三維GIS與CAD集成的公路三維可視化方法

聞 平，吳小東，桂 林，王 沖

（1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041）

三維GIS與CAD集成的公路三維可視化方法

聞 平1，吳小東1，桂 林1，王 沖1

（1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041）

介紹了三維GIS和公路CAD數據的集成方法，制定了公路三維可視化的流程并通過程序實現，探討了公路三維可視化在路線設計和施工進度管理方面的應用前景。

三維GIS；CAD；集成；公路三維可視化

三維GIS對客觀世界的表達能給人以更真實的感受，不僅能夠表達空間對象間的平面關系，而且能描述和表達它們之間的垂向關系，還能對空間對象進行三維空間分析和操作[1]。CAD系統能夠制作精細的三維模型，在各專業領域得到了廣泛的應用，可以將CAD系統制作的精細三維模型和線路數據作為三維GIS的一個重要數據源。利用GIS與CAD相結合的技術，將公路設計三維可視化，不僅能實現設計方案的真實再現，還能對公路的施工過程、各種圖片文字資料進行存儲管理。

1 三維GIS與CAD數據的集成

三維GIS與CAD數據的集成是把公路設計、施工過程中的地形數據、線路數據、模型數據、屬性數據及其他相關數據統一進行管理和表達。公路設計產生的數據主要有路線縱、橫斷面設計成果及公路三維模型（包括橋梁、橋墩、隧道、路基等）。

2 公路三維可視化

公路三維可視化流程主要分為5個步驟：源數據獲取與處理、三維地形建模、線路導入、模型導入與定位、地形融合，如圖1所示。

圖1 公路三維可視化流程圖

1）線路導入。主要是將CAD設計的線路分為橋梁、路基和隧道3部分分別導入，而且線必須為三維多段線，帶有高程信息，如圖2所示，黃色部分為橋梁，紅色部分為路基。

圖2 線路分段導入三維場景的效果圖

2）模型導入、定位。通過程序自動實現橋梁、橋墩、隧道、路基等模型的批量放置與定位，放置后整條道路的模型效果如圖3所示。

圖3 模型放置完畢的道路效果圖

簡易代碼如下：

double x1, y1, h1, x2, y2, h2, yyy, ppp;

x1 = toCalcPoints[i].X;

在此本文使用“一帶一路”國家東道國交通服務占商業服務出口比例、安全互聯網服務器(每百萬人)和通電率占人口的百分比替代原來的數據來表示東道國的基礎設施建設情況以檢驗結果的穩健性。本文使用GMM方法對式(3)和式(4)進行了回歸估計。鑒于篇幅，筆者在此不再將詳細的回歸結果列出。根據結果，相關解釋變量除了數值和顯著性有所不同以外，回歸系數的預期符號完全一致，表明前文的計量結果是穩健的。

y1 = toCalcPoints[i].Y;

h1 = toCalcPoints[i].H;

x2 = toCalcPoints[i + 1].X;

y2 = toCalcPoints[i + 1].Y;

h2 = toCalcPoints[i + 1].H;

double dif = toCalcPoints[i+1].M - toCalcPoints[i].M; if (dif ＞= modelLength+1)

continue;

IPosition61 p1 = sgWorld.Creator.CreatePosition(x1, y1, h1, AltitudeTypeCode.ATC_TERRAIN_ABSOLUTE, 0, 0, 0, 0);

IPosition61 p2 = sgWorld.Creator.CreatePosition(x2, y2, h2, AltitudeTypeCode.ATC_TERRAIN_ABSOLUTE, 0, 0, 0, 0);

IPosition61 p3 = sgWorld.CoordServices.GetAiming Angles(p1, p2);

double dis = sgWorld.CoordServices.GetDistance(x1, y1, x2, y2);

yyy = (double)p3.Yaw;

ppp = (double)p3.Pitch;

IPosition61 p = sgWorld.Creator.CreatePosition((x1 + x2) / 2,(y1 + y2) / 2, (h1 + h2) / 2, AltitudeTypeCode.ATC_ TERRAIN_ABSOLUTE, yyy, ppp, 0, 0);

ITerrainModel61 model = sgWorld.Creator. CreateModel(p, modelFile, 1, ModelTypeCode.MT_ NORMAL, gid, i.ToString());

model.Terrain.GroundObject = false;

3）地形融合。經過以上步驟后，局部存在模型跟地形沒法很好地融合的情況，必須要有一定的地形開挖，如圖4所示。通過設置相應的參數，如圖5所示，程序自動根據設置的參數對地形進行開挖，同時對排水溝、擋墻、護坡等自動進行參數化建模并貼上相應的紋理，如圖6所示。

圖4 需要開挖的地形

圖5 參數設置對話框

圖6 開挖后效果圖

3 應 用

根據以上分析，公路三維可視化可以應用在工程建設中的多個方面。

1）路線輔助設計。將公路三維可視化技術貫徹路線設計全過程，實現二維與三維相結合。每次線路方案調整后，能夠立即根據調整后的成果數據實時呈現三維仿真效果，再輔以飛行瀏覽功能，能顯著提高設計質量和效率。

2）空間數據分析、匯總。可以利用三維GIS提供的位置查詢、坡度計算、填挖方計算、緩沖區分析等，方便地實現CAD中無法實現的空間數據分析、匯總功能。

3）施工進度查詢、監控。由于模型是按照施工單元來劃分的，因此可以方便地根據施工作業單位填報的工程進度，將施工過程實時地展現在三維場景中，同時再輔以現場攝像頭等監控視頻對比，方便查看施工實時進度情況。

4）設計施工信息管理一體化。可以將每一個模型設計圖紙以及施工過程中產生的變更或其他信息跟模型關聯起來進行統一管理，方便及時查閱相關信息、資料或圖紙等成果[5-7]。

5）根據用戶的不同需求，還可開發出各項專題應用。

4 結 語

本文研究了三維GIS及公路CAD數據的集成方法，實現了公路三維可視化，通過三維GIS技術和CAD技術的集成，能夠提高公路設計水平和設計效率，降低設計成本，從而有效地服務于公路路線設計和施工進度管理。

[1] 肖樂斌,鐘耳順,劉紀遠,等．三維GIS的基本問題探討[J]．中國圖像圖形學報,2001,6(9)： 842-848

[2] 朱慶,吳波,鐘正． 三維GIS與公路CAD的集成[J]．中國公路學報,2006,19(4)：1-6

[3] 朱慶,林暉． 數碼城市GIS[M]．武漢：武漢大學出版社,2004

[4] 張社榮,顧巖,張宗亮．水利水電行業中應用三維設計的探討[J]．水利發電學報,2008,27(3)：65-70

[5] 吳波,龔德俊． 公路工程圖文與資料管理系統[J]．長安大學學報：自然科學版,2004,24(4)：31-35

[6] 周健．基于GPS/GIS/GSM的公路隧道運營管理系統研究[J]．中國公路學報,2004．17( 3)：112-116

[7] 張映雪,黃利芒． GIS技術在公路建設管理中的應用研究[J]．中國公路學報,2004,17(1)：90-93

P208

B

1672-4623（2016）04-0056-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.018

聞平，碩士，高級工程師，主要從事測繪新技術開發及3S技術應用工作

2015-03-03。

項目來源：云南省科技資助項目（2013ZB006）。