吳耀良 張 靜 時 濤 劉芷辰

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司, 天津 300142)

《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計方案論證及方案演示》項目開發(fā)是基于GE免費的平臺,利用現(xiàn)有的資料及技術(shù),通過Google Sketch Up建模軟件，在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行建模,再將Google Sketch Up軟件建好的模型導(dǎo)入到GE當(dāng)中去,這樣在GE軟件中與工程相關(guān)的建筑、線路及地形環(huán)境就會拔地而起,通過在GE軟件環(huán)境中制作線路環(huán)境瀏覽,從而構(gòu)成虛擬環(huán)境線路方案論證及方案演示系統(tǒng)。

1 京津城際(天津段)的應(yīng)用

京津城際(天津段)是在地形信息相對比較平緩的基礎(chǔ)上選線論證的實例,主要設(shè)計城市路網(wǎng)、立交橋和地標(biāo)建筑,特點是大部分建筑工作是規(guī)則模型和平滑路徑。

圖1 京津城際(天津段)真實照片

圖2 京津城際(天津段)GE上圖片

圖3 京津城際(天津段)三維建模圖片

圖4 京津城際(天津段)三維動畫漫游路徑圖片

圖1～圖4展示了京津城際(天津段)應(yīng)用的一個過程。圖1是京津城際(天津段)新開路橋及周圍建筑物真實照片。圖2顯示京津城際(天津段)GE上圖片,在圖片上用色塊表示了一些建筑物，用紅色線條表示了京津城際線位。圖3展示了京津城際(天津段)三維建模圖片,在圖2上對色塊表示的建筑物,通過Google Sketch Up建模軟件，在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行三維建模,貼好材質(zhì),進(jìn)行真實感處理,再把建好的模型導(dǎo)入到GE當(dāng)中去。圖4展現(xiàn)了京津城際(天津段)三維動畫漫游路徑圖片,在圖3基礎(chǔ)上,定好路徑和調(diào)整攝像機位置與高度,然后進(jìn)行三維動畫漫游。

京津城際(天津段)的應(yīng)用,是在京津城際開通運營后,運用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計方案論證及方案演示》項目后第一個應(yīng)用實例。該成果實現(xiàn)了京津城際(天津段)動態(tài)三維可視化游覽,游覽方式可采用人機交互與自動方式，全面和準(zhǔn)確地展現(xiàn)京津城際(天津段)鐵路設(shè)計方案和對沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響。真正地再現(xiàn)京津城際(天津段)與周圍環(huán)境之間的相互融合、協(xié)調(diào)、交相輝映的景觀。

2 石太客運專線隧道與橋梁工程的應(yīng)用

石太客運專線隧道與橋梁工程虛擬環(huán)境方案,展示了這項技術(shù)在多山復(fù)雜地形上的完美應(yīng)用。通過在這種山區(qū)地形之上建立山區(qū)、隧道、高架橋梁的模型，并將模型與地形達(dá)到完美融合后,通過GE的全方位、多視角的演示來充分論證線路選擇的合理性。

圖5 石太客運專線在GE上位置

圖5展現(xiàn)了石太客運專線在GE上真實位置,并把石太客運專線線路平面示意圖疊加到GE上。圖6表示了石太客運專線太行山隧道、南梁隧道以及相應(yīng)模型圖片。這些模型基于設(shè)計資料與實際地形,通過Google Sketch Up建模軟件在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行三維建模而形成。圖7展示了石太客運專線孤山大橋以及相應(yīng)模型圖片,這些模型基于設(shè)計資料與實際地形,通過Google Sketch Up建模軟件在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行三維建模而形成。

石太客運專線隧道與橋梁工程的應(yīng)用,是在石太客運專線開通運營之前,運用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計方案論證及方案演示》項目后第二個應(yīng)用實例?？赏ㄟ^虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段,來充分論證隧道與橋梁工程設(shè)計的合理性、完美性以及準(zhǔn)確性。全面和準(zhǔn)確地評價隧道與橋梁工程設(shè)計方案對沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響。盡可能協(xié)調(diào)、避免及解決隧道與橋梁工程設(shè)計方案中出現(xiàn)大量切割山坡、開挖山岳崗地、填平溝壑、砍伐樹林、侵占濕地、分割草地等侵害自然地貌與生態(tài)環(huán)境的問題,使我國的鐵路設(shè)計真正形成與周圍環(huán)境之間的相互融合、協(xié)調(diào)。

圖6 石太客運專線太行山隧道與南梁隧道

圖7 石太客運專線孤山大橋

3 合肥“空中列車”項目的應(yīng)用

合肥“空中列車”項目是鐵三院前期投標(biāo)項目。合肥作為安徽省會城市,要在城市中心建立空中客車,其項目本身在全國尚屬首例,沒有任何借鑒之處。為了做好這個項目,我們充分做好了項目前期工作,前往合肥進(jìn)行項目現(xiàn)場踏勘,對項目涉及地點、建筑物進(jìn)行現(xiàn)場拍照與攝像,設(shè)計和制定項目腳本。把合肥“空中列車”項目所涉及地點范圍及線路,疊加到GE上。并針對“空中客車”實際的高度,按比例調(diào)整好線路的高度。在設(shè)定好的線路上,加設(shè)8個站點,用圖標(biāo)的方式顯示。

運用SketchUP在設(shè)定好線路與在站位的GE上截圖建模。截圖只有平面輪廓,并未涉及高度與建筑物詳細(xì)外形,這就涉及到模型真實性的問題。通過現(xiàn)場照片與攝像資料的采集,可獲得建筑物層數(shù)、外觀基本數(shù)據(jù)。以此,為使建模更具真實性,采用合成照片制成模型貼圖,較真實的還原了建筑物原貌。沿著線位區(qū)域性建模,過多的模型會影響后期GE的瀏覽速度。把全部模型引入GE,對不合適的線路和站點進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整好線路與站點后,利用GE地標(biāo)的說明功能,對重點站點加入已制作好的渲染圖。點擊突出標(biāo)示的重點站點,即彈出站位名稱與圖片。在此基礎(chǔ)上,定好路徑和調(diào)整攝像機位置與高度,然后進(jìn)行三維動畫漫游。記錄三維動畫漫游過程,形成.avi文件。

圖8 合肥空中列車線路在GE上位置

圖9 合肥空中列車線路沿途的部分三維建筑模型

圖10 合肥空中列車阜陽路橋站效果

圖8～圖12展示了合肥“空中列車”項目應(yīng)用的一個過程；圖8展現(xiàn)了合肥“空中列車”線路在GE上真實位置；圖9表示合肥“空中列車”線路沿途的部分三維建筑模型,導(dǎo)入到合肥市GE上；圖10展示合肥“空中列車”阜陽路橋站效果圖；圖11表示合肥“空中列車”阜陽路橋站站點信息導(dǎo)入界面；圖12展示進(jìn)行三維動畫漫游形成.avi文件過程。

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段,充分展示合肥“空中列車”線路的走向,論證設(shè)計方案合理性、完美性以及準(zhǔn)確性，全面和準(zhǔn)確地評價合肥“空中列車”項目對沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響，盡可能直觀地給甲方提供合肥“空中列車”項目技術(shù)可行性與工程預(yù)算。

圖11 合肥空中列車阜陽路橋站站點信息導(dǎo)入

圖12 進(jìn)行三維動畫漫游形成.avi文件

4 結(jié)束語

通過以上三個應(yīng)用實例,充分顯示了運用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計方案論證及方案演示》項目，在鐵路、公路、城市軌道交通及市政設(shè)計等領(lǐng)域中發(fā)揮的重要作用,并成為必不可少的技術(shù)手段。它不僅給設(shè)計者在足不出戶的情況下提供模擬現(xiàn)場踏勘選線論證的方式,同時也使選線方案演示更加形象、生動和逼真,能為選線前期方案比選及方案論證提供更好的論證支持。目前深圳地鐵7號線等項目都相繼采用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計方案論證及方案演示》來進(jìn)行項目前期方案比選及方案論證。

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