公路路線設(shè)計的一體化與可視化問題

陸亮 孫劍

摘要：公路路線設(shè)計的合理性直接關(guān)系著公路工程建設(shè)的綜合效益，因此必須重視公路路線設(shè)計質(zhì)量。本文通過對公路路線設(shè)計一體化與可視化問題的探究，提出旨在降低多項因素影響、保證公路路線設(shè)計科學(xué)性與合理性的具體策略。

關(guān)鍵詞：公路;線路設(shè)計;一體化;可視化

中圖分類號：U412.3? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展過程中，必須要確保交通建設(shè)的規(guī)范性與可靠性，就公路工程建設(shè)來看，公路路線設(shè)計的合理性直接關(guān)系著公路工程建設(shè)質(zhì)量與成本控制，關(guān)系著公路運(yùn)輸?shù)陌踩?。公路路線設(shè)計較為復(fù)雜，涉及內(nèi)容較多，需要保證設(shè)計理念的先進(jìn)化以及設(shè)計技術(shù)的有效性，才能夠滿足公路工程設(shè)計要求。鑒于此，本文從幾個方面圍繞著公路路線設(shè)計的一體化與可視化展開論述，結(jié)合筆者自身經(jīng)驗提出一些合理化的建議，供相關(guān)人士參考與借鑒。

1 公路路線設(shè)計現(xiàn)狀

從當(dāng)前的發(fā)展趨勢來看，公路設(shè)計基于AutoCAD平臺，借助相關(guān)道路設(shè)計軟件進(jìn)行，和以往手繪圖時代進(jìn)行詳細(xì)對比可以發(fā)現(xiàn)，無論是設(shè)計水平還是精度均有明顯的改變?，F(xiàn)階段，在公路設(shè)計當(dāng)中，首先借助于相關(guān)地形圖來擬定公路路線;緊接著建設(shè)與之相匹配的曲面4D模型，得到以下信息：一是擬定平面的縱地面線高程，二是擬定平面的橫地面線高程;然后充分結(jié)合平面各節(jié)點(diǎn)的控制填高做好相應(yīng)的設(shè)計工作;之后需要在充分結(jié)合以下內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行橫斷面帶帽設(shè)計：一是建設(shè)條件，二是平面各節(jié)點(diǎn)的控制填高，繼而完成平面設(shè)計、縱面設(shè)計以及橫斷面設(shè)計，對工程實(shí)際數(shù)量以及造價情況進(jìn)行詳細(xì)計算，整個環(huán)節(jié)循序漸進(jìn)。站在客觀的立場，公路屬于單位帶狀實(shí)體之一，在乎的是平面、縱斷面以及橫斷面組合系統(tǒng)最優(yōu)。而就公路平面設(shè)計來說，其與以下幾點(diǎn)均存在著密切的聯(lián)系：一是縱斷面，二是橫斷面，兩者其中一方面細(xì)微的改變均會對另一方面帶來影響。倘若發(fā)現(xiàn)一些段落工程規(guī)模不大抑或是受建設(shè)條件約束需要完善方案時，應(yīng)當(dāng)從路線平面擬定開始，持續(xù)重復(fù)上述環(huán)節(jié)，直到得出最可行的方案。然而在復(fù)雜的區(qū)域公路設(shè)計當(dāng)中，方案是持續(xù)完善的過程，現(xiàn)狀的完善過程效率不理想，反復(fù)的循環(huán)很容易人為地忽視平、縱、橫某個點(diǎn)，設(shè)計方案無法達(dá)到理想效果[1]。

從另一個角度來講，在工程設(shè)計大環(huán)境之下，通過軟硬件結(jié)合的方式快速實(shí)現(xiàn)公路路線設(shè)計的一體化與可視化設(shè)計早已演變成相關(guān)單位主動尋找的方向，像DTM技術(shù)、BIM技術(shù)等，并且社會各方面也紛紛將目光放在了一體化成果上面。筆者就當(dāng)前存在的平、縱、橫設(shè)計分離的弊端，提出了以下設(shè)計手段：在充分利用多視窗技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)與之相匹配的路線一體化設(shè)計平臺，響應(yīng)器以及通知技術(shù)在無形當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了路線平、縱、橫的關(guān)聯(lián)設(shè)計。此外還應(yīng)當(dāng)借助“分割—?dú)w并”思想構(gòu)建出科學(xué)合理的路線三維模型，采取視錐截取與相關(guān)技術(shù)手段快速實(shí)現(xiàn)路線三維模型的簡化，并在此基礎(chǔ)上研究出相應(yīng)的實(shí)時動態(tài)瀏覽平臺。在后期的工作之中，深層次分析公路路線設(shè)計一體化與可視化當(dāng)中存在的不足之處，以此來提升設(shè)計水平。路線設(shè)計的一體化和可視化研究在今后發(fā)展進(jìn)程中必然會獲得更大的成就[2]。

2 公路路線設(shè)計中一體化和可視化的趨勢

對以往公路路線設(shè)計工作進(jìn)行深度剖析后得知，其采取的設(shè)計手段往往以手工設(shè)計為主。顯然這種設(shè)計方式存在著較強(qiáng)的約束性，無法實(shí)現(xiàn)平面、縱面與橫面的有效兼顧，公路設(shè)計離不開三維立體事物的大力支持。倘若只是簡單地從某個方面加以設(shè)計，那么，久而久之一定會給其他方面帶來嚴(yán)重的影響。相關(guān)設(shè)計者在對該問題進(jìn)行深度剖析的過程中，對三維立體可視化技術(shù)進(jìn)行了充分運(yùn)用，從三個平面加以設(shè)計。對于技術(shù)人員來講，僅需要在設(shè)計期間詳細(xì)觀察公路的實(shí)際場景。相關(guān)設(shè)計者在實(shí)際設(shè)計期間通過將以往設(shè)計手段與當(dāng)代設(shè)計手段融為一體的方式，把三維的可視化技術(shù)滲透其中。不管是針對決策人員還是設(shè)計人員，均要在充分結(jié)合相關(guān)方案的基礎(chǔ)上加以選擇，并且還要對當(dāng)?shù)丨h(huán)境予以高度重視?？偠灾?，公路路線設(shè)計的一體化以及可視化是設(shè)計人員的終極目標(biāo)[3]。

3 公路路線設(shè)計的一體化技術(shù)及應(yīng)用

對以上內(nèi)容進(jìn)行深度剖析后，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗從以下幾個方面針對公路路線設(shè)計的一體化技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)字地面模型

數(shù)字地面模型實(shí)現(xiàn)了科技的創(chuàng)新，在公路路線設(shè)計具有良好的應(yīng)用價值，這一環(huán)節(jié)離不開計算機(jī)技術(shù)的支持。在公路路線設(shè)計中，三維數(shù)字地形圖和地面模型等的合理化應(yīng)用，使得數(shù)字地面模型的準(zhǔn)確度較高，野外測繪及公路設(shè)計中不利因素所造成的不良影響也能夠得到一定程度上的緩解。將數(shù)字地面模型合理應(yīng)用于公路路線設(shè)計中，主要是通過數(shù)字形式來描述地形模式與狀況，取樣之后獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，開展準(zhǔn)確計算和優(yōu)化設(shè)計，以數(shù)據(jù)組合的方式來理解數(shù)字地面模型，保證組織結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和有效性，空間分布狀況以及地形特征也得以通過數(shù)據(jù)來進(jìn)行把握[4]。

在公路路線設(shè)計中，科學(xué)應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，能夠促進(jìn)三維數(shù)字模型的順利構(gòu)建，全面提升公路路線設(shè)計水平，為公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)?；诠仿肪€設(shè)計的現(xiàn)實(shí)情況，要重視一體化技術(shù)的應(yīng)用價值，確保與設(shè)計需求相符合，將公路路線設(shè)計基本特點(diǎn)呈現(xiàn)出來。實(shí)際上，一體化設(shè)計在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用較早，數(shù)字地面模型就是一個典型代表，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要充分發(fā)揮計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用價值，有關(guān)公路地形相關(guān)情況的描述主要通過計算機(jī)數(shù)字來實(shí)現(xiàn)。在具體描述過程中，建立X、Y、Z數(shù)據(jù)軸，整合相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對公路路線設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，保證公路路線設(shè)計方案的合理性與可行性。通過此種方式，能夠滿足公路路線一體化設(shè)計需求，為公路工程建設(shè)提供支持。

3.2 數(shù)字地面模型的一體化應(yīng)用

應(yīng)用數(shù)字地面模型一體化設(shè)計對公路路線設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化的過程中，需要重視設(shè)計人員專業(yè)素質(zhì)與業(yè)務(wù)能力的提升，對數(shù)字化形式加以合理應(yīng)用。在實(shí)際設(shè)計過程中，要結(jié)合地面數(shù)字模型的實(shí)際情況，合理選定公路路線，基于模型特征出發(fā)，把握公路路線分布情況，用模型加以展示。在公路路線設(shè)計過程中，需要結(jié)合數(shù)字地面模型的具體特征，優(yōu)化選擇路線，為公路路線設(shè)計工作的順利開展提供支持。以地面數(shù)字模型為支持，對公路路線設(shè)計方案進(jìn)行選擇，在對比分析的基礎(chǔ)上，以相關(guān)軟件系統(tǒng)為支持，優(yōu)化公路路線設(shè)計方案，保證方案的可行性與有效性。應(yīng)當(dāng)注意的是，在這一環(huán)節(jié)需要合理判斷最初的公路路線設(shè)計方案。作圖軟件的應(yīng)用能夠為公路路線設(shè)計方案的優(yōu)化提供支持，比如CAD等都具有良好的應(yīng)用價值，通過方案優(yōu)化處理，置于坐標(biāo)系中，保證插值設(shè)計的合理性，有效控制地面線等，保證地面線橫、縱斷面設(shè)計的準(zhǔn)確性與可靠性。最后觀察路線圖與模型圖的具體情況，消除二者之間的重合部分，優(yōu)化處理剩余畫面，采取合理的方式進(jìn)行渲染，三維模型的真實(shí)性與可靠性也就能夠得到保證，公路路線設(shè)計一體化目標(biāo)也得以順利實(shí)現(xiàn)。具體內(nèi)容見圖1。