公路路線設計的一體化與可視化研究

孫宗全

摘 要：國內的重要基礎設施建設隨著近年來的經濟建設以及城市化建設的發發展，也取得了顯著的成效。截至2015年，全國公路里程已經突破500×104km，而路線設計的合理性對公路建設水平起著直接影響作用。公路路線不是一個平面而是一個三維實體，在設計時應該從平、縱、橫三個維度同時來考慮其設計的合理性，不能分開設計，最終使路線設計中的可視化、一體化得以實現。本文就此展開了進一步的分析和探討。

關鍵詞：公路路線設計;一體化和可視化;研究

如今，在公路路線設計中可以使用的軟件工具有很多，但都屬于二維設計，而路線是一個三維實體，采用二維的方法不僅難以滿足實際要求，而且還會為實際工作造成一定不便。因此，提出一體化設計和可視化設計思想，通過各項先進技術的引入和應用，使路線設計實現三維化、動態化。

一、現今公路橋梁設計中的特點與所遵循的原則

（一）公路橋梁設計的特點

公路橋梁設計工作的實施需要針對道路以及橋梁之間的結合進行研究，橋梁與道路的設計也需要兩者在設計中相互參考，這樣才能夠確保公路橋梁的設計工作更好的開展。橋梁設計方案的選擇需要對于道路建設項目的各項數據作為其設計方案的依據，保證橋梁在建設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。另外在設計過程中需要考慮施工過程中以及在投入使用后公路橋梁的自重以及荷載狀況，對其結構設計的高安全性予以保證。同時在設計的過程中要進行實地的考察，對于施工地區的環境以及地質環境與自然環境都要充分的考慮，同時要清楚設計結構在實地環境中所處的位置，以此根據實地考察的情況設計出合理的結構形式。最后在設計過程中也應該考慮到橋梁的美觀情況，以此確保公路橋梁能夠與周邊環境融為一體，并且在設計過程中也應該確立綠色、環保、節能的設計理念，這樣才能夠更加符合現今社會審美的設計方式，設計出更好的現代化公路橋梁。

（二）公路橋梁設計應遵循的基本原則

1、設計人員必須實地考察，設計方案要充分考慮到環境，地形，當地風俗等外部影響因素，確保設計圖紙科學合理性。2、隨著經濟水平的不斷提高，私家車越來越多，公路橋梁的負荷也就越來越重，設計中應充分考慮到這些因素，保證公路橋梁結構堅固。3、在設計前，應該參考相關部門出具的地質勘查結果，對當地的地理狀況充分了解，方方面考慮到勘查結果中可能會導致的施工風險，設計時合理解決，降低風險。4、結構上的功能得到保證了，人們的審美觀也要予以考慮。試想，公路橋梁作為城市的一道風景，如果看起來讓人感覺非常不舒服，在后期的驗收中也會大打折扣，我們本著節能，環保的設計理念，也要適當加入一些美的因素，讓人們得到視覺上的享受。

二、公路路線設計的一體化

（一）設計環境一體化

1、在調研路線環境時實現一體化，公路路線的設計不僅只考慮現階段道路所處的環境情況，還要對過去的環境進行調查，同時還要考慮到未來路線的規劃，即設計公路路線在時間上要實現一體化。2、如今公路路線設計都是運用先進的計算機技術，其設計環境更加科學快速，但是應注意在設計平臺上要實現一體化的功能，即道路平面、橫斷面、縱斷面3個設計窗口要實現交互功能，相互關聯受到其他設計窗口的影響，例如在平面上改變一個參數，在橫斷面和縱斷面上要相應地發生改變。但其設計內容又是獨立的，如：繪圖區域和窗口圖形比例不會因交互進行的視窗操作而受到影響。

（二）一體化設計功能的開發與利用

1、交替設計。設計人員隨意切換某個視窗， 并在視窗中進行相應的設計，比如在平面設計過程中，隨時切換至縱斷面的視窗從事拉坡設計。 這樣一來，能很好的滿足路線設計要求，即完成其中一個方面的調整或修改后，能實現對其它兩個方面的相應修改。2、關聯設計。是指采用視窗關聯方法， 實現在作一種設計時能同時考慮到其它的不同方面， 例如對平面視窗顯示結果的線位作調整時，縱斷面視窗相對應的內容能立即作出相應的變化，使地面線滿足這種調整的要求，并在完成這種調整之后，使橫斷面對應透視圖同樣實施調整和設計。3、信息查詢。根據圖形顯示及信息查詢， 為交互操作是否合理的判斷提供依據，進而保證方案調整的合理性與針對性。以上功能的開發和實現先從三個不同的方面實施， 再通過對實體與命令的關聯，根據豐富的可用信息，對三個不同的方面進行緊密結合，進而達到一體化設計目標。 在實際的開發進程中，需要借助響應器及通知技術。 其中，響應器能對路線設計中的所有事件進行觀察與實時監視。 通知技術是指在創建實體的過程中，向所建實體中附加響應器，然后在相應的成員變量當中對其它實體 ID 進行記錄，以此使不同實體實現關聯。 如果設計人員修改了其中一個已經完成響應器附加過程的實體，則會立即作出響應。 響應后的響應器對實體 ID 進行讀取，將實體打開，執行預設各項操作。 比如，在平面交互設計過程中，可在建立平面線元這一實體的基礎上，采用響應器附加的方法和縱斷面視圖顯示的地面線實現關聯， 設計人員對平面視圖其中一個線元進行修改時，響應器動作，使縱斷面視圖自動完成重新插值會點繪。

三、公路路線設計的可視化

（一）三維場景建模

三維建模可以從以下幾個環節來實現：1、從線到面建模。將公路前后橫斷面的坡腳點相互連接起來，在路線變化處（橋梁和隧道）進行閉合，將道路分成若干段，這樣道路平面大樣圖就實現了。2、從面到立體建模。將公路平面大樣圖和道路高程數據結合起來，通過Delaunay三角化算法的應用，使面到三維立體的建模得以實現。3、優化裁剪地形。大致模型建立起來后，還要進行優化裁剪，對于一些變化點如變坡點和曲線交點進行裁剪，增加道路路線的可視化。4、模型拼合。按照上述步驟建立整體三維模型，并通過道路模型與裁剪后的地形直接拼合而成，能構建完成較好的立體效果圖。但是，在實際的設計過程中因為設計路線中一些因素不斷發生變化，會一定程度上影響建模，這就需要建立相應的處理預案，建立方程是處理這種動態模型最好的方案。

（二）圖形的繪制及動態顯示

以實體具有屬性為依據，對紋理圖片進行分類，一般可以分成以下兩類：1、自然紋理：用于現狀的景物，借助數字攝影得到實體的正射影像，再將其視作一種紋理，最后通過映射形成在模型當中;2、虛擬紋理：用于虛擬的景物，不僅能使用實物的現場照片，也可利用工具軟件進行加工后獲得。完成以上步驟后，通過OpenGL能對道路場景進行動態瀏覽，也就是利用軟硬件實時提供多種顏色緩存，其中每一種顏色緩存都是完整的，當其中一個動態顯示時，另外一個可以進行繪圖。待繪好一幀圖后，緩存開始交換，當中用于顯示的幀的緩存轉為繪圖，而用于繪圖的則轉為顯示，以此達到預期的三維動畫效果。

四、結語

公路路線的設計不僅要滿足道路基本的通行要求，還應結合當地的經濟情況和周圍環境，同時考慮道路長期的規劃和安全性能，在盡可能滿足當地現階段交通量的同時還應減少對周圍環境的影響，將未來的規劃路線納入其中并盡量起到促進作用。

參考文獻：

[1]蒲浩.道路三維場景的實時動態顯示技術[J].交通運輸工程學報，2015（1）.

[2]潘兵宏.公路三維建模應用研究[J].西安公路交通大學學報，2016（1）.