應(yīng)用道路勘察新技術(shù)幫助學(xué)生加深對(duì)道路規(guī)劃設(shè)計(jì)課程有關(guān)概念的理解

陳雨人 劉碩

摘要：在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，平面交叉口的豎向設(shè)計(jì)以及相交道路的超高變化和過(guò)渡一直困擾大學(xué)生。為了更好地使得學(xué)生對(duì)上述問(wèn)題有深刻和直觀的理解，利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)實(shí)際平面交叉口進(jìn)行掃描，然后重建交叉口的模型，這樣學(xué)生們對(duì)于交叉口范圍的高程以及相交道路超高的變化和過(guò)渡等都有了清晰的認(rèn)識(shí)，取得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：平面交叉口；超高；三維激光掃描；重構(gòu)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）06-0075-02

一、概述

在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)教學(xué)中，有關(guān)平面交叉口的豎向設(shè)計(jì)是很重要的內(nèi)容，牽涉到排水，安全和舒適性等眾多因素，僅僅靠課堂教學(xué)，很難讓學(xué)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(duì)實(shí)際平面交叉口進(jìn)行掃描，然后再進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)，形成數(shù)字化的平面交叉口模型，整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生從頭到尾參與其中，取得了不錯(cuò)的效果。

三維車載激光掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分為全景影像數(shù)據(jù)（含6臺(tái)照相機(jī)的CCD相機(jī)組，環(huán)繞四周5臺(tái)，面向天頂1臺(tái)）和點(diǎn)云數(shù)據(jù)（含3臺(tái)SICK激光掃描儀的掃描儀組，垂直方向的左右各一臺(tái)，水平方向面向后方的一臺(tái)）。兩種數(shù)據(jù)的采集可同步完成，也可只采集一種數(shù)據(jù)。掃描行車速度一般控制在40—70km/h，以保證數(shù)據(jù)的精度、密度，同時(shí)保證全景影像的質(zhì)量。掃描過(guò)程中保持沿道路靠邊的車道行駛，途中可短暫停車進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)，車輛啟動(dòng)后可繼續(xù)之前的掃描作業(yè)，如圖1。

二、了解交叉口的立面設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)

交叉口的立面設(shè)計(jì)主要取決于相交道路的交通量、等級(jí)、橫斷面等因素。相同等級(jí)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(shí)，主干道的縱、橫斷面均維持不變，將次干道的雙坡橫斷面過(guò)渡到與主干道的縱坡相同的單坡橫斷面，通過(guò)掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，使得學(xué)生不僅加深了對(duì)平面交叉口立面設(shè)計(jì)的理解，同時(shí)對(duì)于處理激光點(diǎn)云重構(gòu)技術(shù)也是非常有價(jià)值的，這個(gè)過(guò)程如圖2。

三、深入理解交叉口范圍內(nèi)曲線超高的變化情況

平面交叉口處于平面曲線的地方，會(huì)存在超高的變化，超高設(shè)計(jì)本來(lái)就是道路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，學(xué)生往往對(duì)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(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，著重刻畫超高的變化情況，然后通過(guò)駕駛?cè)说谝灰暯钦宫F(xiàn)給學(xué)生，可以取得不錯(cuò)的教學(xué)效果，一方面可以使得學(xué)生對(duì)于交叉口超高的變化有清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也使得學(xué)生對(duì)三維激光掃描本身產(chǎn)生濃厚的興趣，如圖3所示。

四、重構(gòu)交叉口三維模型

除了上面揭示交叉口設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的情況以外，還可以根據(jù)激光掃描所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)交叉口三維模型，并進(jìn)行真實(shí)感模型的制作，然后通過(guò)模擬駕駛技術(shù)使得學(xué)生可以在虛擬環(huán)境下進(jìn)行駕駛體驗(yàn)，可以進(jìn)一步幫助學(xué)生體會(huì)交叉口的設(shè)計(jì)情況。

五、結(jié)語(yǔ)

《道路幾何規(guī)劃與設(shè)計(jì)》是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，必須和實(shí)際工程項(xiàng)目緊密聯(lián)系起來(lái)，才能使得學(xué)生既靈活又深刻地掌握有關(guān)知識(shí)。應(yīng)用包括三維激光掃描在內(nèi)的道路勘察新技術(shù)幫助學(xué)生理解有關(guān)概念，形成良好的專業(yè)素養(yǎng)是非常有必要的，也是完全可行的。除此以外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字孿生等都可以幫助學(xué)生加深理解和體會(huì)，也是在有關(guān)道路勘測(cè)與規(guī)劃相關(guān)課程教學(xué)中可以不斷探索不斷完善的話題。

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