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可视化与一体化技术在公路路线设计中的应用【摘要】一个公路工程的路线设计是一个比较繁琐的过程，因为由于公路的路线较长且跨越的地域比较光，往往会涉及到很多复杂的地形问题，这也造成了公路路线的设计任务量很大尤其是在有多种方案可供选择的情况下，如何选择最优方案。本文就是针对现有的公路路线设计的计算机辅助程序，探讨了公路路线设计中的可视化与一体化设计技术及应用。【关键词】可视化；一体化；公路路线设计；应用随着公路事业的飞速发展以及计算机技术的不断进步，那么在公路路线的设计方面的要求也越来越高，由此就出现了很多关于公路路线设计方面的计算机辅助设计，国内外的很多学者对于这方面都进行了大量的研究，也取得了很多的成果。这些研究成果很有效的解决了很多公路路线设计中的问题，尤其是其中的平、纵、横一体化的设计理论，在很大的程度上提高了公路路线设计CAD系统的辅助设计水平。但是在最初的发展阶段，由于受到传统的手工设计的影响很大，一体化设计的研究只是局限在路线的平、纵、横设计的某一个方面，但是我们都知道，公路的路线是一个三维的空间实体，如果单独的从平、纵、横其中的一个方面来描述这个实体的话，无论是从哪一方面入手，都会对其他两个方面产生一定的影响，第5页共5页 为此，就有的学者提出了要将三维的可视化技术一同来应用于上述的平、横、纵一体化技术当中，这两种技术的结合就可以使设计人员很轻松的在交互设计的过程中浏览到公路在建成以后的场景，从而可以给决策者和设计师一个很直观的三维立体的印象，也为几何线形评价，平、纵、横设计的整体协调以及最终设计方案的优选、环境影响评价等各个方面提供决策的依据。一、公路路线设计中的一体化设计及应用（一）数字地面模型（DTM）随着现代计算机技术的不断发展和公路路线设计手段的不断提高，尤其是三维数字地形图以及三维数字地面模型在公路路线设计中的应用越来越广泛，这些都为公路路线的设计工作实现野外实测工作与室内公路设计的一体化进程提供了十分有利的条件。那么，在公路路线设计一天化技术中，使用的最为广泛的就是数字地面模型（DTM），这个模型是通过数字表达来描述地形的起伏状况，是在经过对地形表面取样之后所得到的一组以x，y，z来表示取样点的横、纵、竖坐标的数据以及一套可以对地面地形提供连续描述的算法所组成的。也就是说，数字地面模型是按一定的结构有序的组织在一起的一个数据组，这个数据组代表的是地形特征的空间分布状态。（二）数字地面模型一体化设计在公路路线设计中的应用我们知道，在数字地面模型中，设计人员可以充分的运用其具有数字化的特点，主要有以下几个方面：第5页共5页 1、在三维立体的地面数字模型当中，进行公路线的选定。三维立体数字地面模型能够很方便的给出所有可能的路线走廊，以供设计者进行选择，设计者可以在其中选出所有的可能路线，然后初定较佳路线。2、在数字地面模型的基础上，再对之前初定的路线进行比较，并进行路线平面的空间优化，最终确定出最佳的设计路线。3、再通过CAD系统所提供的路线平面的逐桩坐标，通过在数字地面模型上进行插值求出路线的纵、横断面的地面线，并利用插值所得到的地面线进行纵、横断面的设计，最终生成设计路线的纵、横断面图。4、之后，就将设计好的路线与数字地形的三维模型进行叠加的处理并消影，然后再经过渲染和动画处理，从而可以得到整个路线的三维真实模型。（三）数字地面模型在公路路线设计中的优点数字地面模型可以真实地模拟地形的表面状况，并包含了真实的三维坐标数据，所以设计人员可以不用到踏勘的现场就可以利用数学模型在计算机上进行模拟，并最终完成对于公路设计路线的选择。这个模型还提供了可以进行任意桩号或已知平面坐标点的高程插值功能。操作人员可以在数学模型的边界之内轻松的获得任意桩号以及坐标点的高程值，还可以通过任一个x，y的平面坐标，再通过程序搜索，确定出该平面点究竟是位于哪一个三角中，再通过插值计算之后，就可以得到该平面点在数学模型上的准确的投影高程值。第5页共5页 同时，设计人员还可以利用数学模型并不需要通过到现场放线、打中桩、测中平、测横断面就可以方便地获得公路设计路线之上的纵、横断面的地面线数据，这样既可以大大的节省外业测量所耗费的人力、物力资源，也可以提高勘察设计工作的效率和精度；除此之外，也可以使大范围的公路路线设计方案的选择和优化成为可能。二、公路路线设计中的可视化技术及应用上面我们已经提到，由于公路路线设计的三维场景十分复杂，往往不可能采用一种流形的曲面来进行一次性的描述整个模型，为此，我们就要采用分割-归并的方法，来把整个公路的三维实体划分成现状的景物实体以及虚拟的景物实体两大类，对其进行可视化的描述。其中，现状的景物实体主要是指现实中已经存在的实体，比如说地形、地貌等等；而虚拟的景物实体则主要指的是正在规划或设计中的实体，这其中主要包括路基、桥、隧、涵等结构设施，依我们据各个子实体的具体特点，分别的研究它们的三维实体造型，然后再将各个子实体拼合成一个整体，让其成为一个可视的实体。其基本步骤是这样的：1、计算拼合交线就是说将道路的横断面的坡脚点的前后进行连接，在路线及桥梁以及隧道的起、终断面的地方进行封闭，形成若干个闭合环。2、嵌入拼合交线应用约束的Delaunay三角化算法将拼合交线嵌入到已生成的数字地面模型之中。3、裁剪地形第5页共5页 在拼合交线所围成的区域之中植入一个“程序”，该“程序”可以迅速的蔓延并吞噬掉交线区域内的三角形。4、拼合模型将我们所建立的道路模型与裁剪后的地形直接的拼合成一个整体，形成整体模型。结束语一体化与可视化的设计是将来公路路线设计的发展方向，这些技术的应用可以十分有效的提高我国公路建设在勘察和设计阶段的效率和质量，从而为整个公路工程项目的顺利实施打下良好的基础，我们也有理由相信，一体化和可视化技术会在交通领域得到更加广泛的应用。参考文献[1]黄桂兰.DTM在公路设计中的应用[J].武汉大学学报（信息科学版），1989，（3）：102-103.[2]郑益民.公路工程CAD基础教程[M].北京：人民交通出版社，2008年.[3]许娅娅，雒应.公路测设新技术[M].北京：人民交通出版社，2006年.第5页共5页