聞 平，吳小東，桂 林，王 沖

（1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041）

三維GIS與CAD集成的公路三維可視化方法

聞 平1，吳小東1，桂 林1，王 沖1

（1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041）

介紹了三維GIS和公路CAD數(shù)據(jù)的集成方法，制定了公路三維可視化的流程并通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，探討了公路三維可視化在路線設(shè)計(jì)和施工進(jìn)度管理方面的應(yīng)用前景。

三維GIS；CAD；集成；公路三維可視化

三維GIS對(duì)客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受，不僅能夠表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系，而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系，還能對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行三維空間分析和操作[1]。CAD系統(tǒng)能夠制作精細(xì)的三維模型，在各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，可以將CAD系統(tǒng)制作的精細(xì)三維模型和線路數(shù)據(jù)作為三維GIS的一個(gè)重要數(shù)據(jù)源。利用GIS與CAD相結(jié)合的技術(shù)，將公路設(shè)計(jì)三維可視化，不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的真實(shí)再現(xiàn)，還能對(duì)公路的施工過(guò)程、各種圖片文字資料進(jìn)行存儲(chǔ)管理。

1 三維GIS與CAD數(shù)據(jù)的集成

三維GIS與CAD數(shù)據(jù)的集成是把公路設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的地形數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行管理和表達(dá)。公路設(shè)計(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要有路線縱、橫斷面設(shè)計(jì)成果及公路三維模型（包括橋梁、橋墩、隧道、路基等）。

2 公路三維可視化

公路三維可視化流程主要分為5個(gè)步驟：源數(shù)據(jù)獲取與處理、三維地形建模、線路導(dǎo)入、模型導(dǎo)入與定位、地形融合，如圖1所示。

圖1 公路三維可視化流程圖

1）線路導(dǎo)入。主要是將CAD設(shè)計(jì)的線路分為橋梁、路基和隧道3部分分別導(dǎo)入，而且線必須為三維多段線，帶有高程信息，如圖2所示，黃色部分為橋梁，紅色部分為路基。

圖2 線路分段導(dǎo)入三維場(chǎng)景的效果圖

2）模型導(dǎo)入、定位。通過(guò)程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)橋梁、橋墩、隧道、路基等模型的批量放置與定位，放置后整條道路的模型效果如圖3所示。

圖3 模型放置完畢的道路效果圖

簡(jiǎn)易代碼如下：

double x1, y1, h1, x2, y2, h2, yyy, ppp;

x1 = toCalcPoints[i].X;

在此本文使用“一帶一路”國(guó)家東道國(guó)交通服務(wù)占商業(yè)服務(wù)出口比例、安全互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器(每百萬(wàn)人)和通電率占人口的百分比替代原來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)表示東道國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況以檢驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)健性。本文使用GMM方法對(duì)式(3)和式(4)進(jìn)行了回歸估計(jì)。鑒于篇幅，筆者在此不再將詳細(xì)的回歸結(jié)果列出。根據(jù)結(jié)果，相關(guān)解釋變量除了數(shù)值和顯著性有所不同以外，回歸系數(shù)的預(yù)期符號(hào)完全一致，表明前文的計(jì)量結(jié)果是穩(wěn)健的。

y1 = toCalcPoints[i].Y;

h1 = toCalcPoints[i].H;

x2 = toCalcPoints[i + 1].X;

y2 = toCalcPoints[i + 1].Y;

h2 = toCalcPoints[i + 1].H;

double dif = toCalcPoints[i+1].M - toCalcPoints[i].M; if (dif ＞= modelLength+1)

continue;

IPosition61 p1 = sgWorld.Creator.CreatePosition(x1, y1, h1, AltitudeTypeCode.ATC_TERRAIN_ABSOLUTE, 0, 0, 0, 0);

IPosition61 p2 = sgWorld.Creator.CreatePosition(x2, y2, h2, AltitudeTypeCode.ATC_TERRAIN_ABSOLUTE, 0, 0, 0, 0);

IPosition61 p3 = sgWorld.CoordServices.GetAiming Angles(p1, p2);

double dis = sgWorld.CoordServices.GetDistance(x1, y1, x2, y2);

yyy = (double)p3.Yaw;

ppp = (double)p3.Pitch;

IPosition61 p = sgWorld.Creator.CreatePosition((x1 + x2) / 2,(y1 + y2) / 2, (h1 + h2) / 2, AltitudeTypeCode.ATC_ TERRAIN_ABSOLUTE, yyy, ppp, 0, 0);

ITerrainModel61 model = sgWorld.Creator. CreateModel(p, modelFile, 1, ModelTypeCode.MT_ NORMAL, gid, i.ToString());

model.Terrain.GroundObject = false;

3）地形融合。經(jīng)過(guò)以上步驟后，局部存在模型跟地形沒(méi)法很好地融合的情況，必須要有一定的地形開(kāi)挖，如圖4所示。通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如圖5所示，程序自動(dòng)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)對(duì)地形進(jìn)行開(kāi)挖，同時(shí)對(duì)排水溝、擋墻、護(hù)坡等自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)化建模并貼上相應(yīng)的紋理，如圖6所示。

圖4 需要開(kāi)挖的地形

圖5 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

圖6 開(kāi)挖后效果圖

3 應(yīng) 用

根據(jù)以上分析，公路三維可視化可以應(yīng)用在工程建設(shè)中的多個(gè)方面。

1）路線輔助設(shè)計(jì)。將公路三維可視化技術(shù)貫徹路線設(shè)計(jì)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)二維與三維相結(jié)合。每次線路方案調(diào)整后，能夠立即根據(jù)調(diào)整后的成果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)三維仿真效果，再輔以飛行瀏覽功能，能顯著提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

2）空間數(shù)據(jù)分析、匯總?？梢岳萌SGIS提供的位置查詢、坡度計(jì)算、填挖方計(jì)算、緩沖區(qū)分析等，方便地實(shí)現(xiàn)CAD中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的空間數(shù)據(jù)分析、匯總功能。

3）施工進(jìn)度查詢、監(jiān)控。由于模型是按照施工單元來(lái)劃分的，因此可以方便地根據(jù)施工作業(yè)單位填報(bào)的工程進(jìn)度，將施工過(guò)程實(shí)時(shí)地展現(xiàn)在三維場(chǎng)景中，同時(shí)再輔以現(xiàn)場(chǎng)攝像頭等監(jiān)控視頻對(duì)比，方便查看施工實(shí)時(shí)進(jìn)度情況。

4）設(shè)計(jì)施工信息管理一體化?？梢詫⒚恳粋€(gè)模型設(shè)計(jì)圖紙以及施工過(guò)程中產(chǎn)生的變更或其他信息跟模型關(guān)聯(lián)起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一管理，方便及時(shí)查閱相關(guān)信息、資料或圖紙等成果[5-7]。

5）根據(jù)用戶的不同需求，還可開(kāi)發(fā)出各項(xiàng)專(zhuān)題應(yīng)用。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了三維GIS及公路CAD數(shù)據(jù)的集成方法，實(shí)現(xiàn)了公路三維可視化，通過(guò)三維GIS技術(shù)和CAD技術(shù)的集成，能夠提高公路設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本，從而有效地服務(wù)于公路路線設(shè)計(jì)和施工進(jìn)度管理。

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P208

B

1672-4623（2016）04-0056-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.018

聞平，碩士，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)繪新技術(shù)開(kāi)發(fā)及3S技術(shù)應(yīng)用工作

2015-03-03。

項(xiàng)目來(lái)源：云南省科技資助項(xiàng)目（2013ZB006）。