林小雄，韋　政，潘樹(shù)青，葉家發(fā)

(1.廣西桂興達(dá)交通工程咨詢(xún)有限公司，廣西　南寧　530001；2.南寧市新點(diǎn)線交通勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，廣西　南寧　530001；3.南寧市界圍工程咨詢(xún)有限公司，廣西　南寧　530001)

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基于SOA架構(gòu)平臺(tái)的數(shù)字化三維仿真公路勘察設(shè)計(jì)

林小雄1，韋政1，潘樹(shù)青2，葉家發(fā)3

(1.廣西桂興達(dá)交通工程咨詢(xún)有限公司，廣西南寧530001；2.南寧市新點(diǎn)線交通勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，廣西南寧530001；3.南寧市界圍工程咨詢(xún)有限公司，廣西南寧530001)

林小雄(1981—)，碩士，工程師，主要研究方向：大跨度橋梁設(shè)計(jì)理論與施工監(jiān)控；

韋政(1982—)，研究生，工程師，主要從事公路橋梁設(shè)計(jì)、檢測(cè)管理與技術(shù)工作；

潘樹(shù)青(1973—)，碩士，高級(jí)工程師，主要從事勘察設(shè)計(jì)管理工作；

葉家發(fā)(1978—)，工程師，主要研究方向：地理信息前沿技術(shù)跟蹤研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化。

科技部2013科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金(14C26214502862)；

廣西南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(20141020)

摘要：文章針對(duì)目前工程設(shè)計(jì)行業(yè)特別是公路設(shè)計(jì)領(lǐng)域在傳統(tǒng)矢量化地形圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)存在的不足，創(chuàng)新性地引入“數(shù)字信息化三維仿真”理念，將地理信息環(huán)境因素與設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)合起來(lái)，提出一種基于三維實(shí)景地理數(shù)據(jù)的全新公路信息化勘察設(shè)計(jì)思路，并研發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信息化SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)，可廣泛應(yīng)用于公路設(shè)計(jì)中，有效提高公路設(shè)計(jì)的效率、縮短設(shè)計(jì)周期及節(jié)省工程項(xiàng)目費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：公路；勘察設(shè)計(jì)；數(shù)字化設(shè)計(jì)；地理信息；三維仿真；SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)

0引言

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施快速增長(zhǎng)，截至2013年年末，全國(guó)公路總里程達(dá)435.62萬(wàn)km，橋梁達(dá)73.53萬(wàn)座，公路建設(shè)中心逐步由東部地區(qū)向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，山區(qū)地勢(shì)溝壑縱橫，樹(shù)木茂密叢生，傳統(tǒng)的測(cè)量手段難以開(kāi)展外業(yè)勘察；另外傳統(tǒng)的外業(yè)勘察成果基本都記錄在本子上，而電腦無(wú)法識(shí)別所調(diào)查的記錄，在施工圖設(shè)計(jì)之前，必須將這些記錄按一定的格式輸入電腦，或者通過(guò)這些記錄進(jìn)行一些計(jì)算等，不但工作量大，而且設(shè)計(jì)方案一有改變，需人工重復(fù)計(jì)算，甚至需再次到現(xiàn)場(chǎng)外業(yè)勘察，導(dǎo)致簡(jiǎn)單計(jì)算統(tǒng)計(jì)的工作占設(shè)計(jì)員的40%的時(shí)間。如果以上問(wèn)題可以解決，將是公路勘察設(shè)計(jì)的一大進(jìn)步。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是地理信息技術(shù)的普及，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有了解決的思路[1-15]，本文提出的基于SOA架構(gòu)平臺(tái)數(shù)字化三維仿真公路勘察設(shè)計(jì)，就是將MIS(管理信息系統(tǒng))、CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、BIM(建筑信息模型)、GIS(地理信息系統(tǒng))、三維數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)整合到數(shù)字化信息設(shè)計(jì)平臺(tái)。

1SOA架構(gòu)平臺(tái)數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)探索與分析

1.1　數(shù)字信息化勘察設(shè)計(jì)基本原理

數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)是規(guī)劃與設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個(gè)新概念，其目的是形成一套充分考慮設(shè)計(jì)與環(huán)境相互關(guān)系的規(guī)劃設(shè)計(jì)體系，SOA架構(gòu)平臺(tái)是建立在空間分析的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)過(guò)程中帶入地理的分析，在最初設(shè)計(jì)草圖時(shí)，立即核實(shí)各種數(shù)據(jù)是否符合項(xiàng)目的空間范圍要求。這種實(shí)時(shí)適用性分析提供了一個(gè)設(shè)計(jì)框架，使得各行業(yè)的規(guī)劃師、設(shè)計(jì)師能夠充分運(yùn)用地理設(shè)計(jì)，將關(guān)鍵因素提前考慮，而不是在完成設(shè)計(jì)后再去分析提議項(xiàng)目的潛在影響和后果，有助于縮短設(shè)計(jì)循環(huán)時(shí)間、提高結(jié)果的質(zhì)量，其平臺(tái)框架如圖1所示。

1.2　基于網(wǎng)絡(luò)的跨部門(mén)數(shù)據(jù)信息共享

SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)采用C/S高速局域網(wǎng)，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部多部門(mén)、多作業(yè)組聯(lián)合設(shè)計(jì)，提高公司的綜合設(shè)計(jì)能力水平和工作效率。在服務(wù)器端建立統(tǒng)一的三維公路數(shù)據(jù)模型，按不同的角色或項(xiàng)目組進(jìn)行授權(quán)，協(xié)同設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1　SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)圖

圖2　SOA架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.3　將CAD技術(shù)與系統(tǒng)平臺(tái)集成

CAD是一個(gè)大型軟件系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)全套CAD繪圖及編輯功能比較困難。根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)的需要，選擇部分功能在SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，把瘦身后的CAD，按邏輯功能分解為不同的功能模塊，單獨(dú)升級(jí)維護(hù)和共享應(yīng)用，如圖3所示。

圖3　CAD核心代碼分解圖

1.4　將地理信息技術(shù)與系統(tǒng)平臺(tái)集成

地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，主要采用字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)和數(shù)字地面模型(DigitalTerrain Model，DTM)組織GIS空間信息資料和構(gòu)建地形分析實(shí)景分析模型。在模型中的信息主要包括：地貌信息(如高程、坡度、坡向等)，基本地物信息(如水系、交通網(wǎng)、居民點(diǎn)等)，自然資源和環(huán)境信息(如土壤、植被、地質(zhì)、氣候、太陽(yáng)輻射等)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息(如某地區(qū)的人口分布、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、國(guó)民收入等)，通過(guò)構(gòu)建三維空間GIS分析模型，為公路和其它工程行業(yè)的應(yīng)用分析提供基礎(chǔ)，見(jiàn)圖4。

圖4　GIS空間信息構(gòu)建地形分析模型圖

1.5　在平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)功能

對(duì)于山區(qū)測(cè)量，通常采用無(wú)人機(jī)航測(cè)影像、衛(wèi)星影像、激光雷達(dá)點(diǎn)云等測(cè)量，所面對(duì)的數(shù)據(jù)量通常都在幾十個(gè)GB或TB級(jí)別，通常稱(chēng)為海量數(shù)據(jù)。如何最大效率地利用這些數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性、實(shí)時(shí)性，減少數(shù)據(jù)的冗余性，就顯得非常重要。SOA架構(gòu)數(shù)字信息化設(shè)計(jì)可對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)源的超大海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和調(diào)度算法進(jìn)行深入研究，研究?jī)?nèi)容主要包括：異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成管理、海量數(shù)據(jù)調(diào)度、數(shù)據(jù)共享與發(fā)布，超大海量數(shù)據(jù)調(diào)度算法模型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　超大海量數(shù)據(jù)調(diào)度算法模型圖

無(wú)人機(jī)航測(cè)影像處理后地形見(jiàn)圖6。

圖6　無(wú)人機(jī)航測(cè)影像地形圖

公路線路設(shè)計(jì)階段涵蓋了優(yōu)化選線與平、縱、橫設(shè)計(jì)過(guò)程，工作較多，SOA架構(gòu)數(shù)字信息化設(shè)計(jì)程序圖見(jiàn)圖7。

圖7　公路設(shè)計(jì)程序圖

公路勘察設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括路線、橋梁、隧道、排水、建筑、電氣、材料等專(zhuān)業(yè)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使得不同專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)常處于“信息孤島”狀態(tài)，如何把各專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)集中在一起管理，如何提供簡(jiǎn)單易用的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、深度挖掘，已經(jīng)迫在眉睫。SOA架構(gòu)數(shù)字信息化設(shè)計(jì)可通過(guò)綜合分析各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的特征，提取一套標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，屏蔽各種數(shù)據(jù)源之間訪問(wèn)的差異，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)各種異源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化管理后，把數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口匯總到SOA數(shù)據(jù)總線，再由不同的應(yīng)用專(zhuān)業(yè)根據(jù)各自的需要開(kāi)發(fā)具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，各個(gè)專(zhuān)業(yè)人員都可以共享這個(gè)數(shù)據(jù)總線。

2SOA架構(gòu)平臺(tái)數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用效果

SOA架構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)可以將路線設(shè)計(jì)參數(shù)導(dǎo)入設(shè)計(jì)平臺(tái)，平臺(tái)自動(dòng)根據(jù)路線軟件的數(shù)據(jù)輸入格式形成數(shù)據(jù)文件，供路線軟件使用；為橋涵軟件提供數(shù)據(jù)；在路線、擋墻、涵洞設(shè)計(jì)完成后，基本確定公路紅線范圍，將紅線范圍導(dǎo)入地理設(shè)計(jì)平臺(tái)，計(jì)算用地范圍內(nèi)的各種工程量，如清表、不良地質(zhì)、拆遷、青苗補(bǔ)償、用地?cái)?shù)量等。目前在廣西多條國(guó)省干線及市政工程中多次采用，見(jiàn)圖8~9。

圖8　廣西玉林福綿服裝工業(yè)區(qū)道路工程圖

圖9　廣西百色田林橋梁設(shè)計(jì)圖

通過(guò)以上數(shù)字信息化勘察工作，形成了不依賴(lài)于中樁的勘察數(shù)據(jù)，并能為電腦所識(shí)別，同時(shí)改進(jìn)了工作流程，將多個(gè)串行的工作改為并行，大大縮短外業(yè)時(shí)間。在內(nèi)業(yè)方面，由于能為各種專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)提供勘察數(shù)據(jù)，并能輔助計(jì)算工程量，大大提高內(nèi)業(yè)的工作效率，同時(shí)能讓設(shè)計(jì)人員有了進(jìn)行多方案比選的機(jī)會(huì)，優(yōu)化工程方案，節(jié)省工程造價(jià)。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，基于SOA架構(gòu)平臺(tái)數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)理念具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：(1)創(chuàng)新性地在公路勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域引入數(shù)字信息化設(shè)計(jì)概念，為設(shè)計(jì)人員提供了一種新的思維方式及設(shè)計(jì)方法，在地理數(shù)字信息化后，與設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，有效幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)所做的決定給出及時(shí)的評(píng)估和反饋，及時(shí)做出調(diào)整或修正，從而使得設(shè)計(jì)方案更貼近大自然，促進(jìn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展；(2)首創(chuàng)應(yīng)用SOA架構(gòu)技術(shù)把CAD內(nèi)核與GIS內(nèi)核集成在一起，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)形成了CAD+GIS的應(yīng)用平臺(tái)軟件；(3)提高設(shè)計(jì)的效率及質(zhì)量，基于SOA架構(gòu)平

臺(tái)數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)理念將“所見(jiàn)即所得”的設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新地應(yīng)用到公路勘察設(shè)計(jì)中，將道路規(guī)劃簡(jiǎn)化成一個(gè)交互的建模過(guò)程，設(shè)計(jì)結(jié)果立刻可見(jiàn)，并且有三維的空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)做支撐，從而大大縮短設(shè)計(jì)調(diào)整的時(shí)間。

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Digital Three-dimensional Simulation Highway Survey and Design Based on SOA Architecture Platform

LIN Xiao-xiong1，WEI Zheng1，PAN Shu-qing2，YE Jia-fa3

(1.Guangxi Guixingda Traffic Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；2.Nanning Xindianxian Traffic Survey Design Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；3.Nanning Jiewei Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

Abstract：Aiming at the planning and design deficiencies conducted based on the traditional vector top-ographic map in the current engineering design industry especially in the highway design field，this arti-cle innovatively introduced the“three-dimensional simulation of digital information”concept，which com-bined the geographic information environment factors and design process together，proposed a new highway information survey and design idea based on real three-dimensional geographic data，and de-veloped the corresponding digital information SOA architecture design platform，which can be widely used in highway design，so as to improve the highway design efficiency，reduce the design cycle and save the engineering project cost.

Keywords：Highway；Survey and design；Digital design；Geographical information；Three-dimensional simulation；SOA architecture design platform

收稿日期：2015-07-02

文章編號(hào)：1673-4874(2015)08-0007-04

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.002

基金項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介