CN111368016A

CN111368016A - 多阈值约束的轨道交通控制保护区空间信息提取分析方法

Info

Publication number: CN111368016A
Application number: CN202010129946.3A
Authority: CN
Inventors: 陈翰新; 袁长征; 滕德贵; 向泽君; 明镜; 俞春; 李超; 张恒; 胡波; 王大涛; 唐昊; 林江伟
Original assignee: Chongqing Survey Institute
Current assignee: Chongqing Institute Of Surveying And Mapping Science And Technology Chongqing Map Compilation Center
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: US11760397B2; CN111368016B; WO2021169773A1; US20220169295A1

Abstract

本发明提供一种多阈值约束的轨道交通控制保护区空间信息提取分析方法，包括以下步骤：1.将数据文件进行格式转换，提取多个坐标点；2.选择多个坐标点中的关键点进行数据抽稀处理，得到抽稀后的范围线、结构外边线；3.将抽稀后的范围线、结构外边线和抽稀后的施工红线，通过编程调用数据库，读取数据进行空间关系对比；4.根据空间关系对比的结果，判断涉轨建设项目的施工是否入侵到轨道交通控制保护区内，完成对轨道交通控制保护区内部空间信息的提取和分析；本发明可以解决对轨道交通控制保护区的空间信息进行分析时，计算量大、运算速度慢的技术问题。

Description

多阈值约束的轨道交通控制保护区空间信息提取分析方法

技术领域

本发明涉及空间信息技术领域，具体涉及一种多阈值约束的轨道交通控制保护区空间信息提取分析方法。

背景技术

轨道交通控制保护区是指为保障轨道交通安全建设和运营，而在轨道交通沿线划定的一定范围，其范围包括：(一)地下车站和隧道结构外边线外侧五十米内；(二)地面车站和高架车站以及轨道线路外边线外侧三十米内；(三)出入口(含无障碍出入口)、换乘通道、通风亭、风井、风道、冷却塔、车辆段、停车场、控制中心、变电站、牵引变电所及各类轨道专用管网(线、沟)等建(构)筑物外边线外侧十米内；(四)过江、过河桥梁或隧道上、下游各二百米内。位于轨道交通控制保护区范围内的工程建设项目称为涉轨建设项目。因在轨道交通控制保护区内进行施工作业可能会对轨道结构以及线路运行安全造成影响，因此需要对工程建设项目的施工范围与轨道交通控制保护区的空间关系进行分析，以评估工程建设项目在施工过程中的影响等级。

目前，涉轨建设项目对轨道交通控制保护区影响的评估工作，一般是通过在AutoCAD等专业制图软件中，将保护区范围线以及结构外边线与涉轨建设项目的施工红线进行叠加对比分析，由人工进行判别。现有技术也提供了一种技术方案，该技术方案将数据文件从DWG格式转换为WKT格式；同时能将保护区范围线以及结构外边线，与涉轨建设项目的施工红线进行自动叠加对比，分析两者之间的空间关系。但该技术方案在转换数据格式、自动叠加对比时，会因为数据中图像对象的点位坐标是连续的，坐标点与坐标点之间过于密集，造成计算量大、运算速度慢的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多阈值约束的轨道交通控制保护区空间信息提取分析方法，以解决现有技术中存在的对轨道交通控制保护区的空间信息进行分析时，计算量大、运算速度慢的技术问题。

本发明采用的技术方案是，一种多阈值约束的轨道交通控制保护区1空间信息提取分析方法，包括以下步骤：

S1.将数据文件进行格式转换，提取轨道交通控制保护区的范围线，车站及区间的结构外边线和涉轨建设项目的施工红线的多个坐标点；

S2.选取范围线上的关键点，存入特征点集M中；

S3.设置距离阈值dL及面积阈值dS；

S4.利用特征点集M中的各关键点，将范围线分为若干段，以距离阈值dL分别对每一段范围线采用道格拉斯-普克算法进行抽稀，得到抽稀后的坐标点；

S5.用抽稀后的各坐标点形成的闭合图形面积S1，减去抽稀前的这些坐标点所在曲线形成的原始闭合图形面积S0，将得到的差值的绝对值与面积阈值dS进行比较；

S6.根据比较结果调整距离阈值dL，再次进行抽稀，得到抽稀后的范围线、结构外边线；

S7.将抽稀后的范围线、抽稀后的结构外边线，和抽稀后的施工红线，通过编程调用数据库存储和读取数据进行空间关系对比；

S8.根据步骤S7中空间关系对比的结果，判断涉轨建设项目的施工是否入侵到轨道交通控制保护区内，完成对轨道交通控制保护区内部空间信息的分析。

进一步的，步骤S7中进行空间关系对比是通过使用基于轨道结构从属关系的空间分析算法来进行空间分析；具体的，按以下步骤实现：

S71.将抽稀后的施工红线，与多条轨道交通控制保护区的范围线中的任意一条进行空间分析，判断两者之间是否有相交或包含关系；遍历多条轨道交通控制保护区的范围线；

S72.对于有相交或包含关系的一条保护区的范围线，读取属于一条保护区的范围线所在空间的、抽稀后的结构外边线数据，与抽稀后的施工红线进行空间分析。

进一步的，在步骤S1中数据文件进行格式转换是将数据文件从DWG格式转换为WKT格式。

进一步的，将数据文件从DWG格式转换为WKT格式，是通过Teigha组件、DWGDirect组件或Jdwglib组件来进行读取转换。

进一步的，将数据文件从DWG格式转换为WKT格式时，采用对圆弧和圆这两类对象进行坐标内插再分别转换；将圆弧转换成折线，将圆转换成多边形。

进一步的，步骤S2中关键点包括轨道线路沿线的转角点、交界点。

进一步的，步骤S3中距离阈值dL为10cm，面积阈值dS为100cm²/1m²。

进一步的，步骤S7是在.NET环境使用C#语言进行编程，通过SQL Server关系型数据库进行WKT文本存储与读取，进行空间关系对比。

由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

1.对范围线、结构外边线的多个坐标点通过算法进行数据抽稀处理，可以可以在不影响分析精度的情况下，减少需要计算的坐标点数据量；减少后续对轨道交通控制保护区的空间信息进行分析时的计算量。

2.在数据抽稀的过程中，设置面积阈值dS来调整距离阈值dL，可以防止过度抽稀。

3.在进行空间关系对比时，通过使用基于轨道结构从属关系的空间分析算法来进行空间分析，可以避免有多条轨道线路的情况下，施工红线与无关轨道线路上的结构外边线之间的空间分析，减少计算量，提升计算效率。

4.将数据文件从DWG格式转换为WKT格式时，对圆弧和圆这两类对象进行坐标内插再分别转换；将圆弧转换成折线，将圆转换成多边形；使对图形对象的转换更加精确，使后续的空间信息分析结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的坐标关键点示意图。

图3为本发明的坐标点数据抽稀算法流程图。

附图标记：

1-轨道交通控制保护区，2-轨道交通控制保护区的范围线，3-车站及区间，4-车站及区间的结构外边线，5-坐标关键点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本发明提供一种用于多阈值约束的轨道交通控制保护区1空间信息提取分析方法，包括以下步骤：

S1.将数据文件进行格式转换，提取轨道交通控制保护区的范围线2，车站及区间3的结构外边线4和涉轨建设项目的施工红线的多个坐标点；

S2.选取保护区的范围线2上的关键点5，存入特征点集M中；

S3.设置距离阈值dL及面积阈值dS；

S4.利用特征点集M中的各关键点5，将保护区的范围线2分为若干段，以距离阈值dL分别对每一段保护区的范围线采用道格拉斯-普克算法进行抽稀，得到抽稀后的坐标点；

S7.将抽稀后的保护区的范围线、抽稀后的结构外边线，和抽稀后的施工红线，通过编程调用数据库，读取数据进行空间关系对比；

S8.根据步骤S7中空间关系对比的结果，判断涉轨建设项目的施工是否入侵到轨道交通控制保护区1内，完成对轨道交通控制保护区1内部空间信息的分析。

以下对实施例1工作原理进行详细说明。

实施例1的方法流程图如图1所示，按以下步骤具体实现：

1.将数据文件从DWG格式转换为WKT格式，提取范围线、结构外边线坐标

WKT格式是一种文本标记格式，用于表示矢量几何对象、空间参照***及空间参照***之间的转换。WKT格式由开放地理空间联盟(OGC)制定，通过二维坐标(x，y)或三维坐标(x，y，z)来表示几何对象。

为了在后续进行空间信息分析的算法软件开发，不受AutoCAD平台的限制，本发明选用第三方软件来读取DWG格式的数据文件中各类图形对象信息。本实施例中，可以通过Teigha组件、DWGDirect组件或Jdwglib组件来进行读取，以Teigha组件对读取过程举例说明。Teigha组件可读取DWG格式的数据文件中的各类信息并保存在一个内存数据库中。该数据库包含一个对象字典和9个符号表，分别是:DBDictionary字典，BlockTabLe块表，LayerTable层表，LinetypeTable线型表，TextStyleTable文字样式表，DimSyleTable尺寸标注样式表，RegAppTable应用程序注册表，UCSTable用户坐标系表，ViewportTable视口表、ViewTable视图表。每张符号表和对象字典中都包含多条记录，比如：BlockTabLe块表包含多条BlockTableRecord块表记录，BlockTableRecord中则包含点、文字、直线、多段线、圆弧、样条曲线及图块等实体数据。通过Teigha组件就将DWG格式的数据文件中的点、直线、多段线、圆弧、样条曲线等提取出来，存在内存数据库里，方便后续处理过程调用。

将范围线2，结构外边线4，涉轨建设项目施工红线等DWG图纸使用Teigha组件读取，就可以转换成WKT格式，并读取出各范围线的点、直线、多段线、圆弧、圆、样条曲线等线段信息。在本实施例中，定义圆弧、圆为同一类对象，点、直线、多段线、样条曲线等为其它对象。

2.对各范围线、结构外边线的坐标点进行数据抽稀处理，得到抽稀后的范围线、结构外边线

本步骤的技术方案是选择各范围线、结构外边线上多个坐标点中的关键点5为基础，使用道格拉斯-普克算法对坐标点进行数据抽稀处理，再将坐标点抽稀前、后图形线段形成的闭合面积进行对比，优化坐标点抽稀结果。如图3所示，具体实现步骤如下：

(1)选取保护区范围线2上的关键点，存入特征点集M中

如图2所示，对于轨道交通控制保护区1，在轨道线路沿线的转角点、车站及区间3结构的交界点这些位置，其结构强度上相对比较脆弱。如果在这些位置上施工，更容易对轨道结构以及线路运行安全造成较大的影响。所以在对坐标点进行数据抽稀处理时，需要将轨道线路沿线的转角点、交界点这些坐标点作为关键点，这些关键点的坐标是不能被抽掉的，要予以保留。

(2)设置距离阈值dL及面积阈值dS

根据实际精度要求，确定对坐标点抽稀的距离阈值dL，以及坐标点抽稀后所得控保区域面积与原始控保区域面积之差的阈值dS。在本实施例中，精度要求为抽稀后的线型和原始线型之间的实际空间距离，一般不大于20cm，即dL为20cm；优选的，距离阈值dL为10cm,此距离阈值dL为为初始距离阈值，后续在数据抽稀的过程中，距离阈值dL的值会有调整。面积阈值dS的量级为平方分米量级，在本实施例中，面积阈值dS为100cm²/1m²。选择距离阈值和面积阈值为上述数值时，可以在不影响分析精度的情况下，减少需要计算的坐标点数据量。

(3)利用特征点集M中的各关键点5，将保护区范围线2分为若干段，以距离阈值dL分别对每一段采用道格拉斯-普克算法进行抽稀，得到抽稀后的坐标点

通过特征点集M中的各关键点5，可以把保护区范围线2分为若干段，每一段为一条直线线段或曲线线段。以曲线为例，道格拉斯-普克算法首先对曲线的起、止两个端点虚连一条直线，然后计算出曲线上所有点与直线的距离，并找出最大距离值dmax，用dmax与事先给定的距离阈值dL相比。如果dmax<dL，则将这条曲线上的中间点全部舍去,将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕。若dmax≥D，保留dmax对应的坐标点，并以该点为界，继续把曲线分为新的两部分，对这两部分重复使用该算法，直到所有dmax均<dL时，即完成对曲线的抽稀。

(4)用抽稀后的各坐标点形成的闭合图形面积S1，减去抽稀前的这些坐标点所在曲线形成的原始闭合图形面积S0，将得到的差值的绝对值与面积阈值dS进行比较；根据比较结果调整距离阈值dL，再次进行抽稀，得到抽稀后的结构外边线、范围线

对曲线的各坐标点数据进行抽稀后，可以得到多段与原曲线近似的线段，这些线段可以组成多个闭合图形，设其中任意一个闭合图形的面积为S1。再找出抽稀后保留的各坐标点所在的原曲线，这些曲线也可以形成多个原始闭合图像，设其中任意一个闭合图像的面积为S0。

如果|S1-S0|≤dS，则满足精度要求，抽稀结束；如果|S1-S0|＞dS，则将距离阈值dL调小，重复步骤(3)直至满足精度要求。设置面积阈值dS来调整距离阈值dL，是为了防止过度抽稀。

在本实施例中，将保护区范围线2按步骤(1)到步骤(4)进行抽稀后，对结构外边线，以及施工红线采用相同的算法进行抽稀，得到抽稀后的结构外边线、范围线。

3.将抽稀后的保护区范围线、抽稀后的结构外边线，和抽稀后的施工红线进行空间关系对比

在.NET环境中使用SQL Server关系型数据库，对抽稀后的保护区范围线、抽稀后的结构外边线，和抽稀后的施工红线数据以WKT文本进行存储，分析时读取WKT文本并转换成sqlGeometry类型数据，sqlGeometry数据可以表示欧几里得平面坐标系中信息；还可以计算sqlGeometry数据中对象的几何中心及面积，识别对象之间的相交关系、包含关系等。

将抽稀后的保护区范围线、抽稀后的结构外边线，和抽稀后的施工红线，在.NET环境中通过C#语言进行编程，使用SQL Server关系型数据库进行存储和读取，并对整个线段进行叠加对比，分析两者之间的空间关系是否有相交、包含。如果有相交，或者抽稀后的施工红线被包含在抽稀后的保护区范围线或抽稀后的结构外边线内，则说明涉轨建设项目的施工入侵到了轨道交通控制保护区1内，完成了对轨道交通控制保护区1内部空间信息的分析。

实施例2

在实施例1中进行空间关系分析时，如果轨道线路有多条，那么会将涉轨建设项目的施工红线与每一条轨道线路都依次进行对比分析。这样就没有考虑施工红线与多条轨道线路是否都有相关性，而是无差别进行逐一对比分析，这种技术方案的计算量较大，分析效率较低。

为解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，使用一种基于轨道结构从属关系的空间分析算法，来进行空间分析。具体的，按以下步骤实现：

1.将抽稀后的施工红线，与多条轨道交通控制保护区范围线中的任意一条进行空间分析

对于一些大中型城市，在轨道交通的整个城市布局图上，会同时存在多条轨道线路，数量多者会达到二三十条。这样在同一张图纸上就会出现多条轨道交通控制保护区范围线。将抽稀后的施工红线，和多条轨道交通控制保护区范围线中的任意一条，结合起来进行空间分析。如果两者不存在相交或包含关系，则说明涉轨建设项目的施工与该条轨道线路无关，算法继续读取下一条轨道线路控制保护区范围线进行空间分析，直至遍历图纸上所有的轨道线路。具体的，比如图纸上有1号线到25号线，先将抽稀后的施工红线，与抽稀后的1号线的保护区范围线进行空间分析。如果两者不存在相交或包含关系，则说明涉轨建设项目的施工与1号线无关，算法继续读取2号线的保护区范围线进行空间分析，直至遍历25条轨道线路。

如果两者存在相交或包含关系，则说明涉轨建设项目的施工与该条轨道线路有关，需要进一步进行空间分析。

在此步骤分析的过程中，不引入抽稀后的结构外边线。

2.读取属于该条轨道线路的抽稀后的结构外边线数据，与抽稀后的施工红线进行空间分析

对于步骤1中，经过空间分析得出两者存在相交或包含关系的情况，读取属于该段轨道线路的抽稀后的结构外边线数据，与抽稀后的施工红线进行空间分析，得出两者之间的空间关系是否有相交、包含的关系，并将与抽稀后施工红线存在相交或包含关系的抽稀后车站及区间3，标记为与该涉轨建设项目相关的轨道对象。

这样，通过本实施例中步骤1和步骤2的算法，避免了施工红线与无关轨道线路上的结构外边线之间的空间分析，减少了计算量，提升了计算效率。

实施例3

轨道交通控制保护区1的范围线，结构外边线，施工红线不仅仅是直线，还可能出现圆和圆弧。在将文件从DWG格式转换成WKT格式的过程中，因为在DWG格式的文件数据中，圆弧及圆只包含圆心坐标、弧线起、止点坐标，在GIS***中无法仅仅通过圆心坐标、弧线起、止点坐标来表示对应图形，这样在文件格式转换的过程中，就会丢失图像信息。

为解决上述技术问题，在实施例1和实施例2的基础上进一步优化，在将数据文件从DWG格式转换为WKT格式时，对圆弧和圆这两类对象进行坐标内插再分别转换；将圆弧转换成折线，将圆转换成多边形。

具体的，对于圆弧对象，按以下步骤实现:

1.设定圆弧折线化的精度d，d就是通过坐标内插得到的折线与圆弧之间的最大偏移距离，并将圆弧的起止点纳入坐标集合PList。在本实施例中，d优选为10cm。

2.计算圆弧中点pm与圆弧对应弦之间的距离d1，若d1<d，则由坐标集合PList生成WKT格式的LineString对象，将圆弧转换成折线结束；若d1>d，则将圆弧中点纳入坐标集合PList，并进行第3步。

3.通过圆弧中点将圆弧切分成两段子圆弧，并分别计算子圆弧中点与该子圆弧对应弦之间的距离d2，若d2<d，则由坐标集合PList生成WKT格式的LineString对象，转化结束，若d2>d，则将各子圆弧的中点纳入坐标集合PList，并进行第4步。

4.重复第3步，对圆弧进行多次切分并判断切分后的子圆弧中点与对应弦之间的距离，直至该距离小于限差d，并由最终的PList生成WKT格式的LineString对象，将圆弧转换成折线结束。

对于圆对象，按以下步骤实现:

1.将圆的起点、1/4周长对应点、1/2周长对应点、3/4周长对应点及圆弧终点纳入坐标集合。

2.采用与圆弧折线化算法一样的步骤，进行坐标内插直至满足精度要求，将圆转换成多边形，通过坐标集合生成WKT格式的Polygon对象。在本实施例中，圆转换过程中的精度要求，和圆弧折线化的精度要求一致，为10cm。

这样，通过坐标内插的方式，将圆弧转换成折线，将圆转换成多边形，就可以避免文件格式转换的过程中，因图形信息丢失影响数据转换精度，使对图形对象的转换更加精确，使后续的空间信息分析结果更加准确。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1.将数据文件进行格式转换，提取轨道交通控制保护区的范围线(2)，车站及区间(3)的结构外边线(4)和涉轨建设项目的施工红线的多个坐标点；

S2.选取范围线(2)上的关键点(5)，存入特征点集M中；

S3.设置距离阈值dL及面积阈值dS；

S4.利用特征点集M中的各关键点(5)，将范围线(2)分为若干段，以距离阈值dL分别对每一段范围线采用道格拉斯-普克算法进行抽稀，得到抽稀后的坐标点；

S8.根据步骤S7中所述空间关系对比的结果，判断涉轨建设项目的施工是否入侵到轨道交通控制保护区(1)内，完成对轨道交通控制保护区(1)内部空间信息的分析。

2.根据权利要求1所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于，步骤S7中所述进行空间关系对比是通过使用基于轨道结构从属关系的空间分析算法来进行空间分析；具体的，按以下步骤实现：

S71.将抽稀后的施工红线，与多条轨道交通控制保护区的范围线中的任意一条进行空间分析，判断两者之间是否有相交或包含关系；遍历所述多条轨道交通控制保护区的范围线；

S72.对于有相交或包含关系的一条的，读取属于所述一条保护区的范围线所在空间的、抽稀后的结构外边线数据，与抽稀后的施工红线进行空间分析。

3.根据权利要求1或2所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于：在步骤S1中所述数据文件进行格式转换是将数据文件从DWG格式转换为WKT格式。

4.根据权利要求3所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于：所述将数据文件从DWG格式转换为WKT格式，是通过Teigha组件、DWGDirect组件或Jdwglib组件来进行读取转换。

5.根据权利要求3所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于：所述将数据文件从DWG格式转换为WKT格式时，采用对圆弧和圆这两类对象进行坐标内插再分别转换；将圆弧转换成折线，将圆转换成多边形。

6.根据权利要求1所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于：步骤S2中所述关键点(5)包括轨道线路沿线的转角点、交界点。

7.根据权利要求1所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于：步骤S3中所述距离阈值dL为10cm，面积阈值dS为100cm²/1m²。

8.根据权利要求1所述一种多阈值约束的轨道交通控制保护区(1)空间信息提取分析方法，其特征在于：步骤S7是在.NET环境使用C#语言进行编程语言进行编程，通过SQLServer关系型数据库进行WKT文本存储与读取，进行空间关系对比。