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公路建設(shè)水平直接決定著交通運(yùn)行能力，關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，截止2013年年底，我國(guó)公路總里程達(dá)435萬(wàn)公里。作為公路工程的前提，路線設(shè)計(jì)必須合理精確，否則易引起交通堵塞，或出現(xiàn)路程過長(zhǎng)增加油耗的現(xiàn)象。建設(shè)范圍在擴(kuò)大，偏遠(yuǎn)地區(qū)越來越受重視，地形地勢(shì)愈發(fā)復(fù)雜。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用解決了手工設(shè)計(jì)中的許多問題，但路線是三維實(shí)體，須實(shí)現(xiàn)平、橫、縱一體化。若將其分開設(shè)計(jì)，必然會(huì)破壞路線的完整性，使得設(shè)計(jì)質(zhì)量有所降低。因此在設(shè)計(jì)公路路線時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)一體化的重視。

1 平縱橫一體化的設(shè)計(jì)分析

1.1 創(chuàng)設(shè)一體化設(shè)計(jì)環(huán)境

路線一體化設(shè)計(jì)需在專門平臺(tái)上開展，所以首先應(yīng)建立一個(gè)相應(yīng)的一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)。在計(jì)算機(jī)上可同時(shí)打開多個(gè)窗口，將同一路線的平面、橫斷面和縱斷面進(jìn)行視圖顯示。設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)需要切換窗口，并對(duì)窗口進(jìn)行縮放、移動(dòng)，這幾個(gè)窗口相對(duì)獨(dú)立但又緊密相連。即是說每一個(gè)窗口內(nèi)的繪圖區(qū)域、圖像比例是獨(dú)立的，在操作另一個(gè)窗口時(shí)不會(huì)對(duì)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(duì)路線的位置做了調(diào)整，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(shí)，橫斷面視窗也會(huì)生成新的橫斷面。

1.2 開發(fā)一體化設(shè)計(jì)功能

主要包括3個(gè)功能:(1)交替設(shè)計(jì)?？蓪?shí)現(xiàn)視窗的任意切換，進(jìn)行所需要的操作。如在平面窗口內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，可隨時(shí)切換至縱斷面窗口開展拉坡設(shè)計(jì)。這一功能是在公路路線設(shè)計(jì)中極為重要，因?yàn)槁肪€設(shè)計(jì)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(dòng);(2)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。即幾個(gè)視窗之間彼此相連，在設(shè)計(jì)某一方面時(shí)必須兼顧其他兩方面。如調(diào)整平面視窗內(nèi)的線位，則會(huì)引起縱斷面視窗內(nèi)地面線的變化;(3)信息查詢。各個(gè)窗口內(nèi)涵蓋了大量與圖形相關(guān)的信息，可隨時(shí)搜索查詢，如土石方工程量、樁號(hào)的橫斷面等，輔助判定每次交互操作的合理性，以便有針對(duì)性地對(duì)方案加以調(diào)整。

具體來說，平面設(shè)計(jì)視窗能夠調(diào)整交點(diǎn)和線元，并對(duì)半徑、A值等參數(shù)進(jìn)行修改;縱斷面設(shè)計(jì)視窗包括地面線點(diǎn)繪制、交互式拉破、調(diào)整坡長(zhǎng)坡度和坡點(diǎn);橫斷面設(shè)計(jì)視窗包括橫斷面的自動(dòng)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)等功能。在開發(fā)這些功能時(shí)，需逐個(gè)進(jìn)行，先設(shè)計(jì)各個(gè)方面的獨(dú)立功能，然后將這幾個(gè)方面加以連接，實(shí)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(cè)路線設(shè)計(jì)時(shí)可能出現(xiàn)的事件;二是通知技術(shù)，創(chuàng)建實(shí)體的同時(shí)可在其內(nèi)部安裝相應(yīng)器，記錄有另一實(shí)體的對(duì)象ID號(hào)，負(fù)責(zé)兩個(gè)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)。一旦設(shè)計(jì)人員對(duì)實(shí)體有所改動(dòng)，響應(yīng)器變化自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)，通過讀出所依附實(shí)體的對(duì)象ID號(hào)，將實(shí)體打開，按照設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作。如創(chuàng)建平面線元實(shí)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(huì)自動(dòng)引發(fā)后者對(duì)應(yīng)地面線的重新操作。

2 公路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化分析

2.1 數(shù)字地面模型

公路建設(shè)引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)已有很長(zhǎng)時(shí)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(jì)等多種功能于一體的技術(shù)，因?yàn)楣范喑什灰?guī)則的帶狀，所以必須利用三維技術(shù)加以設(shè)計(jì)。數(shù)字地面模型利用數(shù)字對(duì)地形的起伏變化進(jìn)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(biāo)。模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程進(jìn)度、檢索效率密切相關(guān)，必須加強(qiáng)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(jì)人員提供多種方案。根據(jù)工程要求，設(shè)計(jì)人員在對(duì)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(biāo)，然后利用數(shù)字地面模型求出路線相對(duì)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(jì)好的路線與數(shù)字地形的三維模型進(jìn)行疊加處理并消影，然后經(jīng)過渲染和動(dòng)畫處理，以得到整個(gè)路線的三維真實(shí)模型。

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

(3)將實(shí)際勘測(cè)結(jié)果和數(shù)字地面模型測(cè)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(jì)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(duì)技術(shù)要求也更高，而且可能會(huì)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(jì)中的應(yīng)用分析

從前面分析可知，公路路線設(shè)計(jì)的三維場(chǎng)景較為復(fù)雜，若只采用一種流形的曲面進(jìn)行描述，難以一次性地將整個(gè)模型描述清楚。所以有必要通過分割－歸并的方法將三維實(shí)體分成現(xiàn)狀景物實(shí)體和虛擬的景物實(shí)體兩類，對(duì)其進(jìn)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(shì)。所謂現(xiàn)狀的景物實(shí)體，指的是地形、地貌等已經(jīng)客觀存在的實(shí)體;而虛擬的景物實(shí)體指的是在規(guī)劃設(shè)計(jì)中還未真正施工建立的實(shí)體，包括隧道、橋梁、路基等結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)各個(gè)子實(shí)體的特點(diǎn)，對(duì)其三維實(shí)體造型依次進(jìn)行探究。最后將多個(gè)子實(shí)體組成一個(gè)整體，形成一個(gè)可視實(shí)體。大致程序如下:

(1)計(jì)算拼合交線。連接道路橫斷面的前后坡腳點(diǎn)，在路線、橋隧的起終斷面處進(jìn)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(gè)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(jìn)行拼接，形成整體模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

［1］代龍平，王昶，暢奔.可視化與一體化在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2013，22(15):109 －110.

［2］黃和川.淺議公路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化技術(shù)［J］.黑龍江交通科技，2013，20(3):118 －120.

［3］卓鑫，林建軍.淺析基于RTK技術(shù)的公路勘測(cè)一體化的實(shí)現(xiàn)［J］.今日科苑，2009，22(10):125 －127.

［4］蒲浩，宋占峰，詹振炎.公路路線設(shè)計(jì)的一體化與可視化［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35(5):151 －153.