路線一體化設(shè)計平臺在公路設(shè)計中的應(yīng)用

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公路建設(shè)水平直接決定著交通運行能力，關(guān)乎國家經(jīng)濟發(fā)展，截止2013年年底，我國公路總里程達435萬公里。作為公路工程的前提，路線設(shè)計必須合理精確，否則易引起交通堵塞，或出現(xiàn)路程過長增加油耗的現(xiàn)象。建設(shè)范圍在擴大，偏遠地區(qū)越來越受重視，地形地勢愈發(fā)復雜。計算機技術(shù)的應(yīng)用解決了手工設(shè)計中的許多問題，但路線是三維實體，須實現(xiàn)平、橫、縱一體化。若將其分開設(shè)計，必然會破壞路線的完整性，使得設(shè)計質(zhì)量有所降低。因此在設(shè)計公路路線時，需加強對一體化的重視。

1 平縱橫一體化的設(shè)計分析

1.1 創(chuàng)設(shè)一體化設(shè)計環(huán)境

路線一體化設(shè)計需在專門平臺上開展，所以首先應(yīng)建立一個相應(yīng)的一體化設(shè)計平臺。在計算機上可同時打開多個窗口，將同一路線的平面、橫斷面和縱斷面進行視圖顯示。設(shè)計人員能夠根據(jù)需要切換窗口，并對窗口進行縮放、移動，這幾個窗口相對獨立但又緊密相連。即是說每一個窗口內(nèi)的繪圖區(qū)域、圖像比例是獨立的，在操作另一個窗口時不會對其產(chǎn)生影響。而聯(lián)系是說彼此間的相互響應(yīng)，如在平面視窗內(nèi)對路線的位置做了調(diào)整，系統(tǒng)會自動調(diào)整縱斷面視窗內(nèi)容，生成與平面視窗相應(yīng)的地面線;而調(diào)整縱斷面視窗內(nèi)的縱坡時，橫斷面視窗也會生成新的橫斷面。

1.2 開發(fā)一體化設(shè)計功能

主要包括3個功能:(1)交替設(shè)計?？蓪崿F(xiàn)視窗的任意切換，進行所需要的操作。如在平面窗口內(nèi)設(shè)計時，可隨時切換至縱斷面窗口開展拉坡設(shè)計。這一功能是在公路路線設(shè)計中極為重要，因為路線設(shè)計需經(jīng)過多次修改才能最終確定，而一旦一方面發(fā)生改變，另外兩方面也必然要有相應(yīng)的變動;(2)關(guān)聯(lián)設(shè)計。即幾個視窗之間彼此相連，在設(shè)計某一方面時必須兼顧其他兩方面。如調(diào)整平面視窗內(nèi)的線位，則會引起縱斷面視窗內(nèi)地面線的變化;(3)信息查詢。各個窗口內(nèi)涵蓋了大量與圖形相關(guān)的信息，可隨時搜索查詢，如土石方工程量、樁號的橫斷面等，輔助判定每次交互操作的合理性，以便有針對性地對方案加以調(diào)整。

具體來說，平面設(shè)計視窗能夠調(diào)整交點和線元，并對半徑、A值等參數(shù)進行修改;縱斷面設(shè)計視窗包括地面線點繪制、交互式拉破、調(diào)整坡長坡度和坡點;橫斷面設(shè)計視窗包括橫斷面的自動設(shè)計、交互設(shè)計等功能。在開發(fā)這些功能時，需逐個進行，先設(shè)計各個方面的獨立功能，然后將這幾個方面加以連接，實現(xiàn)平、縱、橫一體化。主要應(yīng)用了兩種技術(shù):一是響應(yīng)器，用以監(jiān)測路線設(shè)計時可能出現(xiàn)的事件;二是通知技術(shù)，創(chuàng)建實體的同時可在其內(nèi)部安裝相應(yīng)器，記錄有另一實體的對象ID號，負責兩個實體之間的關(guān)聯(lián)。一旦設(shè)計人員對實體有所改動，響應(yīng)器變化自動發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)，通過讀出所依附實體的對象ID號，將實體打開，按照設(shè)計思路實現(xiàn)相關(guān)操作。如創(chuàng)建平面線元實體，安裝響應(yīng)器便可與縱斷面窗口內(nèi)的地面線相連，若修改前者的線元，響應(yīng)器會自動引發(fā)后者對應(yīng)地面線的重新操作。

2 公路勘測設(shè)計一體化分析

2.1 數(shù)字地面模型

公路建設(shè)引進計算機技術(shù)已有很長時間，但在一體化技術(shù)方面的研究不多。數(shù)字地面模型是一種集三維數(shù)字、數(shù)據(jù)采集、路線設(shè)計等多種功能于一體的技術(shù)，因為公路多呈不規(guī)則的帶狀，所以必須利用三維技術(shù)加以設(shè)計。數(shù)字地面模型利用數(shù)字對地形的起伏變化進行表述，先采集地形表面的數(shù)據(jù)，然后以x、y、z的方式分別表示路面的平、縱、橫坐標。模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程進度、檢索效率密切相關(guān)，必須加強重視。

2.2 數(shù)字地面模型的應(yīng)用

(1)在三維立體的地面數(shù)字模型中選擇合理的路線。通過該模型的收集和分析，能夠?qū)⑺新肪€都顯示出來，給設(shè)計人員提供多種方案。根據(jù)工程要求，設(shè)計人員在對比后可選擇最佳方案;利用CAD技術(shù)獲取路線平面的逐樁坐標，然后利用數(shù)字地面模型求出路線相對應(yīng)的縱斷面與橫斷面的地面線，在此基礎(chǔ)上生成路線的縱斷面圖和橫斷面圖;最后將設(shè)計好的路線與數(shù)字地形的三維模型進行疊加處理并消影，然后經(jīng)過渲染和動畫處理，以得到整個路線的三維真實模型。

(2)在以往計算土石方數(shù)量時，多是根據(jù)斷面加以計算，缺乏科學性且計算結(jié)果精確度較低。使用數(shù)字地面模型計算，因采用了三維技術(shù)，理論上更加嚴密，可提高計算效率和精準度。

(3)將實際勘測結(jié)果和數(shù)字地面模型測量出的結(jié)果相比較，從中不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)模已經(jīng)可以滿足任何道路最初期階段設(shè)計精度的要求，在各種地形中都較為適用。隨著地形越來越惡劣，對技術(shù)要求也更高，而且可能會用到加密、特征線處理等技術(shù)。

3 可視化技術(shù)在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用分析

從前面分析可知，公路路線設(shè)計的三維場景較為復雜，若只采用一種流形的曲面進行描述，難以一次性地將整個模型描述清楚。所以有必要通過分割－歸并的方法將三維實體分成現(xiàn)狀景物實體和虛擬的景物實體兩類，對其進行可視化描述。而一體化和可視化的聯(lián)合應(yīng)用也是今后的主要趨勢。所謂現(xiàn)狀的景物實體，指的是地形、地貌等已經(jīng)客觀存在的實體;而虛擬的景物實體指的是在規(guī)劃設(shè)計中還未真正施工建立的實體，包括隧道、橋梁、路基等結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)各個子實體的特點，對其三維實體造型依次進行探究。最后將多個子實體組成一個整體，形成一個可視實體。大致程序如下:

(1)計算拼合交線。連接道路橫斷面的前后坡腳點，在路線、橋隧的起終斷面處進行封閉，形成若干閉合環(huán)。

(2)嵌入拼合交線。利用約束的Delaunay三角化算法將拼合交線嵌入數(shù)字地面模型。

(3)裁剪地形。在拼合交線圍成的區(qū)域內(nèi)植入一個可將區(qū)域內(nèi)三角形吞噬的程序。

(4)拼合模型。將建立的道路模型與裁剪后的地形進行拼接，形成整體模型。

4 結(jié)束語

為提高公路路線設(shè)計水平，必須積極引進一體化、可視化等先進技術(shù)。通過平、縱、橫的相連，可提高路線勘察設(shè)計時的效率，以確保工程高質(zhì)、快速地完成。

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