公路路线设计的一体化与可视化

公路路线设计的一体化与可视化

王浩然万超

现代社会对于交通运输快捷程度的要求越来越高，这也就需要我国在公路建设方面能够得到更好的发展。在进行公路建设之前最为重要的就是公路线路的设计，而一直以来公路线路的设计都是一项较为繁琐的工程，在设计阶段不仅需要设计人员能够明确公路线路在建成之后的价值意义，还需要设计人员能够对线路周边的地形特点、地貌特征、土质结构等方面进行调查，从而保证线路设计能够具有高度的可行性以及科学性。另外，现阶段的交通公路往往具有公路总公里数较长、途径地域广阔的特点，这些情况也使得公路线路在进行设计的过程中具有了相当的难度。在这种情况下也就需要能够在公路的设计方面进行相应的变革，使得公路路线在设计阶段能够较高的效率以及质量。

1.在公路进行路线设计方面实施一体化技术的必要性

现代人们对交通公路的质量要求越来越高，这样传统的公路路线方面的设计方式已经不能够很好的满足现代社会的要求，经过公路设计行业的不断发展，成功的将计算机引入到了线路的设计过程之中，并且通过计算机在设计方面的便利性大大的促进了设计事业的进步，以计算机作为主要的辅助工具进行公路路线方面的设计，已经在实际上获得了广泛关注，并且取得了相应的发展，尤其是在计算机作为辅助工具进行设计的条件下，将设计路线在平面、纵向、横向三方面联系在一起，统一为立体化的设计手段受到了设计界的普遍青睐，并且通过使用这种技术能够使得计算机辅助方面的CAD设计效果获得优化。

从一体化类型设计技术的发展历史来看，其并不是一帆风顺的，在这种设计方式研究发展的初期，设计人员的思维还在很大程度上受到传统设计方式的影响，有很大局限性，这种局限性也就使得设计人员，在进行设计的过程中往往只关注了路线设计的一个方面，没有能够将路线设计之中平、纵、横三个方面协调起来。但是在实际的生活中，公路路线是一个三维立体的结构，所以如果设计人员在进行设计的过程中，如果不能够全面的兼顾好三个方面的设计关键，那么无论设计人员从哪个方面开始着手进行设计，都将会在很大程度上会对其他的两个设计方面带来影响，从而使得公路在路线方面的设计质量的得不到保证。由此，也就需要能够将一体化的设计模式落实到实际的设计过程中，能够将平面、纵向、横向三方面设计要素协调起来，实现全方位立体的线路设计。

2.在公路进行路线设计方面实施一体化技术的措施

2.1建立数字化的地面模型

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。

2.2在数字化地面模型的基础上实行一体化的设计技术

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：

（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。

2.3设计过程中关键点

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。

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。

3.在公路进行路线设计方面实施可视化技术的措施

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，虚拟的景物实体则主要指的是正在规划或设计中的实体，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：

3.1科学的设计拼合交线

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。

3.2落实拼合交线

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。

3.3对模拟地形进行剪裁

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。

3.4拼接模型

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。

4.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]郑益民.公路工程CAD基础教程[M].北京：人民交通出版社，2008年.

[2]许娅娅，雒应.公路测设新技术[M].北京：人民交通出版社，2006年.