本发明涉及公路改扩建领域，特别涉及一种公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法。
背景技术：
1、随着国民经济体量快速增长，早期建成的高速公路交通量与交通荷载不断增加，原有设计通行能力与日益增长的交通需求之间的差距越来越大，因此国家提出要实施多条国家高速公路主线拥挤路段的扩容改造，公路改扩建作为扩容改造的重要手段之一，其中改扩建路面的设计复杂度高，设计难度较大。由于改扩建路面设计受新、老路之间在平面、纵断面及横断面等多维度的直接影响，若从全线的角度进行设计，容易造成方案的针对性不足，常出现设计方案遗漏或设计方案与路段特点不匹配等问题，造成后续施工中极易发生不必要的变更；此外，平面、纵断面及横断面等多维度的设计数据之间存在密切的关联关系，如何进行准确的段落定性及离散化处理，也是面临的主要问题，只有解决了上述问题，才能让改扩建路面设计方案更精准，设计过程更简单。因此，通过解析影响改扩建路面设计的多维度数据，提出不同段落类型的划分方法，并建立多维度数据间的内在联系，最终通过设计数据离散化计算处理，来解决传统设计难题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，分别从总体设计维度、平面设计维度、横断面设计维度及纵断面设计维度，对改扩建路面设计所需的数据进行划分和细化，避免施工过程中出现额外的变更，大幅提高设计成果质量。
2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，包括以下步骤：
3、s1、总体设计维度数据划分：针对公路改扩建路面设计过程中所依赖的总体设计数据进行处理，得到标准横断面、路面结构方案、桥梁、隧道、短路基、保通、大纵坡及缓坡类型的路段数据；
4、s2、平面设计维度数据划分：根据既有公路与改扩建后公路平面线位关系，通过计算两条平面线位之间的垂直距离，划分得到双侧拼宽、单双侧过渡、近距离单侧拼宽、远距离单侧拼宽及分离新建的段落数据；
5、s3、横断面设计维度数据划分：根据步骤s2得到的不同路段类型，分析既有公路与改扩建后公路在横断面上的位置关系，得到加铺+扩建段落、加铺+加铺+扩建段落、加铺+加铺段落、扩建+加铺+加铺段落及扩建的段落数据；
6、s4、纵断面设计维度数据划分：根据步骤s3得到的不同路段类型，分析既有公路与改扩建后公路在纵断面上的位置关系，细分得到各个加铺区域内不同加铺层数对应的段落数据；
7、s5、多维度数据离散化处理：将总体设计、平面设计、横断面设计及纵断面设计得到的不同段落数据，进行离散化处理得到改扩建路面设计数据。
8、可选地，所述步骤s1具体包括：
9、(1)针对既有公路与改扩建后公路，分别根据道路的标准横断面及路面结构方案进行段落划分；
10、(2)根据改扩建后公路总体设计方案，进一步划分出桥梁、隧道及短路基段落；
11、(3)根据改扩建交通组织方案，将不同保通阶段的保通段落与非保通段落划分出来；
12、(4)计算路线纵坡i大于2.5％的路段，划分得到大纵坡路段；
13、(5)根据路线纵坡i与超高横坡ik，计算合成坡度小于0.5％的路段，划分得到缓坡路段，合成坡度的计算如公式(1)所示：
14、
15、式中：i为合成坡度；i为路线纵坡；ik为超高横坡。
16、可选地，所述步骤s2中，根据公式(2)，划分得到双侧拼宽、单双侧过渡、近距离单侧拼宽、远距离单侧拼宽及分离新建的段落数据；
17、
18、式中：δs为两条平面线位之间的垂直距离；d1为改扩建后公路路面宽度；d2为既有公路路面宽度。
19、可选地，所述步骤s3具体包括：
20、(1)在双侧拼宽路段中，根据既有公路与改扩建后公路相对位置关系，组合为加铺+扩建方式，不论单独计算左幅还是单独计算右幅，与双侧拼宽段落数据相同；
21、(2)在单双侧过渡拼宽路段中，根据既有公路与改扩建后公路相对位置关系，当既有公路在改扩建后公路左侧且计算左幅段落数据时，为加铺+加铺+扩建方式，计算右幅段落数据时则为扩建方式；当既有公路在改扩建后公路右侧且计算右幅段落数据时，为加铺+加铺+扩建方式，计算左幅段落数据时则为扩建方式，进一步细分得到相应段落数据；
22、(3)在近距离单侧拼宽路段中，根据既有公路与改扩建后公路相对位置关系，当既有公路在改扩建后公路左侧且计算左幅段落数据时，为加铺+加铺方式，计算右幅段落数据时则为扩建方式；当既有公路在改扩建后公路右侧且计算右幅段落数据时，为加铺+加铺方式，计算左幅段落数据时则为扩建方式，进一步细分得到相应的段落数据；
23、(4)在远距离单侧拼宽路段中，根据既有公路与改扩建后公路相对位置关系，当既有公路在改扩建后公路左侧且计算左幅段落数据时，为扩建+加铺+加铺方式，计算右幅段落数据时则为扩建方式；当既有公路在改扩建后公路右侧且计算右幅段落数据时，为扩建+加铺+加铺方式，计算左幅段落数据时则为扩建方式，进一步细分得到相应的段落数据；
24、(5)在分离新建路段中，既有公路与分离新建各作为改扩建后公路的半幅，不存在交叉关系，与分离新建路段数据相同。
25、可选地，所述步骤s4具体包括：
26、(1)根据改扩建后公路标准路面结构设计方案，确定各结构层允许的加铺厚度值h；
27、(2)建立加铺层数n与新、老路纵断面抬高值δh之间的关系，如公式(3)、公式(4)所示：
28、dn＝max(hn,h) (3)
29、式中：dn为标准路面结构设计方案中第n层厚度与允许加铺厚度之间的大值；hn为标准路面结构设计方案中第n层的厚度；
30、
31、式中：δh为新、老路纵断面抬高值；δhmin、δhmax分为纵断面抬高的最小值与最大值；hi为标准路面结构设计方案中第i层的厚度；为标准路面结构设计方案中第1到第n-1层厚度之和；n为标准路面结构设计方案总层数；
32、(3)计算不同加铺区域中多个纵断面抬高值，根据设计需求确定一个值，作为计算用抬高值，进而根据不同抬高范围细分得到纵断面设计段落数据。
33、可选地，所述步骤s5具体包括：
34、(1)根据上述步骤中产生的所有段落数据li，建立列表list1，并记录起、终点桩号及相应的段落类型信息；
35、(2)读取上述所有段落类型的起点桩号与终点桩号，将桩号进行去重，建立列表list2；
36、(3)将列表list2中的桩号从小到大重新排序，并建立桩号区间对象lj，同时计算两桩号之间的长度值，记录到桩号区间对象中；
37、(4)依次读取列表list1中的段落数据li，并与列表list2中的所有桩号区间对象lj进行对比，当lj隶属于li的段落范围时，则将li的段落类型信息记录到相应的lj中；
38、(5)不断循环第(4)步，直至将列表list1中的段落数据全部记录到列表list2中为止，最终得到改扩建路面设计所需的基础段落数据，包含离散化后的段落起终点桩号、段落区间长度及段落类型信息。
39、由上，本发明在步骤s1中，综合考虑了影响改扩建公路路面设计的总体数据，从改扩建路面设计的角度梳理了其中的影响因素，并划分得到了路面设计范围；在步骤s2中首次建立了平面拼宽段落类型与路面宽度之间的数学关系，进一步完成了不同平面拼宽类型的段落划分；在步骤s3中是对步骤s2所划分的平面拼宽段落类型的细化，根据既有公路与改扩建后公路在横断面方向上的相对位置关系，从“加铺”与“扩建”两个方面，得到了不同的横断面组合方式，进一步细分了段落；在步骤s4中是对步骤s3所划分的段落类型的再次细化，从既有公路与改扩建后公路纵断面抬高的角度，建立了加铺层数与纵断面抬高高度之间的关系，实现各加铺区域段落的细分；最终在步骤s5中，通过对所有划分段落进行去重整合，得到离散化的段落数据，有力支撑了后续的改扩建路面设计，极大的降低了改扩建路面设计复杂度。
40、公路改扩建路面设计所受影响因素诸多，直接面向全线范围内进行精细化设计难度极高，相比之下本发明技术优势明显，本方法首先是以改扩建后的道路设计线为核心，明确了改扩建路面设计的范围，消除了无关的路段的影响，同时兼顾考虑了既有公路运营期维护或大修造成的路面结构变化及改扩建施工期保通的需求等，进一步创建了新老路平面距离与拼宽类型、新老路纵面抬高值与加铺层数之间的数学关系，实现从平面、横断面及纵断面多维度进行层层递进且相互关联的段落划分与细化，最终对段落数据进行离散化处理，快速明确不同桩号范围的改扩建路面设计需求，从而使设计人员能够基于离散化处理后的数据，开展针对性设计，避免了传统粗放式、方案级的设计方法，能够使改扩建路面的设计方案没有类型上的遗漏，避免施工过程中出现额外的变更，大幅提高设计成果质量。
41、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过系统性分析和梳理了改扩建路面设计方案的影响因素，分别从总体设计维度、平面设计维度、横断面设计维度及纵断面设计维度，对改扩建路面设计所需的数据进行划分和细化。使设计者能够站在改扩建路面设计角度，快速对改扩建总体设计方案进行分析，能够建立起改扩建路面设计与路线总体设计之间的协同工作模式，此外对改扩建路面设计本身而言，运用本方法能够快速获取改扩建项目中路面设计方案的类型，在此基础上开展针对性设计，不仅能够节约人力成本，减少无效方案的设计，而且还能够避免设计遗漏，提高设计精细化程度，同时也为改扩建路面实现数字化设计奠定坚实的基础。
1.一种公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，其特在在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，其特在在于，所述步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，其特在在于，所述步骤s2中，根据公式(2)，划分得到双侧拼宽、单双侧过渡、近距离单侧拼宽、远距离单侧拼宽及分离新建的段落数据；
4.根据权利要求1所述的公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，其特在在于，所述步骤s3具体包括：
5.根据权利要求1所述的公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，其特在在于，所述步骤s4具体包括：
6.根据权利要求1所述的公路改扩建路面设计数据多维度离散化方法，其特在在于，所述步骤s5具体包括：
