中三角网生成前，需对三个角点坐标进行检查，检查是否存在相同点，如若存在则不生成该三角网。
本发明相对于现有技术的有益效果在于：
对原始三维地形进行清表整平修正，可以：(1)更加精确的计算信息模型中地表上部和下部结构的位置、尺寸和工程量；(2)在出二维图时可以剖切出精准、整齐的地面线。
附图说明
图1为一种路基工程中原始三维地形面的清表整平修正方法流程图；
图2为路面中心线平曲线和原始三维地形面俯视图；
图3为路面中心线平曲线和竖曲线的纵断面图；
图4为道路横断面图；
其中：1——原始三维地形网格；2——路面中心线平曲线；3——路面中心线竖曲线；4——分段路面中心点；5——路面与路肩交点；6——路肩与路堤(路堑)边坡交点；7——路堤(路堑)边坡与原始地形交点；8——接坡与原始地形交点；9——路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点；10——路面坡度；11——路肩坡度；12——路堤(路堑)坡度；13——路线方向；14——路堤(路堑)边坡；15——接坡；16——接坡坡度；17——路肩宽度；18——路面宽度；19——清表整平边界点；20——清表整平加宽。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行全面、详细的讲解。显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，并非全部的实施例。
s1：参阅图1，首先获取原始三维地形网格1、路面中心线平曲线2、路面中心线竖曲线3、路面坡度10(公式中以sf替代)、路肩坡度11(公式中以ss替代)、路堤(路堑)坡度12(公式中以se替代)、路线方向13、接坡坡度16(公式中以sa替代)、路肩宽度17(公式中以ws替代)、路面宽度18(公式中以wf替代)、清表整平加宽20(公式中以aw替代)、清表厚度(公式中以cd替代)；计算过程中采用(x,y,z)代表点的三维空间坐标值，以p点为例，其空间坐标写为(xp,yp,zp)；采用(x,y)代表横断面所在二维平面内的坐标值，以p点为例，写为(xp,yp)；实施例中m＝0,1kn，h＝1,2kk，i＝1,2kn，[]代表取整函数，二维向量采用
s2：给定分段长度值l，计算路面中心线平曲线2总长度记为l，使用路面中心线平曲线2总长度l反复减去分段长度值l，直至剩余长度小于分段长度值l，此时分段数目n等于分段长度值l的被减次数加一，同时前n-1分段的长度为l，最后一个分段的长度为最终的剩余长度；
s3：通过路线方向13、路面中心线平曲线2和路面中心线竖曲线3计算路面中心线起点mp0和终点mpn的空间坐标，然后依次计算与路面中心线起点间路面中心线平曲线2长度为1l,2lk(n-1)l的点的空间坐标，依次记为mp1,mp2kmpn-1，上述亦n 1个点亦称之为分段路面中心点；
在水平面内计算路面中心线平曲线2在n 1个分段路面中心点处的切线和法线方程；计算平行于切线方程且方向与路线方向一致的向量，并记为各分段路面中心点的切向量；计算平行于法线方程、位于切向量水平面内顺时针旋转90°方向且模为一的向量，并记为各分段路面中心点单位法向量(v0,v1kvn)；
s4：计算n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面内左右两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点6的水平偏移值和空间坐标，左侧空间坐标记为lsp0,lsp1klspn，水平偏移值记为lsd0,lsd1klsdn；右侧空间坐标记为rsp0,rsp1krspn，水平偏移值记为rsd0,rsd1krsdn；计算公式为：
s5：计算n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面内左右两侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点7的水平偏移值和空间坐标，左侧空间坐标记为lfp0,lfp1klfpn，水平偏移值记为lfd0,lfd1klfdn；右侧空间坐标记为rfp0,rfp1krfpn，水平偏移值记为rfd0,rfd1krfdn；在此基础上再向外侧偏移一个清表整平加宽20的偏移值aw并向原始三维地形网格1竖向投影，得到两侧清表整平边界点的水平偏移值和空间坐标，左侧空间坐标记为lap0,lap1klapn，水平偏移值记为lad0,lad1kladn；右侧空间坐标记为rap0,rap1krapn，水平偏移值记为rad0,rad1kradn；以左侧为例计算过程如下：
s5.1：给出一个水平偏移值增量c1(计算左侧时为负值，计算右侧时为正值)，计算左侧临时点ltp的水平偏移值和空间坐标，xltp和yltp计算公式如下：
s5.2：计算左侧临时点ltp与左侧路肩与路堤(路堑)边坡交点6的高程差绝对值与水平距离绝对值的比值
s5.3：读取水平偏移值增量ck和ck-1，如若k＝1，则用0替代ck-1的值；在ck和ck-1之间采用二分法思想并通过s5.1和s5.2中公式求解满足|r1-se|≤e1的水平偏移值增量及对应的空间坐标，记录为左侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点7的水平偏移值和空间坐标；
s5.4：左侧清表整平边界点19的水平偏移值和空间坐标计算公式如下：ladm＝lfdm-aw，
采用与s5.1～s5.4相同的方法可求解右侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点7以及清表整平边界点19的水平偏移值和空间坐标；
s6：读取n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面两侧清表整平边界点19的水平偏移值和空间坐标；横断面内，在由左侧至右侧清表整平边界点19间计算k个横断面等分点的水平偏移值(cdm1,cdm2kcdmk)和空间坐标(cpm1,cpm2kcpmk)，计算方法如下：
s7：计算n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面内k个横断面等分点和两侧清表整平边界点19在原始三维地形网格1上的竖向投影高程平均值，并将其作为该横断面的原地形平均高程(oh0,oh1kohn)；
s8：取n 1个纵断面散点，依次计算mp0～mpn与mp0之间路面中心线平曲线2的长度作为n 1个纵断面散点的横坐标vx0～vxn，读取oh0～ohn并用其减去清表厚度作为n 1个纵断面散点的纵坐标vy0～vyn；
s9：采用分段多项式对n 1个纵断面散点(vx0,vy0)～(vxn,vyn)进行拟合，并将拟合的分段多项式曲线确定为清表整平后场地纵断面地面线，拟合过程如下：
s9.1：给出一个整数np用于控制各分段的散点数，将n 1个散点分为两段
s9.2：判断该分段前是否有其它分段，若存在则读取上一分段内最后一个纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标值和斜率；依据最小二乘法原理对该分段采用多项式进行拟合，拟合要求：①满足相关系数大于r12，②控制该分段内纵断面散点对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点的纵坐标平均值相等，③若该分段前存在其它分段，还应要求该分段内第一个纵断面散点对应的纵坐标值和斜率与上一分段内最后一个纵断面散点处多项式曲线的纵坐标值和斜率相等；若得到拟合结果，记录该分段最后一个纵断面散点处多项式曲线的纵坐标值和斜率，此时再判断该分段后是否有其它分段，有则对下一分段重复执行s9.2，没有则结束；如若无法得到拟合结果，则执行s9.3；
s9.3：采用s9.1的方式判断该分段是否可以再次分段；若可以再次分段，则将该分段再次分为两段依次执行s9.2；若无法再次分段则执行s9.4；
s9.4：更换拟合多项式后再执行s9.2；
s10：读取清表整平后场地纵断面地面线，计算n 1个纵断面散点横坐标在清表整平后场地纵断面地面线对应的纵坐标值nvy0～nvyn，并将其确定为n 1个横断面的清表整平后的横断面平均高程；
s11：读取n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面中，每个横断面内k个横断面等分点和两侧清表整平边界点19的水平偏移值和空间坐标，并计算各点向原始三维地形网格1的投影高程；采用其水平偏移值(cdm1～cdmk)作为横坐标，采用投影高程减去清表厚度作为纵坐标，形成k 2个横断面散点；
s12：对n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面中每个横断面内k 2个横断面散点采用直线并依据最小二乘法原理进行拟合，拟合要求：①满足相关系数大于
s13：求解n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面内路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点9的水平偏移值(左侧为lcd0～lcdn，右侧为rcd0～rcdn)和空间坐标(左侧为lcp0～lcpn，右侧为rcp0～rcpn)，在此基础上沿两侧向外偏移一个清表整平加宽20的偏移量，并向清表整平后横断面地面线竖向投影，以此更新清表整平边界点19的水平偏移值和空间坐标；以左侧为例，计算方法如下：
s13.1：读取左侧路肩与路堤(路堑)边坡交点6的水平偏移值和空间坐标、路堤(路堑)坡度12以及清表整平后横断面地面线方程；在横断面内以水平偏移值作为横坐标，高程作为纵坐标建立二维坐标系(x,y)；该二维坐标系下左侧路肩与路堤(路堑)边坡交点6的坐标为
s13.2：将清表整平后横断面地面线y＝fm(x)方程写成右侧为零的形式fm(x,y)＝0，将左侧路肩与路堤(路堑)边坡交点6的二维坐标
s13.3：给出伸长值ex，同时进行两组计算，第一组采用路堤边坡单位向量，第二组采用路堑边坡单位向量；用伸长值分别乘以路堤边坡单位向量和路堑边坡单位向量并加上二维坐标系下左侧路肩与路堤(路堑)边坡交点6的坐标，得到两个新的坐标
s13.4：读取s13.3中方程左值正负号发生变化时的坐标及同组中上一次的坐标，利用二分法思想在两个点之间求解二维坐标系下左侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点9的坐标；
s13.5：以二维坐标系下横坐标作为水平偏移值，利用该横断面内的分段路面中心点及偏移算法在三维空间下计算水平坐标，同时以二维坐标系下的纵坐标作为三维空间坐标的高程，则求得原三维空间下左侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点9的空间坐标；
s13.6：在左侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点9的基础上再向左侧偏移一个清表整平加宽20大小的偏移值，并向清表整平后的横断面地面线竖向投影，求得左侧清表整平边界点19的水平偏移值和空间坐标
同理可求解右侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点9和清表整平边界点19的水平偏移值及空间坐标；
s14：在n 1个分段路面中心点(mp0～mpn)所在横断面中两侧清表整平边界点19间更新k个横断面等分点的水平偏移值和空间坐标；再以每个横断面内k个横断面等分点和清表整平边界点19在原始三维地形网格1上的竖向投影高程平均值更新原地形平均高程(oh0～ohn)和n 1个纵断面散点(vx0,vy0)～(vxn,vyn)；
s15：读取s9中的分段信息和对应的分段多项式曲线方程，比较各分段内新的纵断面散点与原多项式曲线相关系数是否满足要求，若全部满足则执行s16；若不满足从第一个不满足要求的分段开始，对该分段和其之后的分段采用与s9相同的方法进行拟合，并更新清表整平后场地纵断面地面线返回s10重新计算；
s16：读取最终两侧清表整平边界点19的空间坐标lap0～lapn和rap0～rapn，每两个横断面间分别以
s17：采用与s5相同的方法，以清表整平边界点19代替路肩与路堤(路堑)边坡交点6，接坡坡度16代替路堤(路堑)坡度12，计算左右两侧接坡与原始地形交点8；
s18：采用与s16相同的方法，通过同侧接坡与原始地形交点8和清表整平边界点19生成左右两侧接坡15的三角网。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，确定初步清表整平边界范围；
步骤二，初步计算清表整平后场地纵断面地面线；
步骤三，计算最终清表整平边界点并生成清表整平地面；
步骤四，生成清表整平地面与原始地形面间的接坡面。
2.根据权利要求1所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，步骤一包括：
①将路面中心线平曲线划分成n段并求解划分段落的n 1个分段路面中心点的坐标；
②根据分段路面中心点坐标、路面宽度和坡度、路肩宽度和坡度，求解n 1个分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标；
③根据分段路面中心点所在横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点的坐标、路堤(路堑)坡度以及清表整平加宽求解两侧路堤(路堑)边坡与原始地形交点以及清表整平边界点；
④由n 1个分段路面中心点所在横断面内两侧清表整平边界点所确定的范围即为初步清表整平的范围。
3.根据权利要求2所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，在路肩与路堤(路堑)边坡交点和不同水平偏移值增量的基础上，通过偏移算法和竖向投影算法在原始地形面上直接求得路堤(路堑)边坡与原始地形交点或位于路堤(路堑)边坡与原始地形交点两侧的两个地面点，若为后者则再在这两个地面点水平偏移值增量的基础上依据二分法原理求解路堤(路堑)边坡与原始地形交点。
4.根据权利要求3所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，偏移算法的实现包含以下步骤：
偏移算法步骤一，在水平面内计算每个分段路面中心点处路面中心线平曲线的切线和法线方程；
偏移算法步骤二，由路线方向信息和每个分段路面中心点处的切线方程确定该分段路面中心点处切向量，切向量指向与路线方向一致且与切线方程平行；
偏移算法步骤三，由每个分段路面中心点处的切向量与法线方程确定单位法向量，单位法向量位于切向量水平面内顺时针旋转90°的方向且与法线方程平行；
偏移算法步骤四，由分段路面中心点、分段路面中心点处的单位法向量和水平偏移值计算偏移点的水平坐标，偏移点的水平坐标为单位法向量乘以水平偏移值加上分段路面中心点水平坐标。
5.根据权利要求1所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，步骤二包括：
①在n 1个分段路面中心点所在横断面内，由两侧清表整平边界点确定的范围内计算原始地形横断面平均高程；
②由n 1个分段路面中心点与起点间路面中心线平曲线的长度作为横坐标，对应横断面的原始地形横断面平均高程减去清表厚度作为纵坐标，形成n 1个纵断面散点；
③采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合，得到清表整平后纵断面地面线，并计算n 1个纵断面散点横坐标对应分段多项式曲线的纵坐标值，记为对应横断面清表整平后的横断面平均高程。
6.根据权利要求5所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，原始地形横断面平均高程通过在对应横断面的清表整平范围内取k个横断面等分点并计算它们在原始地形面上的竖向投影高程，同时联合该横断面的2个清表整平边界点在原始地形面上的竖向投影高程计算平均值获得；k个横断面等分点与2个清表整平边界点中所有相邻两点间的水平间距相等。
7.根据权利要求5所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，采用分段多项式曲线对纵断面散点进行拟合的步骤如下：
步骤二四一，判断n 1个纵断面散点是否可以分段，若不可以则直接选取多项式进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与第一个分段内纵断面散点的相关系数大于某个值r12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等；若可以进行分段则执行步骤二四二；
步骤二四二，将n 1个纵断面散点分为两段，选取合适的多项式对第一个分段内的纵断面散点进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与第一个分段内纵断面散点的相关系数大于某个值r12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等；若能得到拟合结果，则记录该多项式曲线和该分段最后一个纵断面散点横坐标处对应多项式曲线的纵坐标值和斜率，同时对相邻下一分段执行步骤二四三；如若不能达到执行步骤二四四；
步骤二四三，对分段进行拟合，拟合要求：①多项式曲线与该分段内纵断面散点的相关系数大于某个值r12，②控制纵断面散点横坐标对应多项式曲线的纵坐标平均值与纵断面散点纵坐标平均值相等，③要求该分段内第一个纵断面散点横坐标处对应多项式曲线的值和斜率与上一分段最后一个纵断面散点横坐标对应多项式曲线处的纵坐标值和斜率相同；若能满足则记录该多项式曲线和该分段最后一个纵断面散点横坐标对应多项式处的纵坐标值和斜率，同时针对之后分段重复执行步骤二四三，若不能达到要求执行步骤二四四；
步骤二四四，将分段再分为两段，对再次分区分段后的各分段执行步骤二四二和二四三或只执行步骤二四三。
8.根据权利要求1所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，步骤三包括：
①读取n 1个分段路面中心点所在横断面内清表整平后的横断面平均高程；读取k个横断面等分点和两个清表整平边界点的水平偏移值和坐标，以它们的水平偏移值作为横坐标，以它们在原始三维地形上的竖向投影高程减去清表厚度作为纵坐标，形成k 2个横断面散点；
②依据最小二乘法原理，采用直线对每个横断面内的横断面散点进行拟合得到清表整平后横断面地面线；
③计算左右两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点，再向外侧偏移一个清表整平加宽大小的偏移值并向清表整平后的横断面地面线作竖向投影，以此重新确定该横断面的清表整平范围，并更新k个横断面等分点、原始地形横断面平均高程和n 1个纵断面散点；
④计算并判断更新后的纵断面散点与清表整平后纵断面地面线方程的相关系数是否满足要求，若不满足要求则重新拟合清表整平后纵断面地面线，并更新对应横断面清表整平后的横断面平均高程，返回步骤三初始重复执行，直至满足要求；
⑤根据最终清表整平范围确定的清表整平边界点生成清表整平后横断面地面网格。
9.根据权利要求8所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，计算左右两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点步骤如下：
步骤三四一，在横断面所在二维平面内建立二维坐标系，将该横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点空间坐标、路堤(路堑)边坡空间向量全部转换至对应二维坐标系内；
步骤三四二，将清表整平横断面地面线拟合直线方程写成右侧为零的形式，同时将二维坐标系内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点坐标带入方程计算方程左值，如若方程左值满足精度则记录该点为二维坐标系内两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点；若不满足精度则执行步骤三四三；
步骤三四三，取一个伸长值，同时进行两组计算。第一组用伸长值乘上二维路堤边坡单位向量加上两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点水平坐标相加得到伸长点，将伸长点坐标带入清表整平横断面地面线拟合直线方程计算方程左值，判断是否满足精度要求，若满足则记录并结束；若不满足精度要求且新方程左值的正负号相较于上一次计算的方程左值未发生变化，则继续用与之前的伸长值乘以二维路堤边坡单位向量加上之前计算所得的伸长点坐标再得到一个新伸长点，并再次带入清表整平横断面地面线拟合直线方程计算方程左值，反复执行该过程直至该组结束或方程左值正负号相较于上一次计算的结果发生变化；第二组中，用路堑边坡单位向量替换路堤边坡单位向量，其它计算过程与第一组相同；上述两组计算过程同时进行，任何一组结束，则全部结束，并记录方程左值发生变化时伸长点及该组内上一个点坐标；
步骤三四四，利用二分法思想在该伸长点与上一个点之间求解一个点使其带入清表整平横断面地面线拟合直线方程计算的方程左值满足精度要求，将该点记录为二维坐标系内两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后横断面地面线的交点；
步骤三四五，在原三维空间下计算两侧路堤(路堑)边坡与清表整平后修整地形的交点的水平偏移值和空间坐标。
10.根据权利要求1所述的一种路基工程中原始三维地形面的清表整平的修正方法，其特征在于，步骤四包括：
①读取最终的各个横断面内两侧清表整平边界点的水平偏移值和空间坐标；
②用横断面内两侧清表整平边界点替代横断面内两侧路肩与路堤(路堑)边坡交点，以接坡坡度代替路堤(路堑)坡度，采用与计算路堤(路堑)边坡与原始地形交点的相同方法计算接坡与原始地形的交点；
③步骤四三，利用循环从第一个横断面开始执行，由该横断面内同侧清表整平边界点和接坡与原始地形交点与下一横断面内同侧清表整平边界点和接坡与原始地形交点分别生成两个不重合的三角网，依次执行直到所有横断面间同侧的接坡三角网生成。
技术总结