公路路线设计的一体化与可视化技术应用分析

李建功

(太原晋万通公路勘察设计有限公司，山西 太原 030000)

当前的公路路线设计还以二维设计为主，但公路却是一个复杂的三维实体，采用二维的方法设计显然是无法满足要求的，这就要求在实际的路线设计工作中借助现阶段技术研究成果，使路线设计实现一体化和可视化。

1 一体化设计

1.1 建立设计环境

平面、纵向与横向的一体化设计和以往的设计在设计环境上完全不同，想要实现一体化设计，首先要建立一个设计环境，提供适宜的设计平台。采用计算机同时开启多个视角，把平面、横向与纵向对应的视图都实时显示出来，以此帮助设计人员以实际操作要求为依据对视图比例进行调节或移动。建立一个这样的设计环境可以把平面、横向和纵向结合到一起，提高设计真实性和立体性，减少其中一个方面单独设计造成的影响，设计人员在进行单独调试时，计算机能对另外视图进行调整，将立体模型转化成独立但存在一定联系的三个模型，解决实际设计中可能出现的问题，在保证设计质量的基础上加快设计效率。

1.2 功能开发和利用

交替设计是指在平面、横向和纵向视图上实施独立设计，这种独立设计并不会对其它视图造成任何影响，视图随意切换对路线设计而言很高实用性，交替设计能使方案在某个方面完成改动。一体化设计建立了一个完整的整体，交替设计时对其中某一个视图进行改动，能自动对另外的视图实施改动，这项功能在路线设计中是十分重要的。因为路线设计是需要通过多次改动才可以确定的，如果其中某一个方面产生变动，则其它方面也会因为受到影响而明显变动。关联设计指的是路线的平面、横向与纵向存在很大的关联性，一般而言就是试图彼此联系，在路线设计中除了要关注某一个方面，还应兼顾到其它方面，若在设计中没有兼顾到其它方面，则其它方面可能无法满足设计要求。信息查询是在不同视图上对和路线设计有关的信息进行标注，这样能为设计人员对信息的查询提供很大方便，节省时间，避免将优先的设计时间消耗在哪一个方面，提高设计工作效率。具体而言，路线设计中进行平面设计时可以对某个方面实施具体设计，但也要注意其它实体，以及不同平面间存在关联性。

1.3 模型的建立和使用

路线设计通常无法分析到地理环境方面因素的影响和限制，在这种情况下设计得到的方案会给工程建设造成很大影响，由于较多公路是不规则的形状，对此要借助三维技术来完成路线设计，借助数字对公路起伏和土地实际状况等实施描述，再建立相应的直角坐标，在坐标原点上对平面、纵向与横向坐标进行交替的描述。模型和工程的建设进度等有很大关系，应引起高度重视，否则对工程建设造成的影响将不再是一个单独的方面。

相关设计人员在模型当中选择满足要求的设计路线，利用这一模型对工程建设需要的材料和地面起伏等实际情况进行分析判断，再由审计人员以工程实际要求为依据对方案进行适当的修改，最后通过技术处理获得完整模型。在建筑材料方面，利用模型进行具体分析能十分准确的确定材料，保证工作效率和准确性。更为便利的是把采用模型获得结果和实际结果进行对比，通过对比可以找出路线设计存在的问题，并及时进行修改，以免对后续的工程建设施工等造成不利影响。

2 可视化设计

可视化设计是指根据二维设计成果使路线设计实现可视化，在最近几年，许多专家和学者相继开始探究公路整体三维显示及动画的设计和制作，已经给出了一条思路，采用AutoCAD通过编程生成公路整体三维模型，再借助处理软件进行公路动画的设计和制作。该方法看起来很简单，但在实际过程中且有许多问题，包括：公路三维场景包含很多且十分复杂的数据，以上操作过程要耗费大量时间和空间，只能在成果的浏览和分析过程中使用，并不能在具体设计工作中发挥作用；得到公路整体动画以后，只能按照已经设定好的路径来浏览，并不能进行修改，这使得设计人员和决策人员都十分被动，没有主动权。对于这些问题，目前提出的研究成果采用三维实时交互式仿真技术，同时以Open GL为基础开发出新的三维平台，该平台可以对公路路线进行三维显示，而且还能实现交互式漫游。在这个平台的支持下，可以解决下列两个问题。

其一，三维场景建模，公路三维场景往往十分复杂，采用一种曲面不能一次性对模型进行详细描述，对此，可将分割和归并充分结合到一起，将整个三维实体分为两类，分别为现状和虚拟景物。其中，现状景物即为现实中现有景物实体，比较典型的是地形与地物；虚拟景物即为规划设计中的实体，常见的有路基、桥梁、涵洞及隧道，以子实体自身具有的特点为依据，对三维造型具体途径实施分析与研究，能对不同子实体实施拼合，最终得到完整整体。为了做到无缝拼接，可借助下列计算方式：先计算出拼合的交线，连接各个坡脚点，并在桥梁和隧道等的起终点上进行断面封闭，得到若干闭合环；然后将交线嵌入到DTM中；再于完成交线嵌入的DTM区域中植入所谓的“病毒”，使“病毒”开始吞噬每一个三角形；最后通过对模型与地形的拼合即可得到整体模型。

其二，模型简化，利用上述方法创建的模型存在很大复杂性，如果未能处理，则设计要等待较长的时间才能浏览相应的三维效果。为了对目标进行实时浏览，需要对模型进行简化，加快计算工作效率，并减少存储空间。具体的简化可以从以下几方面入手进行：首先，根据地形特征来简化，比如，当地形比较平坦时，减少面片数，而当地形比较复杂时，增加面片数。其次，对视见体进行截取，尽管公路场景很大也很复杂，但可见的范围却是优先的，以指定的视点为依据，对视野范围内存在的场景实施描述就可以，对于判别方法，以包围球法为主；最后，在细节层次技术支持下，结合人体视觉各项特点，对视野中各类景物从多个层次入手给出描述，对与视点距离较近的采用密细节描述方法，而对与视点距离较远的采用粗细节描述。在这种情况下，利用网格技术，可提出基于边折叠的简化算法，这一算法的基本步骤是：先结合地形特征建立边折叠结合，同时对原始网格进行简化，形成基网格；然后在操作集合支持下获得合并树；再以视点位置及方向等为依据，并充分结合准则进行边折叠，在条件允许的情况下，还可实现点分裂。在完成上述操作后，就能在层次结构中找出当前细节层状技术网格。

3 结束语

综上所述，路线设计的一体化与可视化实际上并不是一项技术，而是路线设计伴随公路工程建设发展需要实现的目标，要想实现这一目标，需要借助不同的先进技术。在实现了一体化和可视化的设计后，能大幅加快实际设计效率，提高路线设计的整体技术水平，解决以往路线设计中存在的各项问题，保证最终的路线设计质量，为之后的工程建设等实际工作奠定良好的基础。