线框式建模技术在高速公路集中管控平台应用

线框式建模技术在高速公路集中管控平台应用

郎晓礼 万长恩 刘成

北京云星宇交通科技股份有限公司，北京市， 100078

摘要：随着交通运输部提出对高速公路提质增效指示的落实、各省交控集团的成立以及组织架构的调整，高速公路监控业务面临调整，尤其是高速公路监控平台的整合、优化及改进，以满足新的组织架构可视化、精细化、实景化的监控管理需要。

现在高速公路监控平台主要由隧道监控、路网监控、桥梁监控、调度指挥等系统组成，各系统有数据简单共享，但又是独立的系统，分别满足不同业务部门监控管理需要，且都是常规监控方式，已不满足实际可视化、精细化、精准化业务管理需要。

关键字：监控系统；线框式建模；集中管控平台；行车安全

一、引言

全国高速公路经过20多年的建设，现在已进入平稳运营期，一方面隧道多、隧道所机构多、管理难度大、管理效率低、管理成本高等隧道管理问题突出；另一方面前几年国家大力发展基建，高速公里里程爆发式增长，也使得高速公路机电保养、维护、运营等健康问题日益增多。“重建设、轻管理；重收费，轻运维”是目前各省高速公路管理面临的多数问题，特别是道路、隧道、服务区等特殊路段机电监管存在问题。千里之堤毁于蚁穴，实践也证明容易忽略的细节问题，往往容易酿成重大的交通事故。

目前各省对隧道运营的监控主要集中在隧道旁的隧道管理所，在各省高管局或分中心基本上只接收视频图像、收费数据以及道路车辆数据，对隧道内机电设备数据、火灾数据很少关心，完全依托给隧道所。省高管局对全省隧道运营情况无信息化呈现方式，个别省份隧道数据上传至省监控中心，也没有对隧道数据进行针对性管理和分析，对隧道运营更无实质性指导意义。

二、发展趋势及困扰

高速公路隧道、桥梁等特殊路段的安全运营已成为高速公路安全运营的重中之重，其日益突出的安全问题，也越来越多的成为人们关注的焦点。充分利用、挖掘隧道监控软件和道路监控软件平台的功能，对隧道、道路、桥梁、服务区、收费站等这些特殊路段的进行重点监控，智能预警可能引发事故发生的事件，同时自动发现并报警发生在这些路段的事件，最大限度地发挥高速公路监控系统的功能，提高高速公路监控智能化、信息化、自动化水平，尽可能避免事故发生，减少事故发生后的损失。

当前各省纷纷成立交控集团，原高管局及下属公司组织全部重新调整，与监控业务相关的主要有两种情况，一种是成立隧道分公司，对其所辖范围内多条高速公路隧道进行监控管理，即实现对隧道的省中心、隧道分公司、道路级隧道监控的三级监控管理模式，另一种是成立监控分公司，对所辖范围内的多条道路（包括隧道、路网）进行监控管理，即实现对高速公路省中心、分公司、道路级监控的三级监控管理模式。

基于以上组织架构和业务的调整，对高速公路监控平台提出了新需求，高速公路监控业务集中化和可视化成为未来的发展必然趋势。成立隧道分公司的架构形式就要求道路级监控平台实现对多个隧道的集中管控、隧道分公司实现对多条道路隧道的集中可视化管控，成立监控分公司（隧道、道路整合到一起）的架构形式就要求道路级监控平台实现对整条道路隧道和路网的集中管控、监控分公司实现对所辖多条道路隧道和路网的集中可视化管控。

随着各种三维建模手段的成熟以及图形显示技术的发展，三维模型在高速公路监控平台中应用，使高速公路集中管控平台可视化、精细化、实景化是高速公路管控平台的发展趋势。下图为北京妫水河隧道智慧监控平台，本平台基于三维BIM建模，将隧道内PLC采集到的设备数据，赋值到三维模型，给予BIM模型生命，从而实现对隧道机电设备的全方位监控。

上述项目中延崇高速妫水河隧道全场1.1公里，隧道BIM模型大小为2G左右，因此此种监控方式仅适用于中小型隧道，即隧道所级别监控，不适用于监控多条道路的分中心以及省中心。如一条山区路段高速，隧道群多在5到10条，如果一个分中心监管2条高速，即20条隧道，仅三维BIM模型就40G左右，已目前计算机水平，很难保证一次性加载如此大型文件，且还要保证浏览的实时性。

图1延崇高速妫水河隧道三维BIM监控

三、整体解决方案设计

实现对全路网设备的三维监控，达到满足各省交控集团组织架构调整和业务整合的管理需要。从建模角度看，通过倾斜摄像、高程卫片、人工建模、车载扫描等技术手段，使监控场景、监控设备实景化呈现，以及线框式建模技术在智慧城市、智能楼宇的广泛应用，把线框式建模技术在高速公路监控中应用技术上可行，且有着广阔的发展前景。

线框式建模不同于三维BIM建模，三维BIM建需要对每个设备就行手工式建模，建模工具例如3DMAX、Solidworks、UG等，模型细腻逼真，还原度高，单个模型多在1M多，因此此种方式建模适用于小型号场景，遇到大型宏观场景，此种方式建模就会造成模型特别大，如长度100公里高速公路。线框式建模不同于传统的三维BIM模型，它是利用线条式将物体轮廓勾画出来，先用线条勾划出基本轮廓，即所谓“控制线”，然后将模型进行渲染，在此基础上构造出曲面和实体模型，如下图青海省小大高速桥梁线框式建模,就是利用WebGL技术的3D图形引擎进行的渲染建模。此种方式建模是从二维线条演化而来，占用体积小，如下图的桥梁模型及场景大小为3KB。线框模型所含的三维模型数据量少，模型通过WebGL技术的3D图形引擎进行绘制，模型的数据结构和处理算法也比三维BIM简单便捷，对计算机硬件的要求不高，运算速度快，适用于大型场景仿真。

图2青海小大高速公路桥梁线框模型

(一)技术路线

通过集中管控平台需求调研，以及青海曼大高速现场实际考察，得出功能需求，在此基础上进行文档编写、原型设计、代码开发、单元测试、系统优化、现场部署等一些列流程，形成最后产品：青海曼大高速线框式集中管控平台。

图3技术路线示意图

（二）优势及创新点

1、场景宏大，沉浸感强

通过线框式建模，将整个青海曼大高速(全长65.17公里)进行三维建模，并将道路及隧道内的实时数据等汇聚到一个平台内形成全息电子沙盘，监控人员可以快速掌握可用资源状况，快速部署、规划、调度和指挥，从而从容应对突发状况。数据通过三维场景展现出来，也能够给人一种置身现场的感受，沉浸感比较强。

2、提升高速公路运营质量

线框式高速公路三维建模及模型在中心级集中监控平台中的应用，使中心级集中监控平台可视化，同时又能保证浏览器端运行的流畅性和良好的视觉呈现效果。该平台采用的技术更先进、呈现效果更震撼，有利于提升整个高速公路监控行业产品，从而保证行车安全；现有高速公路监控平台隧道、道路监控管理工作相对独立，分别控制管理隧道和道路设备，集中监控平台同时实现对隧道、道路机电设备的监控，提升路段协同作业能力。

3、提升经济效益

对基于线框式建模技术在高速公路集中监控平台应用，也解决了交控集团改制后机构设置、人员配置的变动，解决机构多、人员多、效率低、成本高等面临的问题，使监控业务更高效，提高效率和降低成本，可产生较大的直接经济效益；

四、结束语

目前交通部已在全国推进高速公路数字化、智慧化、联网化。通过提升高速公路运营质量，提高安全行车效率，从而构建安全、绿色、便捷的综合交通体系，助力交通强国建设。随着国家对基建的投入，高速公路的里程数也会越来越长，人们的安全出行的愿望也越来越强烈。通过线框式建模技术在高速公路集中管控平台中的应用研究实施，极大的提高了车辆安全通过性，降低了事故发生率，提升了运营质量。且对全国各省高速公路集中监控具有指导和参考意义，提升高速公路监控平台的自动化、智能化、可视化、精细化程度和管理水平。

参考文献

1. 基于Cesium的倾斜摄影三维模型Web加载与应用研究[J]. 江华,季芳,龙荣. 中国高新科技. 2017(06) [2] 道路三维可视化技术及应用探讨[J]. 田毕江,杨国清,苏宇,卢英志,胡澄宇. 公路交通科技(应用技术版). 2016(11)

作者简介：郎晓礼（1981年8月-），男，汉族，河北省石家庄市正定县,工程师，本科，单位:北京云星宇交通科技股份有限公司，研究方向:智慧高速