基于地理設(shè)計(jì)的三維道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)研究

吳軒貴

(唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院貴陽(yáng)分院)

1 基于地理設(shè)計(jì)思想的道路設(shè)計(jì)流程與模型

在地理設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，文章首先改造了傳統(tǒng)中以CAD 為基礎(chǔ)的道路設(shè)計(jì)流程，但是從總體上仍然以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程為主，但是與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，該系統(tǒng)更著重于模擬和評(píng)估。在該系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)包括道路的選擇、草圖以及設(shè)計(jì)平縱，流程的核心是基于初步設(shè)計(jì)成果的實(shí)時(shí)模擬與評(píng)估，這樣以三維可視化的模擬展示出實(shí)際狀態(tài)，在以三維道路模型的評(píng)估綜合全面的分析和評(píng)價(jià)當(dāng)前狀態(tài)，為之后的深入設(shè)計(jì)提供優(yōu)化方向，同時(shí)也獲得可預(yù)期成果。

因?yàn)樵诘乩碓O(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)流程的核心就是分析評(píng)價(jià)，所以在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析評(píng)價(jià)模式的構(gòu)建。并通過(guò)整合各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一套評(píng)估體系的建立，同時(shí)從五個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的評(píng)估，包括安全、交通、景觀、成本和技術(shù)。而基于參數(shù)化技術(shù)的道路模型建設(shè)，則是通過(guò)約束進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)象形態(tài)特征的表達(dá)，以定義一組參數(shù)完成對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的控制，這樣就能利用參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行設(shè)計(jì)模型的修改，進(jìn)而得到一系列具有相似形狀和功能的設(shè)計(jì)方案。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)就是對(duì)一個(gè)對(duì)象的特征及其各成員間相互關(guān)系的定義，實(shí)際上就是設(shè)計(jì)系統(tǒng)中各成員間的“關(guān)聯(lián)”關(guān)系，可以說(shuō)是為設(shè)計(jì)系統(tǒng)定義了一定的規(guī)則。也就是說(shuō)，在明確系統(tǒng)各層級(jí)及其各組成要素的關(guān)聯(lián)聯(lián)系后，就有利于得到一個(gè)復(fù)雜卻能夠控制的參數(shù)化模型，同時(shí)在該模型的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)調(diào)整和模擬。根據(jù)該參數(shù)化設(shè)計(jì)思想，在系統(tǒng)中只要利用了層次化參數(shù)組建進(jìn)行道路設(shè)計(jì)信息的構(gòu)建，并將設(shè)計(jì)部件的可視化信息增設(shè)到設(shè)計(jì)參數(shù)中，就能有機(jī)整合道路設(shè)計(jì)與模擬，進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)模擬以及參數(shù)化調(diào)控的目的。本文就在一套類型結(jié)構(gòu)中整合了設(shè)計(jì)和可視化的信息，并從邏輯層面將模型劃分為設(shè)計(jì)和表現(xiàn)兩類模型。從設(shè)計(jì)思想上來(lái)說(shuō)，道路的組成要素包括很多方面，設(shè)計(jì)模型就是由這些要素所構(gòu)成的。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(1)系統(tǒng)的邏輯模塊

根據(jù)上述設(shè)計(jì)和改造道路設(shè)計(jì)流程，文章進(jìn)行了一個(gè)基于地理設(shè)計(jì)的三圍道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建，從邏輯層面上來(lái)看，將系統(tǒng)劃分為6 個(gè)模塊，包括數(shù)據(jù)、分析、設(shè)計(jì)、展現(xiàn)、評(píng)估和輸出。其中數(shù)據(jù)模塊是整合和展現(xiàn)設(shè)計(jì)所需的各類資源，是分析模塊實(shí)施的基礎(chǔ);設(shè)計(jì)模塊是設(shè)計(jì)道路各類要素，包括平縱橫設(shè)計(jì)、附屬設(shè)施以及交叉口等;分析模塊就是通過(guò)空間信息以及三維環(huán)境等各種分析手段進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，其中涉及三維分析、空間分析以及地形因子分析等;展現(xiàn)模塊就是展現(xiàn)實(shí)現(xiàn)三維可視化的設(shè)計(jì)成果，并具備各種瀏覽工具，例如駕駛模擬等;評(píng)估模塊則是實(shí)時(shí)評(píng)估設(shè)計(jì)過(guò)程中的各環(huán)節(jié)、各階段的成效，設(shè)計(jì)的安全性、工程量以及道路線形等各方面的評(píng)估;輸出模塊則負(fù)責(zé)輸出系統(tǒng)生成的各種報(bào)表和圖紙。這樣的系統(tǒng)劃分充分展現(xiàn)了設(shè)計(jì)流程中地理思想的運(yùn)用，并且參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)也在設(shè)計(jì)過(guò)程中和展現(xiàn)過(guò)程中得到了展現(xiàn)，設(shè)計(jì)成果也是以參數(shù)形式對(duì)對(duì)象進(jìn)行表達(dá)，利用實(shí)時(shí)建模所得的模型表現(xiàn)滿足并實(shí)現(xiàn)了道路三維可視化的要求。

(2)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

文章系統(tǒng)的邏輯劃分是在軟件公衡分層構(gòu)建思想的指導(dǎo)下完成的，這種系統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各層級(jí)間耦合性能夠得到有效減弱。其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)主要分為四個(gè)層次，包括數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。其中數(shù)據(jù)層就是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，為系統(tǒng)提供各類所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)等，同時(shí)還會(huì)為設(shè)計(jì)提供所需的模型、模板和素材;平臺(tái)層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐，為其提供基礎(chǔ)功能組件，包括數(shù)據(jù)訪問(wèn)和三維引擎等;服務(wù)層是通過(guò)API 方式為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)給予相對(duì)底層的支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各要素的解耦，包括數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能等;應(yīng)用層則主要是功能組件，包括設(shè)計(jì)、分析和查詢等，為系統(tǒng)的實(shí)施提供應(yīng)用支持，并為系統(tǒng)的成果展示提供界面支持。(3)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

道路設(shè)計(jì)模型的具體實(shí)現(xiàn)就是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過(guò)面向?qū)ο蟮姆绞綄?shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)中各組件的定義，系統(tǒng)涉及兩個(gè)方面的層次關(guān)系，即中心線(LineInfo)層次關(guān)系和橫斷面(RoadHSectionParts)層次關(guān)系，其中中心線層次關(guān)系的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)定義CircleCurveInfo()、SpiralCurveInfo()、BasicCurveInfo()、SCurveInfo()、CCurveInfo()、BCCCurveInfo()、ProtrudeCurveInfo()、EggCurveInfo()這8 個(gè)class 類，道路橫斷面的實(shí)現(xiàn)則是通過(guò)定義RoadFacility()、RoadSidewalk()、RoadChennel()、RoadSlope()、RoadDriverway()、RoadPartition()、RoadEdge()這7 個(gè)class 類加以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)是基于地理設(shè)計(jì)思想和參數(shù)化設(shè)計(jì)思想所進(jìn)行構(gòu)建的，系統(tǒng)一方面是在三維GIS 引擎基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這樣能使得系統(tǒng)底層具備GIS 的強(qiáng)大功能，即數(shù)據(jù)整合和分析，同時(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì)是在三維環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，因此在整個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程中都充分利用了GIS 的分析整合功能。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成果分為三維道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)和在系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)施的道路規(guī)劃設(shè)計(jì)成果。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，道路設(shè)計(jì)不僅要綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件還要考慮人文地理環(huán)境和自然條件，所以它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)工程，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，為道路設(shè)計(jì)提出了新的要求，這也使得傳統(tǒng)設(shè)計(jì)逐漸不能滿足當(dāng)前道路設(shè)計(jì)的需求和發(fā)展，因此需要加強(qiáng)新思想和新技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)而更加深入的研發(fā)和利用三維道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，從而得到“所見(jiàn)即所得”的設(shè)計(jì)過(guò)程。

［1］陳良超.三維數(shù)字城市在道路規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究［J］.地理信息世界，2013，(6):33－37.

［2］何興富，謝征海.基于地理設(shè)計(jì)的三維道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.地理信息世界，2013，(6):72－76.

［3］錢(qián)李進(jìn).基于Google Earth 三維道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用研究［D］.武漢理工大學(xué)，2011.

［4］肖振發(fā).高速公路實(shí)時(shí)三維可視化景觀設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.華南理工大學(xué)，2012.

［5］王國(guó)鋒，王小忠，許振輝，秦濤，劉士寬，杜迎春.真三維道路智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］.公路，2011，(3):151－156.

［6］方成，王春暉，吳延明.Google Earth 衛(wèi)星影像圖在道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究［J］.中外公路，2011，(2):1－4.