公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)的一體化與可視化研究

孫宗全

摘 要：國(guó)內(nèi)的重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)隨著近年來(lái)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及城市化建設(shè)的發(fā)發(fā)展，也取得了顯著的成效。截至2015年，全國(guó)公路里程已經(jīng)突破500×104km，而路線(xiàn)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)公路建設(shè)水平起著直接影響作用。公路路線(xiàn)不是一個(gè)平面而是一個(gè)三維實(shí)體，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該從平、縱、橫三個(gè)維度同時(shí)來(lái)考慮其設(shè)計(jì)的合理性，不能分開(kāi)設(shè)計(jì)，最終使路線(xiàn)設(shè)計(jì)中的可視化、一體化得以實(shí)現(xiàn)。本文就此展開(kāi)了進(jìn)一步的分析和探討。

關(guān)鍵詞：公路路線(xiàn)設(shè)計(jì);一體化和可視化;研究

如今，在公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)中可以使用的軟件工具有很多，但都屬于二維設(shè)計(jì)，而路線(xiàn)是一個(gè)三維實(shí)體，采用二維的方法不僅難以滿(mǎn)足實(shí)際要求，而且還會(huì)為實(shí)際工作造成一定不便。因此，提出一體化設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)思想，通過(guò)各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的引入和應(yīng)用，使路線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維化、動(dòng)態(tài)化。

一、現(xiàn)今公路橋梁設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)與所遵循的原則

（一）公路橋梁設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

公路橋梁設(shè)計(jì)工作的實(shí)施需要針對(duì)道路以及橋梁之間的結(jié)合進(jìn)行研究，橋梁與道路的設(shè)計(jì)也需要兩者在設(shè)計(jì)中相互參考，這樣才能夠確保公路橋梁的設(shè)計(jì)工作更好的開(kāi)展。橋梁設(shè)計(jì)方案的選擇需要對(duì)于道路建設(shè)項(xiàng)目的各項(xiàng)數(shù)據(jù)作為其設(shè)計(jì)方案的依據(jù)，保證橋梁在建設(shè)完成后更好的與道路相銜接，防止道路與橋梁之間存在偏差，這樣才能夠保證道路與橋梁的連接能夠保障道路的暢通。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮施工過(guò)程中以及在投入使用后公路橋梁的自重以及荷載狀況，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高安全性予以保證。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要進(jìn)行實(shí)地的考察，對(duì)于施工地區(qū)的環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境與自然環(huán)境都要充分的考慮，同時(shí)要清楚設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在實(shí)地環(huán)境中所處的位置，以此根據(jù)實(shí)地考察的情況設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)形式。最后在設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該考慮到橋梁的美觀(guān)情況，以此確保公路橋梁能夠與周邊環(huán)境融為一體，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該確立綠色、環(huán)保、節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，這樣才能夠更加符合現(xiàn)今社會(huì)審美的設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)出更好的現(xiàn)代化公路橋梁。

（二）公路橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則

1、設(shè)計(jì)人員必須實(shí)地考察，設(shè)計(jì)方案要充分考慮到環(huán)境，地形，當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗等外部影響因素，確保設(shè)計(jì)圖紙科學(xué)合理性。2、隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，私家車(chē)越來(lái)越多，公路橋梁的負(fù)荷也就越來(lái)越重，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到這些因素，保證公路橋梁結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。3、在設(shè)計(jì)前，應(yīng)該參考相關(guān)部門(mén)出具的地質(zhì)勘查結(jié)果，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡乩頎顩r充分了解，方方面考慮到勘查結(jié)果中可能會(huì)導(dǎo)致的施工風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)合理解決，降低風(fēng)險(xiǎn)。4、結(jié)構(gòu)上的功能得到保證了，人們的審美觀(guān)也要予以考慮。試想，公路橋梁作為城市的一道風(fēng)景，如果看起來(lái)讓人感覺(jué)非常不舒服，在后期的驗(yàn)收中也會(huì)大打折扣，我們本著節(jié)能，環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，也要適當(dāng)加入一些美的因素，讓人們得到視覺(jué)上的享受。

二、公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)的一體化

（一）設(shè)計(jì)環(huán)境一體化

1、在調(diào)研路線(xiàn)環(huán)境時(shí)實(shí)現(xiàn)一體化，公路路線(xiàn)的設(shè)計(jì)不僅只考慮現(xiàn)階段道路所處的環(huán)境情況，還要對(duì)過(guò)去的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)還要考慮到未來(lái)路線(xiàn)的規(guī)劃，即設(shè)計(jì)公路路線(xiàn)在時(shí)間上要實(shí)現(xiàn)一體化。2、如今公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)都是運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，其設(shè)計(jì)環(huán)境更加科學(xué)快速，但是應(yīng)注意在設(shè)計(jì)平臺(tái)上要實(shí)現(xiàn)一體化的功能，即道路平面、橫斷面、縱斷面3個(gè)設(shè)計(jì)窗口要實(shí)現(xiàn)交互功能，相互關(guān)聯(lián)受到其他設(shè)計(jì)窗口的影響，例如在平面上改變一個(gè)參數(shù)，在橫斷面和縱斷面上要相應(yīng)地發(fā)生改變。但其設(shè)計(jì)內(nèi)容又是獨(dú)立的，如：繪圖區(qū)域和窗口圖形比例不會(huì)因交互進(jìn)行的視窗操作而受到影響。

（二）一體化設(shè)計(jì)功能的開(kāi)發(fā)與利用

1、交替設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員隨意切換某個(gè)視窗， 并在視窗中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，比如在平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，隨時(shí)切換至縱斷面的視窗從事拉坡設(shè)計(jì)。 這樣一來(lái)，能很好的滿(mǎn)足路線(xiàn)設(shè)計(jì)要求，即完成其中一個(gè)方面的調(diào)整或修改后，能實(shí)現(xiàn)對(duì)其它兩個(gè)方面的相應(yīng)修改。2、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。是指采用視窗關(guān)聯(lián)方法， 實(shí)現(xiàn)在作一種設(shè)計(jì)時(shí)能同時(shí)考慮到其它的不同方面， 例如對(duì)平面視窗顯示結(jié)果的線(xiàn)位作調(diào)整時(shí)，縱斷面視窗相對(duì)應(yīng)的內(nèi)容能立即作出相應(yīng)的變化，使地面線(xiàn)滿(mǎn)足這種調(diào)整的要求，并在完成這種調(diào)整之后，使橫斷面對(duì)應(yīng)透視圖同樣實(shí)施調(diào)整和設(shè)計(jì)。3、信息查詢(xún)。根據(jù)圖形顯示及信息查詢(xún)， 為交互操作是否合理的判斷提供依據(jù)，進(jìn)而保證方案調(diào)整的合理性與針對(duì)性。以上功能的開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)先從三個(gè)不同的方面實(shí)施， 再通過(guò)對(duì)實(shí)體與命令的關(guān)聯(lián)，根據(jù)豐富的可用信息，對(duì)三個(gè)不同的方面進(jìn)行緊密結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到一體化設(shè)計(jì)目標(biāo)。 在實(shí)際的開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，需要借助響應(yīng)器及通知技術(shù)。 其中，響應(yīng)器能對(duì)路線(xiàn)設(shè)計(jì)中的所有事件進(jìn)行觀(guān)察與實(shí)時(shí)監(jiān)視。 通知技術(shù)是指在創(chuàng)建實(shí)體的過(guò)程中，向所建實(shí)體中附加響應(yīng)器，然后在相應(yīng)的成員變量當(dāng)中對(duì)其它實(shí)體 ID 進(jìn)行記錄，以此使不同實(shí)體實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。 如果設(shè)計(jì)人員修改了其中一個(gè)已經(jīng)完成響應(yīng)器附加過(guò)程的實(shí)體，則會(huì)立即作出響應(yīng)。 響應(yīng)后的響應(yīng)器對(duì)實(shí)體 ID 進(jìn)行讀取，將實(shí)體打開(kāi)，執(zhí)行預(yù)設(shè)各項(xiàng)操作。 比如，在平面交互設(shè)計(jì)過(guò)程中，可在建立平面線(xiàn)元這一實(shí)體的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)器附加的方法和縱斷面視圖顯示的地面線(xiàn)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)， 設(shè)計(jì)人員對(duì)平面視圖其中一個(gè)線(xiàn)元進(jìn)行修改時(shí)，響應(yīng)器動(dòng)作，使縱斷面視圖自動(dòng)完成重新插值會(huì)點(diǎn)繪。

三、公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)的可視化

（一）三維場(chǎng)景建模

三維建?？梢詮囊韵聨讉€(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)：1、從線(xiàn)到面建模。將公路前后橫斷面的坡腳點(diǎn)相互連接起來(lái)，在路線(xiàn)變化處（橋梁和隧道）進(jìn)行閉合，將道路分成若干段，這樣道路平面大樣圖就實(shí)現(xiàn)了。2、從面到立體建模。將公路平面大樣圖和道路高程數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)Delaunay三角化算法的應(yīng)用，使面到三維立體的建模得以實(shí)現(xiàn)。3、優(yōu)化裁剪地形。大致模型建立起來(lái)后，還要進(jìn)行優(yōu)化裁剪，對(duì)于一些變化點(diǎn)如變坡點(diǎn)和曲線(xiàn)交點(diǎn)進(jìn)行裁剪，增加道路路線(xiàn)的可視化。4、模型拼合。按照上述步驟建立整體三維模型，并通過(guò)道路模型與裁剪后的地形直接拼合而成，能構(gòu)建完成較好的立體效果圖。但是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中因?yàn)樵O(shè)計(jì)路線(xiàn)中一些因素不斷發(fā)生變化，會(huì)一定程度上影響建模，這就需要建立相應(yīng)的處理預(yù)案，建立方程是處理這種動(dòng)態(tài)模型最好的方案。

（二）圖形的繪制及動(dòng)態(tài)顯示

以實(shí)體具有屬性為依據(jù)，對(duì)紋理圖片進(jìn)行分類(lèi)，一般可以分成以下兩類(lèi)：1、自然紋理：用于現(xiàn)狀的景物，借助數(shù)字?jǐn)z影得到實(shí)體的正射影像，再將其視作一種紋理，最后通過(guò)映射形成在模型當(dāng)中;2、虛擬紋理：用于虛擬的景物，不僅能使用實(shí)物的現(xiàn)場(chǎng)照片，也可利用工具軟件進(jìn)行加工后獲得。完成以上步驟后，通過(guò)OpenGL能對(duì)道路場(chǎng)景進(jìn)行動(dòng)態(tài)瀏覽，也就是利用軟硬件實(shí)時(shí)提供多種顏色緩存，其中每一種顏色緩存都是完整的，當(dāng)其中一個(gè)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，另外一個(gè)可以進(jìn)行繪圖。待繪好一幀圖后，緩存開(kāi)始交換，當(dāng)中用于顯示的幀的緩存轉(zhuǎn)為繪圖，而用于繪圖的則轉(zhuǎn)為顯示，以此達(dá)到預(yù)期的三維動(dòng)畫(huà)效果。

四、結(jié)語(yǔ)

公路路線(xiàn)的設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足道路基本的通行要求，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)情況和周?chē)h(huán)境，同時(shí)考慮道路長(zhǎng)期的規(guī)劃和安全性能，在盡可能滿(mǎn)足當(dāng)?shù)噩F(xiàn)階段交通量的同時(shí)還應(yīng)減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，將未來(lái)的規(guī)劃路線(xiàn)納入其中并盡量起到促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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