基于SOA架構平臺的數字化三維仿真公路勘察設計

林小雄，韋　政，潘樹青，葉家發

(1.廣西桂興達交通工程咨詢有限公司，廣西　南寧　530001；2.南寧市新點線交通勘測設計有限責任公司，廣西　南寧　530001；3.南寧市界圍工程咨詢有限公司，廣西　南寧　530001)

?

基于SOA架構平臺的數字化三維仿真公路勘察設計

林小雄1，韋政1，潘樹青2，葉家發3

(1.廣西桂興達交通工程咨詢有限公司，廣西南寧530001；2.南寧市新點線交通勘測設計有限責任公司，廣西南寧530001；3.南寧市界圍工程咨詢有限公司，廣西南寧530001)

林小雄(1981—)，碩士，工程師，主要研究方向：大跨度橋梁設計理論與施工監控；

韋政(1982—)，研究生，工程師，主要從事公路橋梁設計、檢測管理與技術工作；

潘樹青(1973—)，碩士，高級工程師，主要從事勘察設計管理工作；

葉家發(1978—)，工程師，主要研究方向：地理信息前沿技術跟蹤研究與技術轉化。

科技部2013科技型中小企業技術創新基金(14C26214502862)；

廣西南寧市科學研究與技術開發計劃項目(20141020)

摘要：文章針對目前工程設計行業特別是公路設計領域在傳統矢量化地形圖的基礎上進行規劃與設計存在的不足，創新性地引入“數字信息化三維仿真”理念，將地理信息環境因素與設計過程結合起來，提出一種基于三維實景地理數據的全新公路信息化勘察設計思路，并研發出相應的數字信息化SOA架構設計平臺，可廣泛應用于公路設計中，有效提高公路設計的效率、縮短設計周期及節省工程項目費用。

關鍵詞：公路；勘察設計；數字化設計；地理信息；三維仿真；SOA架構設計平臺

0引言

改革開放以來，隨著我國經濟建設的持續快速發展，交通基礎設施快速增長，截至2013年年末，全國公路總里程達435.62萬km，橋梁達73.53萬座，公路建設中心逐步由東部地區向西部地區轉移，山區地勢溝壑縱橫，樹木茂密叢生，傳統的測量手段難以開展外業勘察；另外傳統的外業勘察成果基本都記錄在本子上，而電腦無法識別所調查的記錄，在施工圖設計之前，必須將這些記錄按一定的格式輸入電腦，或者通過這些記錄進行一些計算等，不但工作量大，而且設計方案一有改變，需人工重復計算，甚至需再次到現場外業勘察，導致簡單計算統計的工作占設計員的40%的時間。如果以上問題可以解決，將是公路勘察設計的一大進步。隨著計算機技術的發展，特別是地理信息技術的普及，這個問題已經有了解決的思路[1-15]，本文提出的基于SOA架構平臺數字化三維仿真公路勘察設計，就是將MIS(管理信息系統)、CAD(計算機輔助設計)、BIM(建筑信息模型)、GIS(地理信息系統)、三維數據采集和處理技術整合到數字化信息設計平臺。

1SOA架構平臺數字化勘察設計探索與分析

1.1　數字信息化勘察設計基本原理

數字化勘察設計是規劃與設計領域出現的一個新概念，其目的是形成一套充分考慮設計與環境相互關系的規劃設計體系，SOA架構平臺是建立在空間分析的基礎上，在設計過程中帶入地理的分析，在最初設計草圖時，立即核實各種數據是否符合項目的空間范圍要求。這種實時適用性分析提供了一個設計框架，使得各行業的規劃師、設計師能夠充分運用地理設計，將關鍵因素提前考慮，而不是在完成設計后再去分析提議項目的潛在影響和后果，有助于縮短設計循環時間、提高結果的質量，其平臺框架如圖1所示。

1.2　基于網絡的跨部門數據信息共享

SOA架構設計平臺采用C/S高速局域網，通過構建數據中心，實現企業內部多部門、多作業組聯合設計，提高公司的綜合設計能力水平和工作效率。在服務器端建立統一的三維公路數據模型，按不同的角色或項目組進行授權，協同設計，網絡拓撲結構如圖2所示。

圖1　SOA架構設計平臺圖

圖2　SOA架構網絡拓撲圖

1.3　將CAD技術與系統平臺集成

CAD是一個大型軟件系統，要實現全套CAD繪圖及編輯功能比較困難。根據實際工程設計的需要，選擇部分功能在SOA架構設計平臺中實現，把瘦身后的CAD，按邏輯功能分解為不同的功能模塊，單獨升級維護和共享應用，如圖3所示。

圖3　CAD核心代碼分解圖

1.4　將地理信息技術與系統平臺集成

地理信息系統(GIS)數據應用方面，主要采用字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)和數字地面模型(DigitalTerrain Model，DTM)組織GIS空間信息資料和構建地形分析實景分析模型。在模型中的信息主要包括：地貌信息(如高程、坡度、坡向等)，基本地物信息(如水系、交通網、居民點等)，自然資源和環境信息(如土壤、植被、地質、氣候、太陽輻射等)，社會經濟信息(如某地區的人口分布、工農業產值、國民收入等)，通過構建三維空間GIS分析模型，為公路和其它工程行業的應用分析提供基礎，見圖4。

圖4　GIS空間信息構建地形分析模型圖

1.5　在平臺的基礎上實現公路勘測設計專業功能

對于山區測量，通常采用無人機航測影像、衛星影像、激光雷達點云等測量，所面對的數據量通常都在幾十個GB或TB級別，通常稱為海量數據。如何最大效率地利用這些數據，保證數據的一致性、實時性，減少數據的冗余性，就顯得非常重要。SOA架構數字信息化設計可對復雜數據源的超大海量數據的存儲和調度算法進行深入研究，研究內容主要包括：異構數據源的集成管理、海量數據調度、數據共享與發布，超大海量數據調度算法模型結構如圖5所示。

圖5　超大海量數據調度算法模型圖

無人機航測影像處理后地形見圖6。

圖6　無人機航測影像地形圖

公路線路設計階段涵蓋了優化選線與平、縱、橫設計過程，工作較多，SOA架構數字信息化設計程序圖見圖7。

圖7　公路設計程序圖

公路勘察設計是一個非常復雜的系統工程，包括路線、橋梁、隧道、排水、建筑、電氣、材料等專業，傳統設計使得不同專業數據常處于“信息孤島”狀態，如何把各專業的數據集中在一起管理，如何提供簡單易用的數據服務接口，對數據進行綜合分析、深度挖掘，已經迫在眉睫。SOA架構數字信息化設計可通過綜合分析各種業務數據的特征，提取一套標準數據訪問接口，屏蔽各種數據源之間訪問的差異，從技術上實現各種異源業務數據的統一存儲，實現數據的統一存儲和標準化管理后，把數據的訪問入口匯總到SOA數據總線，再由不同的應用專業根據各自的需要開發具體業務應用，各個專業人員都可以共享這個數據總線。

2SOA架構平臺數字化設計應用效果

SOA架構數字化設計平臺可以將路線設計參數導入設計平臺，平臺自動根據路線軟件的數據輸入格式形成數據文件，供路線軟件使用；為橋涵軟件提供數據；在路線、擋墻、涵洞設計完成后，基本確定公路紅線范圍，將紅線范圍導入地理設計平臺，計算用地范圍內的各種工程量，如清表、不良地質、拆遷、青苗補償、用地數量等。目前在廣西多條國省干線及市政工程中多次采用，見圖8~9。

圖8　廣西玉林福綿服裝工業區道路工程圖

圖9　廣西百色田林橋梁設計圖

通過以上數字信息化勘察工作，形成了不依賴于中樁的勘察數據，并能為電腦所識別，同時改進了工作流程，將多個串行的工作改為并行，大大縮短外業時間。在內業方面，由于能為各種專業設計軟件自動提供勘察數據，并能輔助計算工程量，大大提高內業的工作效率，同時能讓設計人員有了進行多方案比選的機會，優化工程方案，節省工程造價。

3結語

通過以上分析可知，基于SOA架構平臺數字化勘察設計理念具有以下三點優勢：(1)創新性地在公路勘察設計領域引入數字信息化設計概念，為設計人員提供了一種新的思維方式及設計方法，在地理數字信息化后，與設計結合在一起，有效幫助設計人員對所做的決定給出及時的評估和反饋，及時做出調整或修正，從而使得設計方案更貼近大自然，促進人與環境的和諧發展；(2)首創應用SOA架構技術把CAD內核與GIS內核集成在一起，并在此基礎上研發形成了CAD+GIS的應用平臺軟件；(3)提高設計的效率及質量，基于SOA架構平

臺數字化勘察設計理念將“所見即所得”的設計理念創新地應用到公路勘察設計中，將道路規劃簡化成一個交互的建模過程，設計結果立刻可見，并且有三維的空間數據庫數據做支撐，從而大大縮短設計調整的時間。

參考文獻

[1]郭恒燕，胡伍塵.數字化勘測設計在高速公路改擴建中的應用[C].北京：中國測繪學會第九次全國會員代表大會暨學會成立50周年紀念大會論文集，2009.

[2]盧卓君，袁國平，范之英，等.數字化設計技術的研究與應用[J].公路，2008(3)：92-95.

[3]許振峰，王國峰，李建成，等.運用大地水準面精化技術建立復雜地區公路高程基準[J].公路，2011(3)：171-173.

[4]韓曉娟.數字化技術在高速公路勘察設計中的應用[J].青海交通科技，2013(3)：16-19.

[5]余紹淮，陳楚江，張霄，等.基于精密機載三維激光掃描測量的高速公路改擴建勘測設計方法[J].中外公路，2012，32(1)：5-8.

[6]王國峰，王小忠，許振輝，等.真三維道路智能設計系統及其應用[J].公路，2011(3)：151-155.

[7]李海亮，陳楚江，余紹淮，等.基于密集激光雷達數據的公路設計地表信息生成方法[J].中外公路，2011，31(4)：330-332.

[8]李旭華.數字地面模型(DTM)及CIVIL 3D用于公路選線[J].黑龍江交通科技，2007(5)：63-64.

[9]陳楚江，余紹淮，明洋.精密機載激光掃描測量及道路改擴建設計[J].公路交通科技，2012，29(1)：45-47.

[10]楊曉云，梁鑫.數字高程模型(DEM)的質量控制及精度分析[J].廣西工學院學報，2006(17)：4-6，10.

[11]王麗園，張宵，趙海軍，等.機載激光雷達三維地表信息處理軟件的設計與開發[J].交通科技，2010(7)：121-124.

[12]嚴治河.三維設計在公路工程中的應用[J].中外公路，2002，22(4)：66-67.

[13]周建林，岳東杰.全站儀豎直高程傳遞技術及其在蘇通大橋測控中的應用[J].土木工程學報，2007，40(5)：100-104.

[14]魯東福，章麗玲，王彥軍.基于AutoCAD的光柵地形圖處理工具的應用研究[J].中外公路，2008，28(1)：9-12.

[15]王玲玲.機載激光雷達技術在山區高速公路勘測設計中的應用[J].公路交通科技，2010(7)：115-117.

Digital Three-dimensional Simulation Highway Survey and Design Based on SOA Architecture Platform

LIN Xiao-xiong1，WEI Zheng1，PAN Shu-qing2，YE Jia-fa3

(1.Guangxi Guixingda Traffic Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；2.Nanning Xindianxian Traffic Survey Design Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；3.Nanning Jiewei Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

Abstract：Aiming at the planning and design deficiencies conducted based on the traditional vector top-ographic map in the current engineering design industry especially in the highway design field，this arti-cle innovatively introduced the“three-dimensional simulation of digital information”concept，which com-bined the geographic information environment factors and design process together，proposed a new highway information survey and design idea based on real three-dimensional geographic data，and de-veloped the corresponding digital information SOA architecture design platform，which can be widely used in highway design，so as to improve the highway design efficiency，reduce the design cycle and save the engineering project cost.

Keywords：Highway；Survey and design；Digital design；Geographical information；Three-dimensional simulation；SOA architecture design platform

收稿日期：2015-07-02

文章編號：1673-4874(2015)08-0007-04

中圖分類號：U412.6

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.002

基金項目

作者簡介