一种基于结构化数字底图与线路里程映射的方法与流程

本发明涉及轨道交通的，尤其是一种基于结构化数字底图与线路里程映射的方法。

背景技术：

1、轨道交通是一个多专业、长生命期、涉及高架、地面、地下的立体交通系统，轨行区是保持其交通功能的主要功能区。在轨道交通的规划、设计、施工及运营维护的全生命周期中，线路平面图、纵断面图及平纵断面图是各专业协同工作的基础性图纸资料，承载着线路的精确几何信息、沿线设备分布信息以及各专业的空间位置关系。

2、目前，轨道交通线路设计成果主要以cad格式文件交付，包含线路的平面曲线要素表、逐桩坐标表、纵断面变坡点信息等，其精度高、信息完整，在线路设计、施工放样等建设阶段发挥了关键作用。然而，随着城市轨道交通由大规模建设期逐步转入运营维护期，以cad为代表的传统设计成果交付形式在运维阶段的数字化应用中暴露出越来越明显的局限性。

3、现有技术存在的主要问题如下：

4、（1）cad设计成果在互联网和数字化场景中难以直接应用：

5、轨道交通线路平纵断面图是一类与gis坐标一一映射的曲线组合，具有里程单一性和长度、走向表达准确性的特点。然而，现有的设计成果均为cad格式文件，其底层数据结构和存储方式面向打印出图和专业设计软件而设计，不易于在web端、移动端等轻量化终端上直接展示和交互操作。运维管理中的设备巡检、故障定位、应急抢修等场景，对基础资料随时、随地、随需调取的需求极为迫切，但cad文件体积大、依赖专用软件、数据结构化程度低，难以支撑上述应用场景。

6、（2）地下空间缺少卫星定位系统的支撑，地面地下位置匹配不准：

7、大部分位于市中心的轨道交通线路处于地下空间，列车运行和运维人员作业区域缺少gps/北斗等卫星定位系统的信号覆盖。地面坐标与地下位置之间的对应关系无法通过卫星定位直接获取，导致在日常运维和应急抢修阶段，地面指挥人员难以准确获知地下作业人员的精确位置，各专业之间的位置信息协同困难，容易出现位置错配。

8、（3）线路平面图与运维管理需求之间存在表达方式的断层：

9、轨道交通建设周期长，规划设计使用寿命达百年，期间既有建设期的原始资料，又有运营期大修改造产生的更新资料。设计和建设阶段交付的资料包含大量专业术语和工程符号，且根据建设期不同版本规范的要求，图纸表达方式和标注习惯存在差异，运维阶段缺少形象化、直观化的表达方式，一线运维人员理解和应用存在困难，容易出现资料误用的情况。

10、（4）缺少基于位置的基础资料组织和调取手段：

11、轨道交通基础资料种类繁多、数量庞大，包括线路平纵断面图、沿线设备布置图、通信信号系统图、供电系统图、轨道结构图等数十个专业的图纸和文档。这些资料目前多以离散的文件形式存储和管理，缺少以空间位置为核心索引的组织方式。当运维人员在现场需要查阅某一特定位置的相关资料时，无法通过“点击位置→获取资料”的直观方式进行调取，需要先在大量文件中人工查找，效率低下且容易遗漏。

12、（5）svg格式的表达精度与线路工程要求之间存在矛盾：

13、svg是一种面向互联网的可对象化图像表达形式，具有文件体积小、支持交互操作、可逐元素绑定数据等优势，适合在web端展示。但其以像素为基本绘图单位，本身不具有长度量纲，当对svg图形进行放大、缩小时，像素点与物理长度之间的对应关系随之改变，无法直接用于轨道交通线路工程中精确的长度量测和位置计算。

14、针对上述部分问题，已有一些技术方案进行了探索，例如在通用地图领域对svg瓦片图与地图道路标注的渲染方法进行改进，或对svg图标的管理和复用效率进行优化。但这些方案均不涉及轨道交通线路平纵断面图这一特殊应用场景，也未解决线路里程、城市坐标系与svg像素三者之间的精确映射问题，更未涉及基于线路里程的地下空间定位和基础资料结构化组织。

15、因此，轨道交通行业亟需一种能够将cad设计成果迁移至互联网端的结构化底图生成方法，实现线路里程、城市坐标系与svg像素三者之间的精确双向转换，从而为轨道交通线路的全生命周期数字化管理提供基础支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种基于结构化数字底图与线路里程映射的方法，该方法根据轨道交通线路平面的曲线要素表，建立每一段线路分段曲线和城市坐标系之间的函数关系，为后续像素—里程—坐标转换提供转换计算的基础。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种基于结构化数字底图与线路里程映射的方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1：建立线路分段曲线与城市坐标系之间的函数关系，所述线路分段曲线包括直线段、圆曲线段和缓和曲线段；

5、s2：根据所述函数关系，将线路里程转换为城市坐标系下的平面坐标；

6、s3：建立svg像素点与线路里程之间的映射关系；

7、s4：根据所述映射关系，将svg像素点转换为线路里程，或根据线路里程确定对应的svg像素点位置；

8、s5：基于所述函数关系和所述映射关系，实现svg像素点、线路里程、平面坐标三者之间的双向转换。

9、步骤s1具体包括：

10、获取线路各分段节点的城市坐标，所述分段节点包括直线段端点、圆曲线段端点以及缓和曲线段端点；

11、分别建立直线段的坐标函数、圆曲线段的坐标函数以及缓和曲线段的坐标函数；

12、将各分段曲线的坐标函数按照线路走向首尾连接，形成整条线路的分段函数表。

13、步骤s1中，直线段的坐标函数的计算方法如下：

14、当里程点

k位于第

i分段直线段范围内时，里程点

k对应的城市坐标为：

15、；

16、；

17、其中，（，）和（，）分别为第

i分段直线段的起点坐标和终点坐标，为第

j分段曲线的长度，为第

i分段直线段的长度。

18、步骤s1中，圆曲线段的坐标函数的计算方法如下：

19、获取第

i分段圆曲线段的曲线半径

r

i和圆心坐标(，)；

20、通过圆弧曲线二维叉积判断圆曲线段的旋转方向：

21、；

22、其中，（，）和（，）分别为第

i分段圆曲线段的起点坐标和终点坐标；

23、当

a > 0时为逆时针方向，当

a < 0时为顺时针方向；

24、计算圆曲线段起点的圆心角和终点的圆心角：

25、；

26、；

27、根据旋转方向计算里程点

k对应的圆心角：

28、，

a > 0；

29、，

a < 0；

30、其中，为第

j分段曲线的长度，为第

i分段圆曲线段的长度；

31、计算里程点

k对应的城市坐标：

32、；

33、。

34、步骤s1中，缓和曲线段的坐标函数采用以直代曲的拟合方法，将缓和曲线段按照预设分段长度划分为若干微分段，以各微分段的直线段坐标函数进行拟合计算。

35、步骤s3中，采用统一比例法建立svg像素点与线路里程之间的映射关系：

36、设定svg底图像素点与线路长度的换算比例

b，结合屏幕缩放系数

s，鼠标点击屏幕像素点对应的线路里程为：

37、；

38、其中，为线路在svg底图上的起点像素位置。

39、步骤s3中，采用分段比例法建立svg像素点与线路里程之间的映射关系：

40、根据应用需求按照不同比例将线路划分为

m段，各段长度分别为

l1、

l2...

l

m，各段对应的换算比例为

b1、

b2...

b

m，各段分界点像素为

p1、

p2...

p

m，各分界点对应的里程为

k1、

k2...

k

m；

41、结合屏幕缩放系数

s，鼠标点击屏幕像素点

p

x对应的线路里程为：

42、；

43、其中，首先遍历分界像素点定位

p

x所在区段，该区段起点为、终点为

p

i，对应的里程为

k

i-1、

k

i，对应的换算比例为。

44、所述方法还包括步骤s6，步骤s6具体如下：

45、将轨道交通线路的基础设备数据按照里程信息挂接至svg底图上；

46、根据设备对应的里程信息，通过步骤s5的双向转换确定设备在svg底图上的像素位置和城市坐标系下的平面坐标。

47、本发明的优点是：实现了基于轨道交通线路里程的“平面坐标—线路里程—svg像素点”自动化双向转换方法，为gis场景下轨道交通数字化对象的精准定位和视口调用提供了基础；实现不同专业间的，地下和地上数据对齐；将蓝牙、5g等局部定位系统串联后可形成覆盖全线网的地下空间定位系统。