三維地模在山區(qū)公路選線中的應(yīng)用

蔣春平 孫戀

【摘要】本文以山區(qū)公路選線為主題，探討了數(shù)模在山區(qū)公路選線中的應(yīng)用。首先對其進(jìn)行了簡要概述，從數(shù)字地面模型切入，對其概念、功能、特點(diǎn)進(jìn)行了說明，重點(diǎn)闡述了其在實(shí)際山區(qū)公路選線中的應(yīng)用。希望通過本文初步分析可以引起更多交流與關(guān)注，同時(shí)希望可以為該方面研究提供一些有用的信息，以供參考。

【關(guān)鍵詞】三維地模；山區(qū)公路；選線

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的初步完成，以及在全國的全面性改革，交通運(yùn)輸有了極大改善，并且由于近年來鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路的建設(shè)完成，在高速公路建設(shè)方面，一方面為了打通全國各地的界線，另一方面為了帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高速公路的建設(shè)已經(jīng)從城市向山區(qū)延伸，而且經(jīng)過這些年的建設(shè)，積累了諸多經(jīng)驗(yàn)，但其中也有不少問題值得深入探究。

一、概述

鄧小平同志曾言：要致富，先修路。這一指導(dǎo)思想為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了新的生機(jī)，其結(jié)果也表明，這一政策非常有效。近些年，由于全國性的建設(shè)與改革，高速公路的建設(shè)不斷的穿山越嶺，因而應(yīng)該對高速公路在山區(qū)的選線問題加以探析，加上這些年的高速發(fā)展，也應(yīng)該對其中的經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)，并提煉一些新的方法等。尤其是對三維地模的應(yīng)用方面，有了較好發(fā)展。在利用以計(jì)算機(jī)相關(guān)信息技術(shù)與軟件工具方面，有了較好的突破與發(fā)展，比如CAD制圖、3DS三維設(shè)計(jì)等，主要是以制作三維圖為準(zhǔn)，通過相關(guān)軟件的功能進(jìn)行動態(tài)化設(shè)置，為公路建設(shè)提供一些參考依據(jù)，以及對其未來的圖景進(jìn)行預(yù)報(bào)。以我國南方一些省份為例，在公路水路建設(shè)規(guī)劃中，對典型的山區(qū)高速公路選線問題做了重要部署與規(guī)劃。這是因?yàn)椋谖覈匦蔚乩磔^為復(fù)雜，而且由于山區(qū)地形的地質(zhì)也非常復(fù)雜，如果能夠從事情本身出發(fā)，積極研究建設(shè)方案，那么一方面可以降低工程造價(jià)，另一方面，也可以有效的提升生態(tài)環(huán)境，減少水土流失，以及對地質(zhì)災(zāi)害加以提前預(yù)防等。

二、數(shù)字地面模型

從概念分析，數(shù)字地面模型，也稱三維地模，它就是利用構(gòu)建三維數(shù)字地形圖，達(dá)到對平面地形的有效分析，具體的方法是利用三維坐標(biāo)，搭建起矢量圖，并且利用賦值法對等高線、地形特征點(diǎn)等進(jìn)行高程值的設(shè)置，然后再此基礎(chǔ)上，利用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件去生成立體地面模型。從呈現(xiàn)方式分析，三維地模可以有效的將地勢的高低起伏狀況等進(jìn)行動態(tài)化的仿真呈現(xiàn)，而且可以將公路建設(shè)項(xiàng)目中的沿線的地形地貌等以非常規(guī)范化的三維坐標(biāo)形式，明確的體現(xiàn)出來。從數(shù)字化地形圖的構(gòu)成分析，它是以測繪、航測為基礎(chǔ)，對地形圖矢量化處理，然后在以等高線、地形點(diǎn)等形成三維圖形文件，然后用CAD制圖工具，將其搭建起來。其中，主要是利用GPS、GIS與遠(yuǎn)程搖控等技術(shù)，先對實(shí)際的地理情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再進(jìn)行矢量化分析，最后再加工處理并建立起數(shù)字模型圖。

以某路線為例，可以將其CAD制圖建模的情況表達(dá)如下。

首先，在CAD平臺中建立新數(shù)模，可以對采集的等高線、地形點(diǎn)等特性數(shù)據(jù)進(jìn)行直接提取與應(yīng)用，或者采用文件讀入法，利用其它支持文件進(jìn)行上傳讀入；其次，可以利用專業(yè)設(shè)計(jì)中的問題，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)檢，對點(diǎn)、面、位置等進(jìn)行范圍控制，也就是說，對超出范圍的需要進(jìn)行一些剔除處理；第三，需要進(jìn)行三維點(diǎn)的排序、檢索，以三維數(shù)字地面模型中的三角化方法，或稱三角網(wǎng)劃分法，構(gòu)建三維數(shù)字地面模型；第四，在網(wǎng)格顯示功能的基礎(chǔ)上，生成全部圖形實(shí)體，也就是以該軟件中的三維顯示命令功能，對三維數(shù)字模形圖進(jìn)行分析、修改、編輯，從而達(dá)到對三角網(wǎng)的優(yōu)化；第五，即是對最后得到的數(shù)模進(jìn)行保存。需要注意的是，如果規(guī)劃項(xiàng)目較大，則需要通過分段建模來加強(qiáng)處理，還可以以數(shù)模組進(jìn)行管理。雖然不同的軟件構(gòu)建方法中會有差異，但是殊途同歸，最終的結(jié)果始終是相同的，這也體現(xiàn)了建立地面數(shù)字模型方法的多樣性與最終效果的統(tǒng)一性，另外也證實(shí)了這些方法的有用性。

三、數(shù)模應(yīng)用

從三維地模的最終用途來看，即是為了達(dá)到公路勘察，為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。從核心內(nèi)容分析，集中體現(xiàn)在高程插值、三維公路模型構(gòu)建兩個(gè)方面。

以常規(guī)公路為例，在其設(shè)計(jì)中，路線往往是通過平面地形圖來完成，先進(jìn)行中線位置的定位，再利用中樁里程實(shí)測地面中線高程、橫斷面高程，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行縱斷面與橫斷面的設(shè)計(jì)。以山區(qū)公路為例，在其設(shè)計(jì)中，需要考慮高差問題，并盡可能的將其克服重點(diǎn)。所以，在確定合理線位這一問題上，一般情況下，是需要經(jīng)過不斷的修改平面線型與縱面線型來完成，而且需要對縱地面線、橫地面線進(jìn)行數(shù)次實(shí)地測量及標(biāo)高，因此，延長了設(shè)計(jì)時(shí)間；另一方面，在可行性研究方面，紙上定線、二維平面地形圖取高程，可以提升精準(zhǔn)度，但是工作量非常大，因此，利用三維地模，也就是利用數(shù)字地面模型的三維構(gòu)建，可以在山區(qū)公路選線中，節(jié)省人力、物力、財(cái)力，而且有助于縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高合理性與科學(xué)性，并且可以通過這一完整的規(guī)劃設(shè)計(jì)達(dá)到線路設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

從設(shè)計(jì)順序分析，三維地模在公路設(shè)計(jì)中以及在山區(qū)選線方面的設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)差別并不是很大，比如，都需要先進(jìn)行平面定線（截取縱、橫地面線），然后是縱面設(shè)計(jì)，通過對橫斷面計(jì)算，調(diào)入結(jié)構(gòu)物，最后進(jìn)行工程量計(jì)算等；其次，不同的是，三維地模的構(gòu)建，需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)相關(guān)制圖軟件，建立路線、地面三維模型，然后，以三維動畫演示的方式，將真實(shí)的模型呈現(xiàn)出來。在實(shí)際的三維地模建立過程中，若想使其接近現(xiàn)實(shí)情況，可以通過對地面線點(diǎn)的加密截取、向兩側(cè)延伸等達(dá)到效果的真實(shí)化，但是，如此會增加運(yùn)算工作量。通常若完成路基設(shè)計(jì)計(jì)算、橫斷面設(shè)計(jì)后，通過激活方式或者打開方式，即可通過數(shù)模選擇性的將公路三維模型輸出出來。另外，公路模型包括有路基、路面、邊坡、邊溝、標(biāo)線、護(hù)欄，還有橋梁、隧道及路基的無縫拼接等，因此，在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中，需要全面、科學(xué)、合理，并對每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行周詳?shù)目紤]與實(shí)際的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)，為實(shí)際的設(shè)計(jì)建設(shè)工作提供更為詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料。另一方面，在完成建模后，還可以利用相關(guān)的專業(yè)軟件，對其設(shè)計(jì)進(jìn)行渲染處理，還可以配樂，進(jìn)行字幕編輯，配音等，利用這些綜合性能達(dá)到對公路的三維動畫呈現(xiàn)，以此直觀、生動、更為真實(shí)的將建成后的情況進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。在這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作中，還需要注意專業(yè)的設(shè)計(jì)人員選拔與團(tuán)隊(duì)建設(shè)工作，利用各種有利條件為其營造良好的工作環(huán)境，從而為完成接近現(xiàn)實(shí)的公路規(guī)劃建設(shè)提供充足的動力。

結(jié)束語

在山區(qū)公路選線中應(yīng)用三維地模，可以有效的提升高速公路建設(shè)規(guī)劃的科學(xué)性，而且可以通過合理規(guī)劃。另一方面，通過數(shù)模的具體設(shè)計(jì)應(yīng)用，可以提供三維數(shù)字地形圖，減少工程造價(jià)、節(jié)約建設(shè)時(shí)間等，應(yīng)用該項(xiàng)軟件的綜合處理功能，有助于增加基礎(chǔ)資料的精準(zhǔn)性、加強(qiáng)公路動態(tài)仿真，并集中精力從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等角度提出更為合理的適用性設(shè)計(jì)方案，為山區(qū)公路選線提供更為理性的選擇。

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