公路路线设计的一体化与可视化研究

孙宗全

摘 要：国内的重要基础设施建设随着近年来的经济建设以及城市化建设的发发展，也取得了显著的成效。截至2015年，全国公路里程已经突破500×104km，而路线设计的合理性对公路建设水平起着直接影响作用。公路路线不是一个平面而是一个三维实体，在设计时应该从平、纵、横三个维度同时来考虑其设计的合理性，不能分开设计，最终使路线设计中的可视化、一体化得以实现。本文就此展开了进一步的分析和探讨。

关键词：公路路线设计;一体化和可视化;研究

如今，在公路路线设计中可以使用的软件工具有很多，但都属于二维设计，而路线是一个三维实体，采用二维的方法不仅难以满足实际要求，而且还会为实际工作造成一定不便。因此，提出一体化设计和可视化设计思想，通过各项先进技术的引入和应用，使路线设计实现三维化、动态化。

一、现今公路桥梁设计中的特点与所遵循的原则

（一）公路桥梁设计的特点

公路桥梁设计工作的实施需要针对道路以及桥梁之间的结合进行研究，桥梁与道路的设计也需要两者在设计中相互参考，这样才能够确保公路桥梁的设计工作更好的开展。桥梁设计方案的选择需要对于道路建设项目的各项数据作为其设计方案的依据，保证桥梁在建设完成后更好的与道路相衔接，防止道路与桥梁之间存在偏差，这样才能够保证道路与桥梁的连接能够保障道路的畅通。另外在设计过程中需要考虑施工过程中以及在投入使用后公路桥梁的自重以及荷载状况，对其结构设计的高安全性予以保证。同时在设计的过程中要进行实地的考察，对于施工地区的环境以及地质环境与自然环境都要充分的考虑，同时要清楚设计结构在实地环境中所处的位置，以此根据实地考察的情况设计出合理的结构形式。最后在设计过程中也应该考虑到桥梁的美观情况，以此确保公路桥梁能够与周边环境融为一体，并且在设计过程中也应该确立绿色、环保、节能的设计理念，这样才能够更加符合现今社会审美的设计方式，设计出更好的现代化公路桥梁。

（二）公路桥梁设计应遵循的基本原则

1、设计人员必须实地考察，设计方案要充分考虑到环境，地形，当地风俗等外部影响因素，确保设计图纸科学合理性。2、随着经济水平的不断提高，私家车越来越多，公路桥梁的负荷也就越来越重，设计中应充分考虑到这些因素，保证公路桥梁结构坚固。3、在设计前，应该参考相关部门出具的地质勘查结果，对当地的地理状况充分了解，方方面考虑到勘查结果中可能会导致的施工風险，设计时合理解决，降低风险。4、结构上的功能得到保证了，人们的审美观也要予以考虑。试想，公路桥梁作为城市的一道风景，如果看起来让人感觉非常不舒服，在后期的验收中也会大打折扣，我们本着节能，环保的设计理念，也要适当加入一些美的因素，让人们得到视觉上的享受。

二、公路路线设计的一体化

（一）设计环境一体化

1、在调研路线环境时实现一体化，公路路线的设计不仅只考虑现阶段道路所处的环境情况，还要对过去的环境进行调查，同时还要考虑到未来路线的规划，即设计公路路线在时间上要实现一体化。2、如今公路路线设计都是运用先进的计算机技术，其设计环境更加科学快速，但是应注意在设计平台上要实现一体化的功能，即道路平面、横断面、纵断面3个设计窗口要实现交互功能，相互关联受到其他设计窗口的影响，例如在平面上改变一个参数，在横断面和纵断面上要相应地发生改变。但其设计内容又是独立的，如：绘图区域和窗口图形比例不会因交互进行的视窗操作而受到影响。

（二）一体化设计功能的开发与利用

1、交替设计。设计人员随意切换某个视窗， 并在视窗中进行相应的设计，比如在平面设计过程中，随时切换至纵断面的视窗从事拉坡设计。 这样一来，能很好的满足路线设计要求，即完成其中一个方面的调整或修改后，能实现对其它两个方面的相应修改。2、关联设计。是指采用视窗关联方法， 实现在作一种设计时能同时考虑到其它的不同方面， 例如对平面视窗显示结果的线位作调整时，纵断面视窗相对应的内容能立即作出相应的变化，使地面线满足这种调整的要求，并在完成这种调整之后，使横断面对应透视图同样实施调整和设计。3、信息查询。根据图形显示及信息查询， 为交互操作是否合理的判断提供依据，进而保证方案调整的合理性与针对性。以上功能的开发和实现先从三个不同的方面实施， 再通过对实体与命令的关联，根据丰富的可用信息，对三个不同的方面进行紧密结合，进而达到一体化设计目标。 在实际的开发进程中，需要借助响应器及通知技术。 其中，响应器能对路线设计中的所有事件进行观察与实时监视。 通知技术是指在创建实体的过程中，向所建实体中附加响应器，然后在相应的成员变量当中对其它实体 ID 进行记录，以此使不同实体实现关联。 如果设计人员修改了其中一个已经完成响应器附加过程的实体，则会立即作出响应。 响应后的响应器对实体 ID 进行读取，将实体打开，执行预设各项操作。 比如，在平面交互设计过程中，可在建立平面线元这一实体的基础上，采用响应器附加的方法和纵断面视图显示的地面线实现关联， 设计人员对平面视图其中一个线元进行修改时，响应器动作，使纵断面视图自动完成重新插值会点绘。

三、公路路线设计的可视化

（一）三维场景建模

三维建模可以从以下几个环节来实现：1、从线到面建模。将公路前后横断面的坡脚点相互连接起来，在路线变化处（桥梁和隧道）进行闭合，将道路分成若干段，这样道路平面大样图就实现了。2、从面到立体建模。将公路平面大样图和道路高程数据结合起来，通过Delaunay三角化算法的应用，使面到三维立体的建模得以实现。3、优化裁剪地形。大致模型建立起来后，还要进行优化裁剪，对于一些变化点如变坡点和曲线交点进行裁剪，增加道路路线的可视化。4、模型拼合。按照上述步骤建立整体三维模型，并通过道路模型与裁剪后的地形直接拼合而成，能构建完成较好的立体效果图。但是，在实际的设计过程中因为设计路线中一些因素不断发生变化，会一定程度上影响建模，这就需要建立相应的处理预案，建立方程是处理这种动态模型最好的方案。

（二）图形的绘制及动态显示

以实体具有属性为依据，对纹理图片进行分类，一般可以分成以下两类：1、自然纹理：用于现状的景物，借助数字摄影得到实体的正射影像，再将其视作一种纹理，最后通过映射形成在模型当中;2、虚拟纹理：用于虚拟的景物，不仅能使用实物的现场照片，也可利用工具软件进行加工后获得。完成以上步骤后，通过OpenGL能对道路场景进行动态浏览，也就是利用软硬件实时提供多种颜色缓存，其中每一种颜色缓存都是完整的，当其中一个动态显示时，另外一个可以进行绘图。待绘好一帧图后，缓存开始交换，当中用于显示的帧的缓存转为绘图，而用于绘图的则转为显示，以此达到预期的三维动画效果。

四、结语

公路路线的设计不仅要满足道路基本的通行要求，还应结合当地的经济情况和周围环境，同时考虑道路长期的规划和安全性能，在尽可能满足当地现阶段交通量的同时还应减少对周围环境的影响，将未来的规划路线纳入其中并尽量起到促进作用。

参考文献：

[1]蒲浩.道路三维场景的实时动态显示技术[J].交通运输工程学报，2015（1）.

[2]潘兵宏.公路三维建模应用研究[J].西安公路交通大学学报，2016（1）.