應用道路勘察新技術幫助學生加深對道路規劃設計課程有關概念的理解

陳雨人 劉碩

摘要：在道路勘測設計教學過程中，平面交叉口的豎向設計以及相交道路的超高變化和過渡一直困擾大學生。為了更好地使得學生對上述問題有深刻和直觀的理解，利用三維激光掃描技術對實際平面交叉口進行掃描，然后重建交叉口的模型，這樣學生們對于交叉口范圍的高程以及相交道路超高的變化和過渡等都有了清晰的認識，取得了理想的效果。

關鍵詞：平面交叉口；超高；三維激光掃描；重構

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0075-02

一、概述

在道路勘測設計教學中，有關平面交叉口的豎向設計是很重要的內容，牽涉到排水，安全和舒適性等眾多因素，僅僅靠課堂教學，很難讓學生有直觀的感受和印象，因此借助科研用的三維激光掃描車，對實際平面交叉口進行掃描，然后再進行數字重構，形成數字化的平面交叉口模型，整個過程中，學生從頭到尾參與其中，取得了不錯的效果。

三維車載激光掃描系統的數據采集分為全景影像數據（含6臺照相機的CCD相機組，環繞四周5臺，面向天頂1臺）和點云數據（含3臺SICK激光掃描儀的掃描儀組，垂直方向的左右各一臺，水平方向面向后方的一臺）。兩種數據的采集可同步完成，也可只采集一種數據。掃描行車速度一般控制在40—70km/h，以保證數據的精度、密度，同時保證全景影像的質量。掃描過程中保持沿道路靠邊的車道行駛，途中可短暫停車進行數據接收、存儲，車輛啟動后可繼續之前的掃描作業，如圖1。

二、了解交叉口的立面設計的細節

交叉口的立面設計主要取決于相交道路的交通量、等級、橫斷面等因素。相同等級道路交匯，分別維持各自縱坡，改變橫坡，主要道路與次要道路交匯時，主干道的縱、橫斷面均維持不變，將次干道的雙坡橫斷面過渡到與主干道的縱坡相同的單坡橫斷面，通過掃描的數據進行重構，使得學生不僅加深了對平面交叉口立面設計的理解，同時對于處理激光點云重構技術也是非常有價值的，這個過程如圖2。

三、深入理解交叉口范圍內曲線超高的變化情況

平面交叉口處于平面曲線的地方，會存在超高的變化，超高設計本來就是道路勘測設計中的難點，學生往往對于這一部分理解也比較困難，因此將交叉口范圍激光掃描數據進行三維重構，著重刻畫超高的變化情況，然后通過駕駛人第一視角展現給學生，可以取得不錯的教學效果，一方面可以使得學生對于交叉口超高的變化有清晰的認識，同時也使得學生對三維激光掃描本身產生濃厚的興趣，如圖3所示。

四、重構交叉口三維模型

除了上面揭示交叉口設計細節的情況以外，還可以根據激光掃描所獲得的點云數據重構交叉口三維模型，并進行真實感模型的制作，然后通過模擬駕駛技術使得學生可以在虛擬環境下進行駕駛體驗，可以進一步幫助學生體會交叉口的設計情況。

五、結語

《道路幾何規劃與設計》是一門實踐性非常強的課程，必須和實際工程項目緊密聯系起來，才能使得學生既靈活又深刻地掌握有關知識。應用包括三維激光掃描在內的道路勘察新技術幫助學生理解有關概念，形成良好的專業素養是非常有必要的，也是完全可行的。除此以外，虛擬現實技術、增強現實技術和數字孿生等都可以幫助學生加深理解和體會，也是在有關道路勘測與規劃相關課程教學中可以不斷探索不斷完善的話題。

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