公路规划和勘探设计新技术集成化研究 44页

武汉理工大学硕士学位论文公路规划和勘探设计新技术集成化研究姓名：赵喜安申请学位级别：硕士专业：交通运输工程指导教师：贺琼2002.11.1 武．．汉．．理王大学蠖士学挝论文．I_-∞d_自_________-__l___-__-———————————————一一IIIIII_-_#擒受GPS控制测爨、数字摄影测量、遥感地质、计冀梳辅助设计楚融前国内外公路艇划积勘察竣计中所采愆豹新投术。GPS静态糖密定整接舞一秘成熟按术已广泛应增子蜷避科学疆究、大地溺登等释个测绘应糟领域，给测蓬手段和方式辩来了～场新鼢萃枯；数字摄影溺嚣技术可酸骞效减少野外测羹静工伟量，减轻势动强度，其输接成聚数字缝聪搂望吸其数字化产鼹，与工摆建设缕合黢为紧密，应甥自妒景j#裳广麟；遥感地矮技术哥为公路耀划秘设计扶宏鼹上提供准确可纛的工程她质资料；CAD彳莒为一转霹驭辍大嫩攥离狡诗效率静每效手莰跫缀被广泛聚餍，蹲藏歪赣着可视他、动态化、三维化方向发展。国内对这麓薪技术的研究晕已开展，且均墩得了～寇的成散，各项成鬃在勘察设诗巾发撂麓重要终鼹。但楚这些磷究酆跫终为单颈技术来遴纷辑究粒砬丽的，没裔辘够安现裔效的集成。从档畿上采嚣，备瑷技术鑫残一体，相互之淘获笺商羧抟支持，来戆充分发挥各项技术酌潜撩及总体优势；扶倍意溅稷来辫，彝颂技零蚓缺乏有效的数据共攀，形成～个个绩息孤秘，照以适应德崽时代麴潮流及蟋终豫协阉{萋业蚋嚣要。本文缝仓我国公路勘察设计瓤技末研究麴凌狡，竣工程数援霹按零稻瓣缪技术搀建逶耀鹣爨援接弱，将务擎疆投拳黢采嶷到的信患以及这些单颁技术所产擞的中闻鼯采、最终成巢提供给其它摄术辑菸事帮弓l精，侠遮提供各革磺技术癍瑙过程中所需要的数据稻番类横溪，从=维设计提癸为三维设计，由静态缝验设计提丹为动态优化设计，形戏从公路规鲻、勘察、设诗鹃～体纯技术，簸终实现公路鼹拟黎鼹实慰漫游，达委8竣议“莰邃方蠖、方察篦选有效礴纛、设专幸散暴审查蓬藕酶嚣熬。本文以工糕项躁为核心，通过对各项精技术与公路勘察设计的之嬲关系戆辑究、撞蒙和摄辫，捌嗣工瑕数掇蓐积阚终援术，爨绕勘察设计项目的实施过疆，实现了GPS、魏溅遥感鞠eAD按术兹集残，形成了戳离新技术是主体的野外勘察、随娩数据处理和CAD设计一体纯的集硪技术，取褥了{；l下死个方耨嚣或粱：通用野放的开笈环境和墩用乎台的选择，使系统具寓疆广泛豹适照牲：各攀硬技术阕实现了焉缝豹数据传递与共事；暴瑶嚣彝粒象技术没诗了蠢效鲍工程数爨霹，统～嚣璎套静类型黪瓣爨数耀和设计数据：懑弼开放麓接口设计，以兼容和蔽纳聪有备攀项成莱；实现了摸块级系统集成； 武汉壤工大学颈士学位论文实现了地表模型、路耩设计模型的多模型叠加：实现了公路虚拟景观的实时漫游，以直观地评价设计效果。关键掌：GPS数字摄影测量遥感地质计算机辅助设计熊成技术工程数攒库网络技术H 武汉理工大学硕士学位论文AbstractGPScontrolsurvey,digitalphotogrammetry,remotesensinggeologyandCADarethenewtechnologiesusedforhighwayplanning，surveyanddesign，bothathomeandabroad．GPS，aSamaturetechnologyforitsstaticandaccuratepositioning，iswidelyusedinthefieldsofgeosciencestudy,geoidsurveyandothersurveyapplications．whichhasbroughtabomanewrevolutionforthemethodsandwaysofsurvey．Thedigitalphotogrammetrycaneffectivelyreducetheworkofthefieldsurveyandalleviatethelaborintensity．Itsoutputresults，suchaSdigitalgroundmodelanddigitalproducts，carlbewidelyusedforengineeringconstruction；theoutlookofitsapplicationhasabrightfuture．nleremotesensinggeologicaltechnologycarlmacmscopicallyprovidetheaccurateandreliableengineeringgeologydataforhighwayplanninganddesign．CAD，asaneffectivewaygreatlyincreaSingthedesignefficiency,iswidelyusedandwillbedevelopedtobevisible，dynamicandthree-dimensional．InChina,thestudyofthoseabove·mentionedtechnologieshasbeencarriedoutformanyyearsandsomeachievementshavebeenachieved．Thoseachievementsarewidelyusedinhighwaysurveyanddesign．However,thestudyandapplicationofeachofthosetechnologiesisindividuallycarriedOUt，andnotbeefficientlyintegrated．InaSpectoftheproperties，eachtechnologyformsitsOWllsystemandlacksofeffectivesupporteachother．Therefore，thepotentialandgeneraladvantagesofthosetechnologiesalestillnotmadefulluseof．Inthefaceofinformationflow,eachtechnologyformsallisolatedinformationislandforlackofaneffectivedatashare．soitcannotsatisfytherequirementoftheinformationtendencyandthenetworkcoordinatedwork．AccordingtothepresentsituationofthestudyforllewtechnologyforhighwaysurveyanddesigninChina,thispaperpresentstheconlmonriseofdigitalinterfacewhichisformedbytheengineeringdatabasetechnology,databaseengineandIntranetnetworktechnology．Throughthisinterface，theinformationcollectedbythesingletechnologyandthemiddleresultsandfinalachievementsproducedbythesesingletechnologieswillbeprovidedfortheothertechnologiesforshareandreference．mdataandmodelsrequiredfortheprocessofuSiIlgeachsingletechnologywillbequicklyprovidedtoformanintegratedtechnologyforhighwayplanmg，surveyanddesign．Thus,thetwo-dimensionaldesignwillbeupgradedintothethreo-dimensionaldesign,andthestaticdesignwillbeupgradedintooptimizedanddynamicdesignIFinally,thedummylandscaperealtimeroamingwillbecompletedtoachievefastandconvenientdesign,availableandreliableplancomparisonandselection,objectiveviewfordesigncheckandapproval．ThispaperiscarriedoUtaimingattheengineeringobjects．Itstudies，HI 武汉理工大学硕士学位论文abstractsandimprovestherelationshipbetweenthenewtechnologiesandthehighwaysurveyanddesign．IthasusedtheengineeringdatabaseandnetworktechnologyinhighwaysurveyanddesignandhasrealizedtheintegrationofGPS．aerialsurveyandremotesensing，CADtechnologiesforfieldsurvey,damprocessingandCADinoffice．Theintegratedtechnologieshaveachievedsomeachievementsasfollows：一n硷selectionofthecommonopendevelopingem’ironmentandapplicationplatfoFinmakesthesystemhaveawiderapplicability—Eachsingletechnologyrealizesseamlessdatatransitandshal℃．●Theobject-orientedtechnologyisadoptedfordesigningtheeffectiveengineeringdatabase．totallymanagingalltypesofsurveyanddesigndata．■Thecommonopeninterfaceisdesignedforbeingcompatibleandacceptingtheexistingeachsingleresult．●Themodulesystemintegrationisrealized．●nlemuki—modelsuperpositionofgroundsurfacemodelandhighway&bridgedesignmodelsalerealized．●ThedummylandscaperealtimeroamingiSrealizedandthedesigneffectCanbeobjectivelyevaluated．Keywords：GPS，DistalPhotogrammetry，RemoteSensingGeology，CAD，IntegratedTechnology,ProjectDatabase，NetworkTechnolog，Ⅳ 武汉理工大学硕士学位论文第1章概述交通运输是国民经济的基础产业，是社会扩大再生产和商品经济发展的先决条件，是经济活动和人民生活正常进行的必要保证。公路运输是现代综合交通运输系统中的重要组成部分，有着不可取代的优势，它不仅是短途客货运输的主力军，在中距离客运以及高档货物、高时效物品和零担物资的远距离运输中也起着骨干作用。世界发达国家的经济腾飞，无一例外地依赖于公路交通的快速发展。党的十五届五中全会做出了开始实施第三步发展战略的伟大部署。按照这个部署，本世纪中叶我国的人民生活和人均国内生产总值将达到中等发达国家水平。为贯彻落实中央关于到2l世纪中叶我国基本实现现代化的第三步战略目标，使公路、水路交通事业的发展为国家基本实现现代化发挥支撑和先导作用，交通部制订了我国公路水路交通发展三阶段战略目标，提出了“到2010年公路、水路交通紧张和制约状况要实现全面改善”、“到2040年，中国交通将实现现代化，比国家现代化目标提前10年”的工作目标。毫无疑问，这对我国公路建设速度和水平都提出了更高要求。公路工程的建设，是宏伟的系统工程，它涉及到公路规划、勘察设计、环境保护、施工控制和运营管理等诸多方面，勘察设计无疑是这项系统工程的灵魂，它关系到我国每年数干亿元交通建设资金的投资效率，关系我国未来几十年可持续发展的能力，关系到国家第三步发展战略能否顺利实施。历史给予我国交通建设巨大的机遇，如何吸取历史教训，避免大发展时出现大浪费，向技术要速度，向管理要效率，成为摆在交通主管部门和科技人员面前的课题。而传统的勘察设计模式和方法依然是影响我国公路测设水平和效率的重要因素，公路勘察技术含量低，特别是高科技含量不足，严重地制约了我国公路的建设发展。因此，为确保我国公路建设的速度和质量，从根本上讲就必须依靠科技进步。以计算机技术、微电子技术、卫星定位技术等为代表的高新技术的发展，对整个社会的发展产生了巨大的影响，同样也对公路勘察和设计产生了根本性的变革。各种高新技术的出现和多学科间的相互作用，促使公路勘测手段得到迅速地发展。目前，最能直接为公路勘察设计提供技术支撑的首推全球定位技术(GPS)、数字摄影测量技术(DPS)、遥感地质技术(I峪)、计算机辅助设计(CAD)技术以及这些新技术的有效集成。国外一些著名的技术研发机构，正利用这些新技术及其相互间的交叉、渗透和影响，不断推出公路测设新技术， 武汉璎工大学磷壹学位论交努力实现勘测数据采集豹搜摸他秘鑫动化，工程设计与分摄的三维纯和可视化，并通过这些新技术的集成，形成从公路规划、勘察、设计、成果输出到现场涟工旅样靛一俸纯投术。我藿公路苇墨技工俸者毽一壹农狡孜不倦辘追求、开发、利用各项新技术。“六五”、“七五”、“八五”期间，国家茅Ⅱ交通部组织了大量的技术攻关，完成了诸如航测技术、遥感地质判释技术、公路CAD研究等攻关课题，并获终了较好豹社会效益粒经济效慈。疆羲诗算援软磺{孛环壤款飞速发展以及GPS技术、摄影测蹩技术、遥感技术、CAD技术的深入应用，传统的测设手段明显落后，专顼碜}究与综台庭雳矛疆舀渐突蹬，公路CAD技术由于没有得到快速大规模蠹勺地蕊数据采集技术的支持，未能形成～体化的技术，更谈不上全断的技术集成，大规模的公路建设缺乏强有力的技术支持。具体表瑗失：·局限于对单项CAD技术研究和数据分析，没有形成以面向对象的数据瘁技术灸基磕翡集成系统，缺乏获数据采鬃、数据和影像处理、CAD设计到成果输出一体化的成果；·数据采集方式原始、落后，效率低下，数据缺乏关联，共享程度低，信息弧惑突如；·软件开发缺乏组织，大多为自发性独立开发，水平不平衡，往往在低水平上重复汗发，缺乏象统豫；·受当时技术水平的制约，技术开发环境和平台相对落后，没有集成豹概念和思想。·没鸯紧鼹襁关学辩技本熬发展，尤其爨与公路测设糖关熬建表、她貘信息的采集和处理技术，没有充分地进行综合汗发和应用。本文静是着眼予鬻内商新援术发震和公鼯勘察设计的现状及特点，班公路工程勘察设计的整个过程为出发点，通过ji幸这些叛技术与公路工糗之间的关系的深入了解、抽象和总结，研究适合巾国国情的公路规划和勘察设计新披术，并将这足璞楣重独立戆技术集成强一套麓鸯接应翅予公爨懿察设毒}黪象戏系统．实现从规划、测量、设计到成果输出的一体化和现代化，从二维设计向三维优化设计发震，共取得了黻下几个方褥的成莱：·通用拜放的开发环境釉应用平台的选择，使系统具肖更广泛的适用性；·各单项技术间实现了无缝的资料传递与共享；·采溺嚣自慰象技零设诗了鸯效懿工程数据痒，统一管理鑫季争类型豹测量资料和设计资料：·逶焉汗放豹接蜀设计，戬兼容和啜纳现有各肇项成栗；·实现了各专项技术程序阃模块级系统集成；·实现了地袭模型、路桥设计模型的多模型叠加；2 武汉瑾工大学硬士学位论文·实现’歹公路虚揆景观豹实对漫游。可以壹理她谔玲设计效豢及与环境的配合。集成系统懿实魂，将克菔残存懿公路溯设{壬务重、竭麴短懿矛詹，芳麓显蔫提高勘察设计质量。同时，也将极大地提升我国公路勘察设计行业的国际竞争力，迎接进入WrO聪面临的机遇与挑战。 武汉瑾工大学蘸士学位论文￡E_E自■■●__j■≈E!!_■__E__■■自_IllPlll——"lllll●第2章公路规划和勘察设计新技术交通建设是～颈黩大约系统工程，其中涉及许多重大科技闷题，科技的每一项进步都将有力地推动交通事业的发展。目前，公路规划和勘察设计的最先进技术惫括：全球定棱技术(GPS)、数字摄影测量投术(DPS)、遥感地震技术(RS)、计算机辅助设计(CAD)技术以及这些新技术的有效集成。2．1全球定位系统(GPS)2．1．1GPS技术研究的豳内外现状与水平全球定位系统(GPS)是英文NavigationbySatelliteTimingAndRanging—fNAVSTAR)GlobatPositioningSystem(GPS)的缵写，全称为“测时测躐母靛系统／全球定位系统”，由美圈军方设计构建，其卫星星座于1993年完成，用于海陆空三个领壤安拜亨、全天簸耪全球{生的导靛{曩及薄接毂繁、辕壤整控、应惑逶谖等军事目的。全球定位系统(GPS)除可以达到上述军事目的以外，利用GPS导航定位信号，熊够进行厘米级甚麓毫米级精度的静态定位、米缀甚至驻米缀精度的动态定位、致米级甚至攫米级糖度的速度溯基鞫毫徽秒缓豹时阕测量。因此，在测量界，GPS技术广泛、系统的开发研究，其实用技术已经渗透到各个层面，如大逑测蔻、她壳形变益测、工程测蠡等领域，它的闯畿，绘溅耋嚣带来了一场翻天覆地的技术革命。对于GPS技术的成用研究，鞠外开腱褥较翠，胰1979年GPS试验卫爨发射开始，霆步}雪竽多测绘部门、王程应用部门、大学及厂囊裁器始了GPS媚户部分的研究和试骏。从精度要求极商的地球动力学测蠢、精密工程测蘸到精度要求～股的普遴芏糕灏耋、图校点涮擞、航邀溺豢等，郝有反用GPS技术静援哿。GPS技术与其它测控技术的缎合将能更充分地发挥各自的优势，取得更好的效益，有学者认为，如果“把惯性定位遥感、低空强影和数字化制图簿新技术同GPS定位技术稷缝合，不仅霹以弥补各爨熬不足，还饕逐步导致整个测绘工艺滚程的革命，人类实现全天候全自动定位溯图的日子已经不远了”，因此，目前许多学者己献单缝的GPS静态定位磷究转移舅了动态酾组合纯的蔫精度定盈磷究方面上来，在航空摄影测量中利用GPS确定摄影瞬间的空间位置的研究就是一个典型的例子。GPS在航测中的应用前荣十分广阔，它将会大大地缩短航铡成图周期，大大地减少努终佟业劳动的强度。嚣藏GPS定位技零约磷究已从单纯的GPS静4 武汉理工大学硕士学位论文态定位研究转移到了动态高精度定位。GPS在工程勘察中最广泛的应用是建立精密的工程控制网。GPS—RTK实时动态差分技术在控制测量、施工放样及地形测量等领域的应用也已经开始。将GPS与GIS结合可实现资料快速更新并在电子地图上准确定位。GPS与DPS结合可以实现实时GIS系统，用于公路、铁路、线路状况自动监测和管理，如美国联邦公路管理局和俄亥俄州立大学地图中心研制的将GPS接收机和立体视觉系统在汽车里的一体化，以用来进行公路沿线立体像对的序贯三角测量等。国内GPS技术研究、试验与应用也开展得十分活跃。武汉测绘科技大学在GPS定位理论上作了大量的研究，1988年在研究GPS差分法技术基础上，首创了“中心化非差技术”、使单点定位辐度提高到1～3米，并且还编制了一套完整的GPS算法及平差软件并侵之商品化。国内在动态GPS测量技术方面也作了一定的研究和试验。利用机载GPS航摄E行及辅助空三加密，能够满足航测成图加密精度要求且具有如下优点：与传统方法相比，减少野外工作量90％；外业作业周期大大缩短并减少勘察费用75‰在GPS高程控制测量方面，目前国内外多采用地球重力模型法和解析插值法，其精度在起算点满足一定的密度、联测点均匀的情形下，可获得较好的正常高，拟合的精度可达到5cm精度。2．1．2GPS在公路规划和勘察设计中的应用领域GPS具有定位速度快、精度高、观测不受气象条件影响、控制点间无需相互通视、对控制网的边长没有限制、待定点的定位精度相互独立等特点，其在公路规划和勘察设计中的应用主要包括：GPS平面控制测量、路线GPS高程控制测量、RTK．GPs三维放样测量、机载GPS辅助空中三角测量等四个方面。GPS作为一种具有高科技含量的测量工具，自身可以达到很高的相对定位精度。大量的公路工程GPS平面控制测量实践成果表明：采用GPS进行平面控制测量，其精度可达1～3ppm；优于规范1／4万的要求，可以广泛地用来进行公路路线、桥梁、互通、隧道的控制测量。并且GPs测量还具备点间不受距离和通视条件的限制、全天候测量作业、控制网可分级布设或越级布设、精度高且均匀、效率高等常规测量方法所无法比拟的优越性。在公路勘测中，路线高程控制测量所采用的是正常高系统或正高系统、独立高程系统，它是相对于似大地水准面(或大地水准面)、工程平面为起算的；而GPS高程则属于大地高系统，它是以大地参考椭球面为起算依据的，只有将GPS大地高转化为正常高才能直接服务于公路勘测。GPS大地高转换为正常高主要有等值5 武汉理工火学硕士学位论文线图法，地球重力模型法和解析内插法．区面拟合法等。采用GPS手段测定控制点的正常高，只要采取合理的布点方案和计算模型，其精度完全能够满足公路±30x／Lmm的精度要求。RTK．GPS实时测量技术是实时动态定位测量的最新成就。利用RTK—GPS技术可实施野外地形数据采集、大比例尺测图图根控制测量、路线及大型构造物桩点放样、像控点测量、GPS四级路线控制点测量等。在一定的条件下，采取RTK--GPS进行路线三维放样，其点位的平面坐标精度与调和高程精度完全能够满足《公路勘测规范》的要求。采用RTK．GPS进行路线三维放样，可节省人力资源近4倍，同时效率至少是传统方法的5倍。GPS辅助空中三角测量是利用设在地面固定点上和在飞机上的GPS接受机来测定航摄飞行中摄站相对于该地面已知点的三维坐标，作为区域网平差中的附加非摄影测量观测值用于区域网联合平差，从而可大量节省地面的航测外业控制点的测量工作。GPS辅助空中三角测量能节省70％～90％的野外控制测量，甚至无地面控制的GPS辅助空中三角测量也能达到相当高的精度。2．1．3GPS与集成系统的关系GPS技术的应用可以贯穿公路工程规划、建设的全过程，是实现道路控制测量、放样测量、施工测量的重要工具和技术保证，是获取原始地理信息的重要手段之一。GPS定位测量技术作为一种高效率的测量手段，只有将其以高新测量技术的主体部分与制约公路勘测自动化发展的各个工序环节和各个分项技术加以集成，才能从根本上加快设计的步伐，提高公路勘测的准确性和正确性，有效地缩短勘测设计的周期，提高公路勘测设计的整体效益。GPS与其相关的RS技术、DPS技术、DTM技术、道路CAD技术问的接口关系如图2．1．3所示，从形式上表现为连续，从内容上表现为各技术间的资料传递。在遥感地质中，通常利用GPS精确定位技术，进行影像的定位与校正。在航空摄影测量过程中，通常利用GPS技术测定航摄区域内的像控点或少量必需的控制点：机载GPS时，利用动态GPS定位技术，确定航空摄影瞬间曝光中心坐标，以及利用GPS观测得到的摄站资料辅助空三加密等。数字元地面模型(DTM)是数字摄影测量的最重要的产品，是实现公路测设现代化的关键环节之一，利用GPS技术能为DTM采集丰富的地形信息。在道路CAD设计过程中，通常利用GPS技术提供控制测量信息以及利用RTK—GPS进行工程放样。6 武汉理工大学硕士学位论文GPS技术与其它相关集成技术的应用，大大地提高了公路勘测的准确性和正确性，缩短了勘测设计的周期，提高了公路勘测设计的整体效益，显示出强大的优越性和广阔的应用前景。2．2数字摄影测量技术(DPS)2．2．1DPS技术的国内外现状与水平摄影测量学诞生于十九世纪中叶，历经模拟摄影测量和解析摄影测量两个阶段，现正在向数字摄影测量阶段发展。摄影测量的基本内涵是对影像进行薰测与理解，以前均需要人工操作，即通过人眼观测进行人工定位、通过人脑分析进行匹配与识别、通过机械传动产生模拟化的测绘产品。随着军事、经济应用领域的扩展，传统的人工操作方式效率低、劳动强度大的弊端日益突出。随着计算机技术的广泛应用，以及数字图像处理、模式识别、人工智能、专家系统和计算机视觉等学科的不断发展，应运而生。世界上第一台可操作的数字摄影测量系统，是美国GD／HAI公司制造的DSCC系统．它应用于大规模快速提取DTM、生成影像地图、巡航导弹制导、三维地面模型电子沙盘，等等。DPS的内涵已经远远超过了模拟、解析测量的范畴。DPS与模拟、解析测量的主要区别在于：它处理的原始信息不仅可以是相片，更主要的是数字元影像或数字元化影像，其输出成果不仅是一般线划图，更主要的是数字元地面模型及其数字元化产品。它最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而所使用的仪器最终将是计算机及其外部设备。月前，DPS系统中数字元地面模型自动生成模块是最有成效的模块，其生成速度可达每秒几百到一千多个点。应用最为广泛，与工程建设部门的结合也最为紧密，仅我国台湾地区就有十余套数字摄影测量系统，每年可为工程应用部门和7 武汉理工大学硕士学位论文区域GIS数据库提供几千平方公里的大比例尺地形资料产品c国内对数字摄影测量的研究也非常活跃，1992年武汉测绘科技大学与澳大利哑合作推出武汉测绘科技大学研制的VirmoZo数字摄影测量工作站系统，近年来义推出了V"LrtuoZo数字摄影测量微机系统。国家测绘研究所也推出了基于数字测图的JEc-4数字摄影测量微机系统。多年来，采集大量地面资料和快速建立数字元地面模型是制约公路测设自动化的瓶颈，数字摄影测量系统无疑为当今公路CAD快速、大批量地提供地面数字信息提供了突破口。公路设计部门随着高等级公路迅猛发展和三维化、数字化设计技术的展开，必将对此有着更为广泛的应用前景。2．2．2DPS在公路规划和勘察设计中的应用摄影测量技术自七十年代未期在我国公路勘察设计领域引进和应用以来，以其能大量减少野外]：作量的优势，使我国公路勘察设计技术从野外实测定线阶段进入了纸上定线技术作业阶段。随着科学技术不断进步与发展．公路计算机辅助设计(CAD)技术已日臻益成熟，其发展使公路设计中的计算机应用已不再仅仅局限于设计过程中的几何计算与辅助制图，而是要求能在计算机中以数字形式表示和以数学方法描述的地形表面，即建立数字元地面模型，并在此基础上实施路线三维空间设计和进行全方位的优化设计。公路建设的本质是对原始地面与周围环境的认知、适应和改造的过程，设计人员首先是对地面信息的理解与认识，通过分析、规划、设计和优化来协调工程建设与地形景观和人文环境之间的关系。因此，以计算机视觉为基础的公路三维设计与方案优化的必然前提是：大规模、宽域度范围内自动获取设计走廊带的数字化地面信息，并对这类信息在计算机中予以恰当地描述和表示，以及通过数学方法自动获取未知点位的地面信息。DPS具有快速、高效和大规模地获取设计走廊带数字化地面信息，并对这种数字化信息在计算机中进行合理描述，使之能被计算机系统和设计人员接受和应用；通过数字元影像与数字元地面模型合成建立设计成果景观模型，产生设计结果的计算机视觉效果；通过自动化和数字化和摄影测量技术使公路勘察与设计作业协同化等作用。在公路规划阶段，DPS提供的是三维地面模型电子沙盘，可以方便地进行路线方案的设定。在公路勘察阶段，DPS代替了野外勘测工作，可以极大地减少人力和野外工作量，显著地缩短测设周期。在公路设计阶段，DPS可以在大范围内快速提供地面信息，满足大范围设计优化和方案比选的需要；同对，摄影测量成果可视化，配合设计成果的立体化和真实化，为设计质量控制和工程建设环境评估提供了可视化评判依据。8 武汉理工大学硕士学位论文2．2．3I)PS与集成系统的关系DPS技术应用于公路规划、勘察、设计的全过程，是实现公路勘察设计现代化的重要保证。DPS与其相关的GPS系统、Rs技术、DTM技术、道路CAD技术间的接口关系如图2．2．3一l所示，从集成关系来看，表现为各技术间的资料传递。图2．2．3．1DPS与相关技术的集成关系DPS接收GPS空中三角测量资料或野外控制测量资料，用于全能法摄影测量定向作业和空中三角测量加密计算。DPS的三维地面数字信息可直接提供给遥感系统，对于具在一定重叠度的航天遥感影像，DPS可直接产生遥感系统所需要的数字元表面模型，用于遥感系统建立三维地表景观和地质模型。DTM是DPS的最重要成果之～，DPS可以代替传统的野外测量，直接向设计人员提供地表信息，并可同时提供三维数字元地图及影像地形图；DPS产生的数字元影像与路线设计模型和数字元地面模型叠加，产生公路虚拟景观，产生可视化的设计成果。2．3遥感地质技术@s)2．3．1RS技术的国内外现状与水平RS通常是指从卫星或飞机上记录地面可见光、红外光或微波等地物电磁辐射信息而成像，并对影像进行各种初步处理等。通过对遥感影像进行各种分析获得地质信息称为遥感地质技术。遥感技术及其所提供的遥感资料，由于具有影像逼真。遥感信息量丰富和数据采集迅速等特点。它不受地形、交通等自然条件的9 武汉理工大学琰士学位论文静种限制，对地璇构造研究、区域地鹱调套、水文地质研究、环境动态监测、地震调查及地貌第四纪地质的研究等开辟了新的研究途径。由于航天遥感覆盖面极大、信息丰富，施角遥感技术进行公路路线选线、勘察、不良斑质现象调查，鞭熊突出这项技术的独蟪优势。因j比重≯}曩懿广泛地采用航天遥感资料进行计箕极图像处理和信息提取，大量的遥感信息已进入自动识别和自动处理成图阶段，为公路的瓶翊和设计扶宏观上提供了准确可靠的T-程地瓒资料。国外RS工佟起步较旱，RS按零囊予传感爨的萃耨经历了靛空遥感帮靛天遥感两个阶段。遥感技术随着传感器的革新、电子技术和图像识别技术的发展，遥感范围不断扩大，遥感资料信息量不断增加，RS的成用得到了迅速广泛的发腱。如：美匿缝矮调囊鼹扶七十年代视期就将遥感(RS)与诗箅枫数据管理系统结合，广泛应用于获取和处理地质、地理地形和水资源信息。El本凰±地理院从1974年开始将遥感(RS)匆计算机数据管理系统结合，用于国土信息存储、处理和检索测量姿辩、靛空辍片、互星资糕、主建稍弱、蝰形缝质等信患，为国家和遗区±童}奠规划服务。RS应用在我国从1952年开始进行，当时主要是用于地质普查，拽矿方面。鲁1970年越先爱在铁道、煤炭、石油、遣璇、水电、琏震等{亍簸陆续歼震。随着公路建设规模的不断扩大，公路等级的不瞬提裹，对工程地矮的要求瞧不峨提蕊，遥感地质技术在公路工程勘察设计中也得到了不断的应用．在～些大型工程项目的勘测中取得了较好的应用效果，并获得了驻著的社会效益和经济效赫。2．3。2致S技术在公路韵寨设计串瓣瘦霸RS技拳在我国公疆工獠缝襞中豹瘦雳楚鼠t986年开始豹，主要瘸子路线工程地质调查、工程地质图编制、建材调查、区域环境工程嫩质谔价、灾害她质调鸯分析、路线方案的工程地质比选以及桥粱、隧道等大型人工构造物戚复杂工点的工程逢质勘察等。草赣静公籍路线遥感工程遗震解译，出于计算辊设备蘩释和软{牛功能所限，只能姆遥感资料经计箕虮处理生成影像压，凭鳞译人员经骏，靠人脑对影像进行对比和分析。随着计算机技术和影像技术的发展．凭借计算机，把犬量强件、图像、资料与解译入员经验稻联系，旗两快速、准确施在大范围内获取地形、她貌、地层卷性、她矮槐造、水文地震、灾害地震等偿患，在一些大型交通工程项目的勘测中取得了较好的应用效果，获得了显著的社会效益和经济效益。采用计算杭复合处理技术将遥感资科、地形图资料及公路设计资料合成，可生成霞括公里鼷坐标、公路设计线健、地形、缝貌、她震爨线、遮艨产炊、羹垒质构造线、注记等的遥感影像平面图和遥感影像路线平面圈，宏观地展现路线走廊带及周边地区的她形地貌及地脯情况，为公路选线提供地质依据，从而实现方案的毙逡秘饯化设诗。10 武汉理】．丈学硕士学位论文2．3．3RS与集成系统的关系RS技术主要是通过地质解译，提供设计走廊带的遥感地质信息资料．为公路路线方案比选提供区域工程地质依据。它与GPS、DPS、CAD间的接口关系如图2．3．3所示。RS能够快速获取大面积影像信息．但遥感影像与其它图形文件投影方式有角度差．至使图件叠加、复合困难，可以利用GPS对影像目标进行迅速准确的定位：RS在生成公路遥感地质影像图时需要利用DPS的地表图形，对各类图件进行栅格／向量资料转换，使路线设计范围内所有资料具有统一的量纲，使之能快速的叠合、复合在一起。通过对遥感资料进行地质解译，为路线CAD提供宏观地质资料，进行路线方案比选及优化。2．4公路CAD技术2．4．1公路CAD技术的国内外现状与水平测量技术及计算机技术的进步带来了公路勘察设计手段的巨大变革，经过多年发展，国外的公路CAD软件逐渐向系统化、多元化和集成化方向发展，一些发达国家目前已经拥有较为成熟的公路CAD设计系统，其软件商品化程度也非常高。如英国的MOSS系统、HOPS系统，美国的InRoads系统等。这些知名软件的共同特点是：结构完整、功能强大，有较高的集成化技术，商品化程度高，而且都是以数字元地面模型为基础，经平面设计、纵断面设计、横断面设计逐步完成整个设计工作。其交互功能在平、纵面设计上做的比较突出，一些软件还具有较好的工程实体透视图及三维渲染处理功能，以及一些简单的动画制作功能。 武汉理工大学硕士学位论文我国公路工程的计算机应用研究始于70年代初期，在80年代中，随着高性能个人计算机的普及和推广，软硬件技术的迅速提高，CAD技术在工程设计中得到了广泛的应用。到90年代，原有的手1=设计方式已有了彻底的改变，采用计算机完成设计计算及图形绘制工作成为设计工作的主要方式。CAD技术的研究和应用取得了显著的成果，但是，公路工程CAD技术尚存在着若干不足，主要表现在：1)野外勘察人工为主，劳动强度大，效率不高：2)测量资料内业处理与公路设计脱节，致使公路CAD的前期资料准备工作繁重：3)以人工为主的野外勘察测量，无法经济地提供大规模、大区域的地面资料，致使公路设计多方案比选、优化的范围受到极大的制约：4)无法建立起反映真实地形地貌特征的未来工程三维景观，难以对待建工程与环境的互动关系进行直观、确切的审查。面对我国公路建设高潮的到来，如何吸收有关技术的最新研究成果、实现箨单项技术的集成化，以大幅提高我国公路勘察设计的整体水平和综合效益，成为目前公路勘察设计技术进步的关键。2．4．2CAD与集成系统的关系在公路勘察、设计中，规划设计是灵魂，其它工作都是为设计服务的。公路CAD和其它技术之间的集成关系如图2．4．2所示。图2．4．2公路CAD与相关技术的集成关系公路CAD从遥感、GPS、DPS中获取地质、地面及控制信息，经过路线的平、纵、横设计，生成路线的三维模型以及各种设计图表。将路线的三维模型与数字元地面模型、正射影像进行叠加，合成为综合模型，形成虚拟现实，以实现对路线设计方案的选择、评价及优化。 武汉理工大学硕士学位论文第3章公路规划、勘察设计新技术集成化研究3．1研究总体构思、目标与技术方案公路勘察设计是一个系统工程，牵涉到众多的专业，前面我们已经介绍了公路规划、勘察设计方面最有效的新技术，这些新技术在“六五”、“七五”、“八五”期间已经做过专门研究，从概念上来说已经不再陌生，随着卫星技术、电子技术、影像技术的迅速发展，这些技术本身也在不断向前发展。我们以往对这些新技术鼠是作为单项技术来进行研究，只能解决其中的某一个方面，所获取到的信息往往是孤立的，不能为其它系统所共享，形成了一个个信息孤岛，因而无法充分挖掘各单项技术的潜力，也无法适应信息化时代的发展要求。随着公路勘察设计特别是高速公路发展需求的不断提高，随着公路勘察设计新技术的不断成长和完善，只有将这些新技术实现有效的集成，才能从宏观上掌握路线走廊带的地形、地貌和地质；才能高精度、高效率地实现路线控制测量；才能实现CAD设计所需的数字地形图以及地表信息的快速获取；也只有将GPS、航测遥感与公路CAD技术一体化，构成～个集成系统，才能克服现有的公路测设任务重、周期短的矛盾．大幅度提高公路勘察设计的质量和效率。集成技术研究的目标是综合应用GPS技术、摄影测量技术、遥感地质技术、数字元地面模型技术及公路CAD技术，形成从公路勘察到公路设计的自动化、一体化技术，技术集成主要采用工程数据库技术、数据库引擎、Inlranet网络技术构建通用的资料接口，将各单项技术所采集到的信息以及这些单项技术所产生的中间结果、最终成果提供给其它技术所共享、引用，快速地提供各单项技术应用过程中所需要的资料和各类模型，最终形成公路虚拟景观实时漫游，达到设计快速方便、方案比选有效可靠、设计效果审查直观的目的。3．1．1指导思想充分吸收和借鉴国内外有关GPS、航空摄影测量、遥感地质、数字地面模型、公路和桥梁CAD等专业的基础技术成果，紧密结合我国国情和公路工程的行业特点(高精度、带状特征、海量数据、地表数据实时获取、道路空间三维可视化和景观综合评估等)，开发出一套适合我国公路勘察设计特点的公路规划、勘察和设计一体化系统。坚持技术研究与公路工程专业相结合，突出系统的集成性、开放性、先进性和实用性。3．1．2总体构思 武汉理工大学硕士学位论文GPS、航测遥感、CAD集成技术研究是综合研究应用GPS、摄影测量、遥感地质、数字地面模型及公路路线与桥梁CAD技术，通过工程数据库、DAO数据库引擎、Intranet网络等，实现从公路勘察到公路设计的信息化、自动化、一体化，集成系统的总体构思如图3．1．2所示：图3．1．2集成系统的总体构3．1．3技术方案研究公路规划、勘察、设计整个过程中的关键技术，结合公路勘察设计的特点研究GPS、航测、遥感、CAD等基础技术和理论在公路工程中的应用方法：认真研究各专项技术在公路勘察设计过程的作用及相互关系，紧紧围绕技术集成这个核心，将各单项技术融为一体，形成一整套直接应用于公路勘察设计的集成系统，实现从勘察、设计到最终成果输出的一体化和现代化。集成系统的技术方案如图31．3所示。图3．1．3集成系统的技术方案14 武汉理工大学硕士学位论文3．2研究内容根据研究目标进行内容展开。集成技术研究的主要内容有：·对国内外著名公路集成软件的体系结构、数据管理技术进行剖析、研究，消化吸收其先进合理的内容，并结合现有计算机软、硬件技术发展的水平进行系统总体设计。·吸收工程数据库技术研究的最新成果，结合面向对象技术设计系统的核心数据结构。·开放的地形、地表、地质数据采集的资料接口设计。·研究先进的数据库引擎技术，设计数据库窗体。·数字地面模型系统的数据结构设计。·路线和互通立交CAD系统的数据结构设计。·桥梁设计CAD系统的数据结构设计。·子系统间需要共享与传递的资料关系的建立。·子系统间需要共享的函数关系建立。·各新技术模块级系统集成方法设计。3．3主要研究成果3．3．1通用开放的开发环境和应用平台系统集成的前提是开发与应用统一操作平台，经过充分的软硬件平台调研和对国外知名软件如MOSS、INROADS的技术特点、应用推广经验的消化吸收，确定了在微机网络环境和通用开放的W．mdo、Ⅳs9)㈣000操作系统、AutoCADRl4和Excel等软件平台上进行系统集成的策略。集成系统研究选择的软硬件平台是：·GPS：Leica350(1+3)四台套：·SGl02Unix工作站；·V"muoZo数字摄影测量工作站(Unix工作站版和Wm-Imel微机版)；·动态GPS处理与分析软件；·遥感图像基础处理软件PCI；·IntelPentium166或同档次以上的X86系列微型计算机，32鹏以上内存；-中文Windows95／97／98／NT4／2000操作系统；·AutoCADRl4图形平台；·AutoCADRl4--ObjectARX开发接口；·MiemsottVisualCH5．0、6．0集成开发环境；15 武汉理1‘人学硕士学位论文MjcrosoftExcel95／97／2000电子表格软件OpenGL图形库。NT网络陶3．3．1．1集成系缔的软硬什平台3．3．2无缝的资料传递与共事系统集成核心是资料和功能的集成。资料信息流体现了组成集成系统的再分顺技术、各软件子系统相互逻辑关系的本质。以面向对象的T程数据库技术和WmdowsDLL技术为核心，抽象、定义并实现了图3．3．2．1所示的资料信息传递关系，实现了各分项技术、各软件子系统无缝的资料传递与共享，实现了在通用软硬件平台下公路勘察设计相关技术的高度集成。^，％I社车巷：掘RTK放耔数据图3．3．2—1集成系统的资料信息流l6 武汉理1：大学硕+卜学位论文3．3-3面向对象的数据结构设计集成系统的资料具有典型的层状特征：类型多、层次关系复杂、资料量大，采用传统的商品化的关系型数据库不利_r实现这种层次体系，不可避免地带来较大的冗余，且不能实现有效的版本管理，为此，必须采用CAD数据库来进行管理，CAD数据库一般称为工程数据库．(|：CAD通用技术规范》对工程数据库的特点有以下描述：要具有动态地处理模式变化的能力；能描述、操纵复杂的数据类型：能处理具有多个内部层次的复杂数据结构：能支持用户定义的数据类型和相应的操作：具有支持工程中长事务处理的能力；能支持工程信息流中资料的一致性和完整性；具有版本管理的能力。本文仔细分析研究了集成系统中的备类资料及其逻辑关系，采用面向对象丁程数据库(OODB)的设计思想实现了《cAD通用技术规范》中的“对象数据管理(ODM)参考模型”的主要内容；采用VisualC++设计编制了集成系统工程数据管理模块：以集成系统工程数据库为核心实现了对各类资料的高效管理和各专项研究成果的紧密集成。基本作法有以下几点：以c++类方式定义基本的资料单元，如路线CAD的基本线元、交点资料、段落资料，数字元地面模型系统的散点数据、TIN三角形资料等：以对象指针数组、对象指针链表和对象指针映像方式实现对相同基类不同子类的多个对象的管理；采用虚函数重载动态联编技术实现不同派生子类共享统一的外部接口；以类的继承性、可重载性实现用户自定义数据类型和相应的操作；以c++类的包容、继承方式实现整个系统数据结构的各个层次及其相互关系；以动态联结库DLL出口函数方式实现集成系统工程数据库的所有管理与操作，如查询、添加、插入、删除等。3．3．3．1基本数据单元数据库中基本的记录单元是可动态创建的类的对象，经过对集成系统中各种资料进行分析、归纳和抽象，设计了七种数据单元：项目管理类、平面线元类、纵面线元类、平面交点类、纵面交点类、技术标准类和段落资料类，提高了资料的封装性、安全性和可维护性，减少了冗余数据，增强了整个系统的稳定性，例17 武汉理工大学硕士学位论文如项目管理类和平面线元类具有如下的C++定义：1)项目管理类CProject的c++形式这个类只含有若干个公有字符串成员对象，用于保存对应的数据库文件名，一个设计进程对应一个C卿i。d对象实例。为便于整个设计项目的管理以及设计项目中带有共性的资料能够被其它项目所共享，在进行数据库设计时，每一个设计项目包含有4个工程数据库，分别存放该工程特有的地面模型、设计参数以及可以被其它工程共享的设计资料。该类的定义如图333．1一l所示。2)平面线元类CAliElement的C++形式这个类利用11个成员变量来描述平面线形，任意复杂的平面设计线位资料都可归结为CAliElement对象实例的有序排列。该类的定义如图3．3．3．1．2所示。其它数据单元不再一一类举。图3．3．3．1-23．3．3．2复合数据类型由基本的资料单元通过包容方式实现复合数据类型．如图3．3．3．2所示设计线18 武汉理工大学硕士学位论文数据类型的定义：该类由16个成员变量构成，每一个成员变量又是由一个数据单元类构成，描述设计线形某一类的特征或参数。每条设计线即为该复合数据类型的一个对象，从而可以实现在一个项目中包含任意多条设计线，每条设计线可以拥有独立的设计参数，系统通过对该类的操作，实现设计项目的动态管理以及各个设计线之间设计数据的提取及关联。3．3．4通用开放的接口设计ClassCAl19p曲entfpubllf：CAtignment(PStringBoIDe-’unnamed’)：1CAIigtmlent()：PSIringA1ignNome：／／设计线的名称技术标准平面线形交点资料集合对象平面线形线元资料集合对象纵面线形交点资料集合对象纵面线形线元资料集合对象标准横断面模板分段资科集合对象边坡模板分段资料集合对象路面横坡分段资料集合对象地质分段资料集合对象土石成分分段资料集合对象构造物分段资料集合对象测量资料集合对象水准点数据集合对象土石方调配资料集合对象遥桩横断面计算资料集合对象集成系统在实现核心信息的有效数据库管理的同时，还采用了开放式的资料接口，设计、定义了5种资料接口文件格式，从而扩展了集成系统的资料来源．同时也方便了其它系统采取外挂的方式加入集成系统，或者从集成系统中提取所需要的测量和设计资料，使集成系统带有自扩展性。3．3．4．1通用测量数据文件(TXT)集成系统中，通用的测量数据文件包含文本文件、DWG、DON图形文件等多种形式，标准形式采用文本文件格式，记录由GP$获取的、或者由数字摄影测量得到的控制点、地形离散点、特征点、等高线上的点和地形特征线信息等资料信息，通过交互设置文本列的属性，可适应任意的自定义格式，供数字元地面模型系统录入原始图3．3．4．1通用的测量数据文件输入接口测量资料。图3．3．4．1是通用的测量数据文件输入接口。19 武汉理]：大学硕士学位论文3．34．2路线设计资料交换文件(BRF1文本文件格式，加宽等设计资料，供其它系统如桥梁fAD系统提取路线的设计资料，图3．3．4．2所示是其中的一个片断，描述的是纵断面设计数据，由特定的关键词表示开头和结束．其它片断如平曲线线性等与此相类。由路线CAD生成记录路线的平面、纵断面!堡堑画∑塑蛊，+，‘桥粱设廿资科交换接口史。牛，／路幅参数o600ooo600(100oooooooo，桥面平蓝线31just无20．045632．0254680(7tooo4Y／b"20254680001200∞2缓和勰HCl045"／52．02546800．011045G"3922546V9-OSlr／2蜘能鲫3皤左候1472457392254679-O00725(171f13045953_625427．1-0．赢r／2曩n姗003．3．4．3桥梁设计资料交换文件(BRI)该文件为文本格式怪曲线、断面资料等相关设计信息，供其它系统提取桥梁设计资料，例如二三维模型建立时需要的桥梁设计信息。图3．3．4．3所示是其中的一个片断，描述路幅参数、桥面平纵资料等。记录桥梁布置、结构参数以及桥梁所在位置的平曲线、3．3．4．4路基三维模型资料交换文件(sJ)()集成系统设计过程中，将路基上相邻两个桩之间的行车道、硬路肩、土路肩、边坡等具有共同属性的四个三维点构成路基上的～个面，由若干这样的面构成完整的路基表面模型。将这些三维点组织成文本文件，从而形成路基表面模型的三维资料，供数字元地面模型等需要建立三维模型的系统采用，格式如表3．3．4．4所 武汉理工大学硕士学位论文示：路基三维模型资料交换文件格式属性X1Y1Z1)(2Y2Z2x3Y3Z3X4Y4z43．34．5桥梁三维模型资料交换文件(B3D)文本文件格式．以三点表面模型描述桥梁三维模型资料，供其它系统如公路虚拟景观实时漫游系统采集桥梁三维模型用，格式如表3．3．4．5所示：桥梁三维模型资料交换文件格式表3．3_453．3．5模块级系统集成GPs、遥感地质、数字摄影测量、数字元地面模型、路线与互通立交集成CAD、桥梁设计集成CAD外部集成采用的是开放的数据文件形式，各希望加入集成系统的模块和希望从集成系统中提取资料的程序均可通过这样的接口获取资料；集成系统内部采用的是溶为一体、无缝的模块函数级的系统集成。数字元地面模型通过统一的接口和函数采集GPS、数字摄影测量等测量资料，CAD系统调用数字元地面模型系统中的接口模块获取地面信息进行路线平、纵、横设计，生成三维路基模型后再调用数字元地面模型系统中的接口模块把三维模型资料传递给数字元地面模型子系统，进行模型叠加与更新，并最终生成综合模型。综合模型通过资料接口文件传送到公路虚拟景观实时漫游系统，最后形成多媒体文件，完成动画漫游。各予系统采用模块化设计，集成系统模块之间采用动态连接库方式进行必要的函数调用，各模块共享同一地址空间和内存资料。实现了各模块之间和集成系统各子系统之间的资料与模块的共享。集成系统的函数调用逻辑关系如图3．3．5所21 武汉理工人学硕士学位论文示：啊3．3．5■重硼的聃美景3．3．6数据管理模块设计集成系统负责管理所有的设计资料，各子系统、模块通过调用集成系统提供的数据管理接口模块来进行设计资料的添加、删除、修改等操作，而资料的组织、保存、恢复对它们来说是完全被封装了的。为方便调用，集成系统的数据管理接1：3函数设计具有相当统一的形式。数据管理接121函数分17类，共180余个函数，如表3．3．6-1、3．3．6-2所示的设计模型的管理和技术标准的管理模块：设计模型的管理表3．3．6-1函数名功能描述RdmGetNumber得到设计模型中的设计线总数RdmCregte新建一个设计线RdmDelete删除一个设计线RdmGetAt(index)得到序号为index的设计线名称RdmIsExist查询设计模型库是否存在RdmIsModified查询设计模型库的修改状态RdmSetModified设置设计模型库的修改状态指示技术标准的管理表3．3．6．222 武汉理l：大学硕士学位论文技术标准的管理表3．3．6-2SetStandardI修改技术标准资料3．3．7多模型叠加集成系统产生的三维模型有三种类型：以不规!I|lJ二二角网TIN表示的地面、路基三维模型；以规则格网DEM表示的地面三维模型：和以AutoCAD3dFace图形表示的公路、桥梁三维模型。多模型叠加操作主要针对TIN模型和AutoCAD3dFace模型。集成系统中多模型叠加的T作流程如图3．3．7—1所示：图3．3．7—1多模型叠加工作流程图3．3．7-2、3．3．7-3为路基设计模型与原始地模叠加产生的新模型的三角网图形。 武汉理工火学硕士学位论文图3．3．7—2互通式立交、她模替加产生的综合模型图3．3．7．2路线、桥梁、地模叠加产生的综合模型3．3．8公路虚拟景观实时漫游虚拟现实技术是计算机图形图像技术与人类认知理论相结合的一个高新技术领域，其实质就是利用计算机生成一个以视觉感受为主，包括听觉、触觉、嗅觉的可感知的环境。利用地理空间资料和公路三维设计资料建立一个逼真的、立体的、可交互的、含地形地貌环境特征的待建公路工程虚拟景观，一直是公路_『‘程规划、设计、评估和管理人员梦寐以求的目标。集成系统已经实现了GPS、航测遥感、CAD技术的集成，形成了公路从勘察设计的一体化，在集成系统中既有数字摄影测量所生成的数字元影像、数字元地面模型，又有路线CAD经过路线设计形成的路基三维模型以及桥梁CAD形成的桥梁三维造型，将其中的地面、路基、桥梁模型进行叠加，即可生成包含地面、路基、桥梁的综合模型，再将综合模型与数字元影像进行叠加，即可形成公路虚拟景观，形象地展现公路建成后的情景。在此基础上进行公路虚拟景观实时漫游，可以实现飞行浏览及驱车浏览，全方位地检测公路设计的效果以及与环境的配合，为设计成果提供动态、可视、三维的评价手段。同时，利用该技术，还可以实现 武汉理17大学硕士学位论文行车雾景分析以及洪水淹没分析，对通车后的景观进行模拟。3．3．8．1景观叠加的数据流程传统的道路CAD系统在可视化视觉功能上有许多明显的不足，与地面数字模型和影像可视化表之间缺乏紧密联系，只是松散的组合，缺乏深层的联系：图形CAD平台如AutoCAD或MicroStalioll等系统的可视化、图像表现能力等方面均不能满足要求。基于此，在WindowsNT环境下用VisualCH6．0和0pen(；L图形库开发了公路虚拟影像景观漫游系统，这套系统针对道路工程中数字地面模型DTkl的特点，具有更强的用户交互及图形可视化能力。如图3．3．8．1所示。系统可接受的数据类型如下：DTM、路线设计模型：以三角网构成，地面、路线设计属性按层定义，如地面、水域、路面、分隔带、挖、填方区域等，DXF格式三角网和四边形网构成的路线设计模型，DWG格式或二进制文件格式影像：地面影像能以两种方式输入：普通扫描航片+定位控制点和数字摄影测量系统产生的数字正射影像实体：如房屋、桥涵、树木等AutoCAD实体，D)【F格式3．3．8．2数字元影像的叠加利用DTM数据和地面纹理数据构造三维地形模型是地形环境虚拟现实的关键步骤，而用数字影像进行纹理映射则是建立逼真虚拟地形环境的重要手 武汉理工人学硕t学位论文段，其实质就是把经过纠正后的数字影像“贴”到由DTM所构成的地面模型上。在虚拟景观系统中，是由一个二维图像阵列一一数字化航摄像片数据定义，它是一个离散的栅格数据，因此在映射之前，要将这些离散的数据构造成连续的纹理函数，采用了进行双线行内插确保影像的平滑过渡。纹理映射涉及到纹理空间(像片平面)、景物空间和图像空间(屏幕)。首先将纹理映射到三维地面，然后再映射到屏幕空间。从纹理空I旬到三维地面的映射，最精确的方法自然是根据中心投影原理建立纹理坐标到视见点坐标的直接映射，就是从像点坐标到大地坐标的直接线性变换DLT，建立这样一个映射至少需要4个已知其纹理坐标和视见坐标的控制点。将具有纹理特征的三维地面映射到屏幕空间只是一个投影问题，方法之一就是利用具有消隐功能的逆映射一屏幕空间扫描法描绘深度排序的三角形面片，根据已知的每个三角形顶点的屏幕坐标和视见点坐标内插出三角形内部的各点的视见坐标，有了视见坐标，就可以根据上面的直接线性变换DLT计算每个像素点对应的纹理坐标。还有一种方法就是直接计算各三角形顶点对应的纹理坐标，进而双线性内插出各像素的纹理坐标。本系统地面影像数据能用航片(包括正射影像和扫描航片+定位点两种方式)、图片(地面摄影像片，无定位点)和～般色彩或纹理等方式贴图。其中扫描航片(主要应用于平原地区)不作严格正射纠正，但能作多影像拼接和按给定的控制点作比例、方位等概略纠正。3．3．8．3数据动态装载与多线程技术W"mdowsNT支持多线程的应用程序开发，应用程序可以启动～个或几个辅助线程，每个线程独立执行程序码中的一系列指令，主线程可以专门处理信息，使程序能快速响应命令和其他事件。辅助线程可以用于完成费时的工作，以免在由主线程处理这些工作时阻碍程序信息的处理。考虑到计算机内存的限制及公路数据量的巨大，为使程序在绘图的同时能够响应菜单的消息，本系统采用了多线程技术，辅助线程用于绘图，主线程专门处理消息：并采取数据分段处理的技术加快软件运行速度，为了保证段与段之间的连续显示，不产生停滞，段与段之间的DEM设有一定的重叠，在系统显示前一段时，由辅助线程将下一段自动调入系统内存。3．3．8．4三维立体景观利用DEM数据和地面纹理数据构造三维地形模型是本系统实现三维漫游的关键。本系统利用OpenGL编程，通过透视投影将三维空间的对象在二维屏幕上表达出来。其大概步骤如下： 武汉理工大学硕士学位论支1)基础数据的准备与预处理：从dxf导入的数据模型是由不规则的三角网组成，它能较好的表示地形起伏特征：对用来叠加的数字图像，需用数字图像处理技术来改善其影像质量，以利于获得最佳的视觉效果。2)基本参数的设置和计算；三维地形表面的顶点坐标是由TIN的顶点组成。根据TIN的每一个顶点计算出每一个三角形的法向量用于产生地形表面的明暗效应。计算结果存放在后缀名为nor的数据文件中。此外要用专门的OpenGL函数设定相关的参数。其中包括光照方式、光源位置、颜色模式、明暗处理方式等。在此基础上设定视点和观察方向的初值，再分别运用OpenGL的模型变换函数、投影变换函数以及视口变换函数进行模型变换、投影变换和视口变换，将三维地面坐标转换成计算机的屏幕坐标，并运用OpenGL所具有的z缓冲自动消隐功能就能构造出三维地面模型。3)纹理映射：其中包括定义纹理、说明纹理的映射方式以及定义纹理坐标以及几何坐标，几何坐标决定顶点在屏幕上的绘制位置，纹理坐标决定纹理图像中哪一个像素赋于该顶点。由于真实感图形是通过景物表面的颜色和明暗色调来表现景物的几何形状，空间位置及表面材料。所以为了计算屏幕像素上相应景物可见点的颜色．需建立一个计算物体表面在空间给定方向上光亮度的光照明模型。在OpenGl中实现的具体步骤如下：1)定义该光照模型的光的组成：它包括辐射光、环境光、漫射光、镜面光，它们从不同的方面来影响物体在光照下所呈现的颜色及光亮度。2)创建光源：确定光源的许多特性，如颜色、位置、方向等。3)启用光源：调用明确指出光源有效。这样就可以得到比较具有真实感的三维地形实景图。系统中创建了一个比较形象的对话框，在一个圆形区域中用一个圆球来模拟光源，只要转动圆球，就可以改变光源照射的方位。3_3．8．5场景布置为使地面景观更加真实，更加符合公路设计的实际，我们可在地面上添加一些点状地物(如树)、线状地物(如护拦)、体状地物(如房子)。考虑到地面景观的复杂性及公路设计的特点，场景布置需要采取一些特殊的处理方法。如在点文件中，存放的不仅是点坐标、属性，还需要存放点状地物的高度属性，在系统中根据对点状地物所赋纹理的不同，可以添加各种各样的点状地物要素，比如不同种类的树。27 武汉理1．夫掌硕十学佼论文3．3。8．6实孵交量漫游由于OpenGL对三维算法的优化以及双缓存技术瓣支持，本系统在微枧上就能实现三维景观的实时显示，通过键盘、鼠标等交互工具，观察者可以自由穗“进入”纛羧静三维空闯中，对掰关心的区壤姨不闷秘蠢、不同角度、圈3，3．R6离凉公滞虑榭静豫精褥方位进行实时的动态观测，并且可以模拟汽车驾驶受沿选定的鼹线驾驶，有加速、减速、暂停甚至翻遥靛功能键。这熬都给设计人员以身临其境的感觉．为骞观、真实遗评偷公路勘测路线提供了菝据。按照上蟊摅供的思路与算法，在Windows环境下用VC和OpenGL实现f数字地嚣模型豹建立以及与数字影缘静结合．莠织决了该系统静交蓬设诗、三维动画、鼠标任意漫游等技术问题，完b芟了系统的主要功能，验证了本文提出的解决方案怒完全W行的。它褥模型瑾论、在Windows可视纯资源串静鬻向对象的软件设计恩想、C++的灵活性紧密丽有机的结合在～起，较一般的应朋程序效果更理想。3．3．8．7与3DMAX的比较公路虚拟景观影像动态漫游系统与3DMAx不同的是，它以摄影测鳖真实钧逡嚣爨鼹影爨寒表现公路建设后款寝擞爨褒，爨骞楚极漫游动缝，龛％送行DTM和公路属性要素查询，能在需要的地方插入和查询其它说明文件。懿三维空闯数据管理系统为基础开发路线景残系统，弓|入了三维实俸数据结构，可以完成多种结构复杂的数攒混合镑理，因丽兜服了数字地面模型系统等纯表丽模型不可能建立桥(尤其怒跨线桥)、墩、校等空间实体的缺陷，扶露存霹栽突出缝瑟缨蘸表现鼹揆及其爨援携静结黪特缝。 武汉理1人学硕十学位论文第4章技术经济分析本文紧密结合我国国情和公路丁程的行业特点，突出研究成果的集成性、7r放性、先进性和实用性，无任是GPS、摄影测量、遥感地质技术的应用研究，还是数字元地面模型、路线与互通立交CAD、桥梁CAD和公路虚拟景观实时漫游技术的开发研究，在具有先进性的同时具有很高的实用性。4．1与传统测设技术的对比分析GPS、航测、遥感、CAD集成技术的研究与应用，解决了传统测设手段和常觇公路CAD系统的设计效率低、出错率高、误差大、检查手段落后和人T操作随意性大等缺点。它的推广应用将彻底改变传统的勘察设计作业方式．改善整个公路勘察设计作业环境，将使公路勘察设计作业体系的整体技术水平和整体质量效益得以大幅度的提高。采用GPS、航测、遥感、CAD集成技术进行公路勘察设计所产生的整体效益，可从勘察设计协同作业方式、工作人员节省、野外1：作减少、劳动强度降低、设计周期缩短、设计能力提高、设计质量与设计水平提高等方面得以体现。与传统道路勘察设计方式和常规CAD应用技术相对比，其综合优势是不可比拟的。从野外测量、地质调查、路桥互通设计、制图制表输出、三维模型叠加到景观影像漫游等公路勘察设计的全过程，我们可以对传统测设技术与集成技术应用作如表4．1的对比分析：传统测设技术与集成技术的对比表4．1内容传统测设技术GPS、航测、遥感、CAD集成技术采用GPS控制测量，人员少、效率全站仪、经纬仪、水准仪导高，劳动强度低；一次测量可获得控制线测量和水准测量；水准法或抬点的三维坐标，控制网等级高，可适应野外测量杆法断面测量．蒋要大量人力、路桥隧各类工程不同等级的设计、施工物力和时间，劳动强度大、精度要求．断面测量、碎部测量采用RTK动态低、效率差．实时放样技术，无需点问通视，无需砍伐树木，保护自然资源．采用遥感技术进行室内地质解译，野外调查，对路线方案有重配合野外验证，可减少野外调查工作60％地质调奇大影响的大型断裂带和地表覆盖以上，对大型地质现象和地下地质情况下的隐含构造难于调查清楚。判释准确率高，对路线大方案的选定极为有效． 筑汲毽．i，人学硕士学位论文采用GPS外业控制测繁；自动像点羹测配念瓿载G黔耱鹫空兰：嚣络强嚣野外航测外业控制测量：人作业方式进行数字元化航测内业：自动王转蒯点空三律畿；摸撂测量罂避行多辨格式魅p豫地委数据杀嫠：汁仪或解析测图仪生产纸质线划地算机辅助数字地图生产：快速数字元影航测形爨。航剥周期长，人员多，专豫地形鞭生产；航测整傣作业教澎提高韭憔强，无数字严品，％CAD无2、4倍．本质联系成皋为全数字化产品，直接嗣于Dnl生成和CAD设计。勘察设计～体化协同作业。CA／)系统中离建DBI系统，三燕设DTM与CAD分离，饕要在DTM计建立Dnl基础上，。与CAD之间相互切换。接受多释数据深、楚理海量数器、数字元地面不采用整体拘网，处理资料带虑特彳正线不规则三角形接体构网、自动趣差壤测、动态可壤纪瓷辩编辑。模型自动多模型叠加兰成综合横型并量有限。不能对设计模型和地面模型送行叠加综台楚瓒。具奏与撼始DTM捆嘲棼可提馋唑．囊于多方集设计．分离线。至通叠加设i上；具有模型可视他功能。路正射影像地形图用于方案布线、野外勘察、经济调查等．设计走廊带地形线地形麓土羝上定线，人工熏数据采繁爵阍缩短23．野外王作减少、平嚣取转角点坐标、弯道半径等参30％．投，计算撬辅鼙调鳗计算。在D豫和簸宇壤枣上，避露交互式互设计平面设计克件出图采用手工平面布线．修改，根据设计线彤圈形自逶雅建。动鲤织警薤设计资辩。数字地图^疑数字地图编辑工具用予没平垂设{十文件出嚣，效率提巍5倍以上。计纵断野"申线测慧或图上读取纵DTM自动生成设计线的地形剖面；面设面高程：纸上布鬣交玻点、踱度，计算机上交互设计、拉辕．拖动，修改竖曲线半径等，人工组织资料．等；根据设计图形自动组织设计资料。诤DTM自动生成横断面断面线：自动横断野外断蔷涮誊或人工在地形避季亍摸精面设诗；防护、撼瘩和土葛方图上凄取断面高程。计算一次自动完成；横断面设计图形交嚣设逶犍“戴褥子”；计舅橇辖要式查阁，修改与调整，调整君的鞠形与资料自动两爹更新。计助土石方计算；人工土石调配．交点式排水设计、自动土石方调配和交互式主石方调整。乎纵横利用二维设计图人工凭经验自动建立三维路线、点通设计模型，配硷橇．为平纵横配合及统他设计提供直观评判依据。合30 武汉瑾j：文学颧士学位论文对不嗣曲设计方裳，厦笺在内建0TM，在设计走廊带范围内带图上读取纵、横断面地形资辩，设酶任意平嚣线鞠蓉毒垒裁簸横断嚣方案线。重复进行平纵横设计。l；(羲建立匏路褥、遮坡设诗摸板丐比选以前的设计资料不可参考借直接引用和参数修改，方案比迸壳全等用。攥凄。自动生成主要设计文件图表．手工作韭。备释平疆基采用数掌地形嚣为基出圈平面图纸上绘图：其它图表础，在计算机上辅助制图，教率提高5制表计算帆辅助生成。倍以上，减少描图产生的人为锚误和误差。路桥配合，直接引用路线数据库．手工组织和输入备神设计参桥轴线、墩台横断孬等地街线由河M自数，苯用艘据文律交换路线设计动生成。资辫。鑫套绘锱接型带置零、上、下部梅掭蜓设计在图形平台下人工交奠式造一般构造图等各项内容。CAD绘裁冬种布麓露、结构图等。生盛三缎耪粱模型。经怒终棱均可无三维桥粱模型。彤成拘件库，并能进行三维预览、参数掺改和壹接；!髑。设计资辫不可再裂篇。设计结泉为纯电子设计文文件．馕予查询和再利用。采用数据库技术，用户不与数据文采用分开的数龌文件管理形件直接按瓤：资考斗可褪化管理、嚣形修数据管理式，用户簧与多个教据突芹打交改宣动差薪数据库，资辩修改自动更新道，管理起来非常困难。图形．模板蓐、构件库可不断创建，追加，并胃反复§|用。可将地袭模型、路线设计模型、耍道设诗模型、褥粟设奎}模塑和数享元彩三维景观像叠加，自动生成精确的带地形景观影馕戆王程摸篓，莠可避杼任意方巍、煮无度、高度、路径的静态透视和动态漫游；可建立弼户撼囊蓐经意述行场案布美和环境评价效果渲染；可避行动态属性、洪水淹没、断强、蘑积和，}接多媒体信惠查询，生动直蹴地练合性评判设计成果。从上袭可以着出，GPS、航溅、遥感、CAD集成系统充分利用了璐有商新技术，全方缎改善了现蠢戆公鼹勘察设计体系，使测设过程发生7本质麴变化，提高了整个公路勘察设计的技术水平、质爨和效率。4．2直接的技术经济效益GPS、航测遥感、CAD集成技术是对整个公路勘察设计全过程质璧与效率的改善t根撼课蘸拜发过程串瓣各项实验幂鞋生产应蘑统计，※甭集成技零霹获得下3l 武汉理上大学硕士学位论文列直接的技术经济效益：1)采用遥感技术对路线方案有重大影响的工程地质现象进行解译，在公路工程可行性研究和初步设计阶段可减少50％以上的野外地质调查工作量，准确率达90％以上，对大型断裂带、隐伏构造和地下水等人]。难以调查的不良地质现象更具有突出的效果。2)采用GPS进行路线基础控制测量，提高路线基础测量控制网的等级和野外作业效率，野外工作量减少50％、人员减少40％、工作效率提高2倍以上；采用GPS—RTK技术进行路线放样测量和地形碎部测量，效率提高3倍以上。3)利用机载动态GPS空中定位技术，确定航摄像片曝光瞬间的空间位置，进行GPS辅助空中三角测量，减少50％以上的野外像片控制点测量工作；结合数字摄影测量自动量测，提高航测内业加密作业效率3~4倍。4)采用数字摄影测量和航测网络协同作业技术，地面数据采集效率提高4倍以上，大比例尺三维数字地图生成效率提高2～3倍以上，数字【F射影像地形图生产效率提高8倍以上。航测内业作业综合效率提高2—3倍。5)采用DTM技术实时横断面插值计算，使断面野外测量工作量减少90％以上。6)利用三维路线、互通设计CAD系统进行路线平、纵、横交互设计，自动生成主要设计文件图表，可提高路线设计总体效率2~3倍。7)桥梁CAD能自动绘制包括弯坡斜等异形桥梁的桥型图、结构图，可进行实时联动编辑和动态桥梁三维总体更新，并生成准确的桥梁三维模型，效率提高2～3倍。8)建立在数字元地面模型、多模型处理、数据库等技术基础上的三维道路CAD使路线方案比选效率提高4倍以上。9)地面模型、设计模型和地面影像模型自动生成，动态场景布置，实时动态漫游及三维模型建立，为设计方案的评判及与环境的配合提供了直观有效的手段，传统设计方法无法进行该工作。综合分析，本文成果综合应用提高整个公路勘察设计效率2~3倍，并且对勘察设计质量控制、优化设计和工程建设环境可视化评估提供了依据，它将引起公路勘察设计过程和方式的重大变革。 霞援璎工夫掌硬士学垃论文=ii————一IIIl—ll———I目11-__I__--S_--目■目-_∞#g_自≈e4．3综合效益和社会效益GPS、航测、遥感、CAD集成技术的应用．可明显缩短设计周期，促进工程项目的早目竣工通车，其经济效益和社会效益是很明显的。由于公路设计整体质量懿提裹鞫设诗方案瓣整嚣伐纯，垮嫒公路里程缩短、设诗指针提裹，路线与景观协调、绕避不良地质灾区、公路环境美化等，从而缩短行车运行时间，减少交道事艘，降低漓耗，减少彳亍车营运费璃静公路养护爨雳等，其综合社会效螽、经济效麓十分可观。在我国嗣蕊公路建设与发展任务重、快、急的特定现实情况下，如何提高设计质懂，避免和减少公路建设与发展过程中的浪费与损失，本文成果其舂囊大的瑷实懑义。 武汉壤王大学硕士学位论文5．1研究结论第5章研究结论与展望本文研究紧密结合中国的国情和公路丁’程的行业特点，以楣关领域最新技术款集残为鬟点，综合多释学辩、多芋孛专煦豹最藏袋袋，充分髂瑗本王委瓣的集戏性、开放性、先进性和实用性，为我国公路1T=程提供从规划、勘察、设计劁质量评价与环境评彳舂的一整套瑶代化集成技术。本文成果建立了工程数据库，对不围类型空间信息与勘察设计信息进行有效的组织；采用人：r智能技术构建的可视化设计模板库和三维构件库，实现了设计残暴豹叁动积累靼共事。本文成果将设计综合模型与真实地表影像叠加，进行全方位的动态实时漫游，醛及设计成鬃的动态分析与傣息查询，从而可对设计质量和环境避行商效的评估。本文成果实现了雾模型叠加与融合技术，可将路线、互通、桥梁设计模型与她表摸型避毒亍叠趣，囊实地褥瑗道路建成最戆形态，并可获取寞实懿囊囊表参数。本文成果实现了新型高效的网络化协同勘察设计方式，使勘察设计人员在项髯统一管瑗下，充分翻用各羊申资灞，既霄专韭分工，更注整专啦协作，公路1_程整体勘察设计效率提赢2～3倍。5．2关键技术本文着重研究了鼬下关键技术：·集黢系统觞总体设计：·掌援工程数据艨技术磷究的最颧成果，采用疆囱对象技术进簿系统鲍核心数据结构的设计；·文本、窝形、圈像等不同粪塑和格式数据与信息的融合；·公鼹路线，耩粱／曩逶立交设计模凝、撬表模裂、影像模甏叠擞影袋综合模型的方法与管理：·综合模型的实时操作，即实时剖切技术；·综合模型实时动态漫游技术。34 武汉理工大学硕士学位论文5．3突破点在研究过程中实现了以下儿方面的突破：·GPS、DPS、RS、DTM、CAD等不同信息类型数据的有效整合与管理：·通过数据库技术和接口设计实现无缝的数据传递与共享；·模块级系统集成。各子系统采用模块化设计，集成系统模块之问采用动态连接库方式进行函数调用，各模块共享同一地址空间和内存数据；·多模型叠加技术。实现了地表模型、路线／桥梁／互通立交设计模型、影像模型的叠加以及形成的综合模型实时剖切等功能；·公路虚拟景观实时漫游系统的开发。实现了综合模型的静态透视和动态漫游；可进行场景布置和效果渲染：可进行多项信息查询，生动直观地进行综合性环境景观等评估。5．4展望公路规划和勘察设计新技术的集成，使得地面数据采集、数据采集、数据处理、道路设计与优化直至成果输出等公路勘察设计全过程，都实现信息自动传递，达到勘察与设计真正的信息共享与协同作业，同时，通过对真实数字元影像的处理，设计成果还能以生动、逼真的具有地表真实影像的三维图像方式呈现给设计者，通过人机交互使设计者丰富的勘察设计经验与现代技术有机结合，使公路设计由二维设计变为空间三维设计、由静态设计变为动态优化设计，这种不同学科间的技术集成，极大地促进了公路勘察设计的技术进步，将引起我国交通勘察设计方式的重大变革，同时也将推动铁道、电力、水利、测绘等行业的技术发展。本研究具有突出的先进性和前瞻性，涉及到多门专业和学科。由于我国地域辽阔，各地的情况千差万别，针对个别特殊地形、地质、地貌地区(如青藏高原)的某些特点，还作进一步的深入研究。同时对相关技术的进一步发展还需要做更多的关注，大力倡导采集数据和设计数据输入输出的规范化工作，使系统具有更加广泛的兼容性。 武汉理工大学硕士学位论文*自自_|_E!_目蔓!E_!●●■■___日——■●●___-■_—■■■●____E___■■■E____|E詈■■■■自■E■目EEE!_E!■毒i—I,致谢在我的导师贺琼教授的悉心指导下，笔者顺利地完成了研究生阶段的学习、课题的研究和论文的撰写。他深厚的学术造诣和刻苦钻研的工作作风，激励著作者走过了三年研究生的学习生涯，在此谨向贺琼教授致以诚挚的谢意。同时还要感谢交通学院的老师们在课题研究和论文写作方面给予我的热情帮助，作者在学术研究上的点滴收获，得益于他们对我的大力支持。在课题研究和论文资料收集过程中，还得到了中交第二公路勘察设计研究院广大科研人员的大力协助，在此一并向他们表示感谢。 武汉理J：人学硕士学位论文参考文献l、王书庆．石洞．石志源．工程CAD集成系统的发展．公路工程计算机论文集．湖南科学技术出版社．1996：、杨兆升．交通运输系统规划．人民交通出版社．19973、交通部．公路建设项目可行性研究报告编制办法(讨论稿)．12／19964、高荣进．跨世纪公路交通发展战略．人民交通出版社．1998．35、张之强．中国公路建设的现状及中、远期规划．公路．1998(5)：PI一46、日本道路工团着．日本高速公路设计要领．陕西旅游出版社．19917、张雨化．道路勘测设计．人民交通出版社．1997．98、周荣沾．张廷楷．城市道路设计．人民交通出版社，19889、赵喜安．互通式立交主要技术问题剖析．华东公路．199510、赵喜安．公路线形的自由构造方法——线元设计法．公路工程计算机应用(1994年年会论文集)．199411、交通部第一公路勘察设计院．公路路线设计规范(JTJ011-94)．人民交通出版社．199412、交通部公路管理司．中国公路学会．公路工程技术标准(JTJ001．97)．人民交通出版社．1997l3、张琪胨应忠．计算机若干新技术应用探讨．公路工程计算机论文集．湖南科学技术出版社．199614、刘鑫．路基工程优化模型．系统工程理论与实践．199115、沉志云．交通运输工程学．人民交通出版社．199916、中华人民共和国交通部．公路主枢纽总体布局规划编制方法．交计发[1995]120617、汪应络．系统工程理论方法和应用．高等教育出版社．199218、王彩华．宋连天．模糊论方法学．中国建筑工业出版社．1988：P138．16819、赵玉林．任路平等．高速公路对沿线经济发展影响评价指针体系．武汉工业大学学报．199920、宋宏勋．马荣贵．高速立体摄影测景的初始值计算．光子学报．199421、蔺锡九．吕建鸣．样条有限条法分析弯箱梁桥空间内力．土木工程学报．198922、赵喜安．公路线形的线元设计法．公路．199523、冯光愈．程展林．鄢重新．高速公路软土地基处理研究．长江科学院院报，199624、赵喜安．互通式立交CAD系统第五版重要特色．公路工程计算机应用(1994年年会论文集)．199425、凌九忠．互通式立交的规划、选型与设计．公路．199926、赵喜安．互通式立交计算机辅助设计与绘图系统．中国公路学报．199227、张伯根．陈国．陈园．三维动画在模拟公路行车中的实现与应用．公路．200237 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