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摘要：当前的公路路线设计还以二维设计为主，但公路却是一个复杂的三维实体，采用二维的方法设计显然是无法满足要求的，这就要求在实际的路线设计工作中借助现阶段技术研究成果，使路线设计实现一体化和可视化。
关键词：公路路线设计;一体化;可视化技术
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-01-082
引言
当前在公路设计中，大部分基于AutoCAD平台进行二维的设计模式，而公路是一个带状的三维实体，公路路线设计不仅仅是公路的几何设计，需注重平面、纵断面、横断面三者的组合设计，并同环境、用路者的感受相协调，同时路线方案是一个不断优化的过程，通过三维虚拟模型予以检验。常规的二维设计难于实现以上功能需求，因此提出基于过程的公路路线设计的一体化和可视化的研究及应用。
1公路路線设计基本原则
（1）比选原则：路线设计具有很高的复杂性、技术性和综合性，即便设计人员在主观上有良好设想，但也无法避免路线存在问题，而发现优劣的最有效的途径即为比较选择。路线设计中的所有阶段都要引入先进技术对方案实施细致的对比分析，最后根据对比分析的结果选择出最佳的路线方案。
（2）安全原则：路线设计应能保证在正常使用时不会造成太大破坏。对公路有影响的因素有很多，对软土、滑坡和崩塌需要引起高度重视。为保证公路的安全性，在路线设计过程中需要避让这些路段，并缩小穿越的具体范围，同时辅以有效的工程措施。
（3）均衡原则：公路工程造价会因为功能及技术指标的改变而明显变化。比如，为使线形达到良好，部分地段需要占用更多的农田，或纵坡的坡度确定的很小，导致填挖方数量明显增加。对此，在路线设计中，要在功能、指标和造价中找到一个平衡点，确保两个方面能够达到统一。在不同时期，人员往往有不同观念，目前绝大多数人员都认为需要在设计工作中做好环境保护。
2公路路线设计中一体化技术的应用
数字地面模型实现了科技的创新，在公路路线设计具有良好的应用价值，这一环节离不开计算机技术的支持。在公路路线设计中，三维数字地形图和地面模型等的合理化应用，使得数字地面模型的准确度较高，野外测绘及公路设计中不利因素所造成的不良影响也能够得到一定程度上的缓解。将数字地面模型合理应用于公路路线设计中，主要是通过数字形式来描述地形模式与状况，取样之后获得相关数据，开展准确计算和优化设计，以数据组合的方式来理解数字地面模型，保证组织结构的科学性和有效性，空间分布状况以及地形特征也得以通过数据来进行把握。应用数字地面模型一体化设计对公路路线设计进行优化的过程中，需要重视设计人员专业素质与业务能力的提升，对数字化形式加以合理应用。在实际设计过程中，要结合地面数字模型的实际情况，合理选定公路路线，基于模型特征出发，把握公路路线分布情况，用模型加以展示。在公路路线设计过程中，需要结合数字地面模型的具体特征，优化选择路线，为公路路线设计工作的顺利开展提供支持。以地面数字模型为支持，对公路路线设计方案进行选择，在对比分析的基础上，以相关软件系统为支持，优化公路路线设计方案，保证方案的可行性与有效性。应当注意的是，在这一环节需要合理判断最初的公路路线设计方案。作图软件的应用能够为公路路线设计方案的优化提供支持，比如CAD等都具有良好的应用价值，通过方案优化处理，置于坐标系中，保证插值设计的合理性，有效控制地面线等，保证地面线横、纵断面设计的准确性与可靠性。最后观察路线图与模型图的具体情况，消除二者之间的重合部分，优化处理剩余画面，采取合理的方式进行渲染，三维模型的真实性与可靠性也就能够得到保证，公路路线设计一体化目标也得以顺利实现。
3公路路线设计中可视化技术的应用
可视化设计是指根据二维设计成果使路线设计实现可视化，在最近几年，许多专家和学者相继开始探究公路整体三维显示及动画的设计和制作，已经给出了一条思路，采用AutoCAD通过编程生成公路整体三维模型，再借助处理软件进行公路动画的设计和制作。该方法看起来很简单，但在实际过程中且有许多问题，包括：公路三维场景包含很多且十分复杂的数据，以上操作过程要耗费大量时间和空间，只能在成果的浏览和分析过程中使用，并不能在具体设计工作中发挥作用;得到公路整体动画以后，只能按照已经设定好的路径来浏览，并不能进行修改，这使得设计人员和决策人员都十分被动，没有主动权。对于这些问题，目前提出的研究成果采用三维实时交互式仿真技术，同时以OpenGL为基础开发出新的三维平台，该平台可以对公路路线进行三维显示，而且还能实现交互式漫游。
其一，三维场景建模，公路三维场景往往十分复杂，采用一种曲面不能一次性对模型进行详细描述，对此，可将分割和归并充分结合到一起，将整个三维实体分为两类，分别为现状和虚拟景物。其中，现状景物即为现实中现有景物实体，比较典型的是地形与地物;虚拟景物即为规划设计中的实体，常见的有路基、桥梁、涵洞及隧道，以子实体自身具有的特点为依据，对三维造型具体途径实施分析与研究，能对不同子实体实施拼合，最终得到完整整体。为了做到无缝拼接，可借助下列计算方式：先计算出拼合的交线，连接各个坡脚点，并在桥梁和隧道等的起终点上进行断面封闭，得到若干闭合环;然后将交线嵌入到DTM中;再于完成交线嵌入的DTM区域中植入所谓的“病毒”，使“病毒”开始吞噬每一个三角形;最后通过对模型与地形的拼合即可得到整体模型。
其二，模型简化，利用上述方法创建的模型存在很大复杂性，如果未能处理，则设计要等待较长的时间才能浏览相应的三维效果。为了对目标进行实时浏览，需要对模型进行简化，加快计算工作效率，并减少存储空间。具体的简化可以从以下几方面入手进行：首先，根据地形特征来简化，比如，当地形比较平坦时，减少面片数，而当地形比较复杂时，增加面片数。其次，对视见体进行截取，尽管公路场景很大也很复杂，但可见的范围却是优先的，以指定的视点为依据，对视野范围内存在的场景实施描述就可以，对于判别方法，以包围球法为主;最后，在细节层次技术支持下，结合人体视觉各项特点，对视野中各类景物从多个层次入手给出描述，对与视点距离较近的采用密细节描述方法，而对与视点距离较远的采用粗细节描述。在这种情况下，利用网格技术，可提出基于边折叠的简化算法，这一算法的基本步骤是：先结合地形特征建立边折叠结合，同时对原始网格进行简化，形成基网格;然后在操作集合支持下获得合并树;再以视点位置及方向等为依据，并充分结合准则进行边折叠，在条件允许的情况下，还可实现点分裂。在完成上述操作后，就能在层次结构中找出当前细节层状技术网格。
结语
传统公路线路设计方法因不能实景模拟公路实际运行情况及未来应用中复杂的交通状况，无法规避风险，一体化、可视化技术是公路工程发展的趋势。公路工程路线设计不仅要考虑公路自身的状况，还要结合当地环境及经济等因素进行综合考察。使用一体化、可视化技术不仅可以满足以上要求，还可以规避传统公路工程路线设计中的弊端，达到高效率、高水平、高质量、低成本的效果。
参考文献
[1]杨洁.公路路线设计的一体化与可视化[J].工程建设与设计，2019（1）：120-122.
[2]郭家芳.公路路线设计的一体化与可视化技术研究及应用[J].科技创新与应用，2020（6）：179-180.
[3]邓雍.公路路线设计的一体化与可视化[J].黑龙江交通科技，2019，42（9）：29-30.
苏交科集团股份有限公司新疆分院 新疆 乌鲁木齐 830000
关键词：公路路线设计;一体化;可视化技术
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-01-082
引言
当前在公路设计中，大部分基于AutoCAD平台进行二维的设计模式，而公路是一个带状的三维实体，公路路线设计不仅仅是公路的几何设计，需注重平面、纵断面、横断面三者的组合设计，并同环境、用路者的感受相协调，同时路线方案是一个不断优化的过程，通过三维虚拟模型予以检验。常规的二维设计难于实现以上功能需求，因此提出基于过程的公路路线设计的一体化和可视化的研究及应用。
1公路路線设计基本原则
（1）比选原则：路线设计具有很高的复杂性、技术性和综合性，即便设计人员在主观上有良好设想，但也无法避免路线存在问题，而发现优劣的最有效的途径即为比较选择。路线设计中的所有阶段都要引入先进技术对方案实施细致的对比分析，最后根据对比分析的结果选择出最佳的路线方案。
（2）安全原则：路线设计应能保证在正常使用时不会造成太大破坏。对公路有影响的因素有很多，对软土、滑坡和崩塌需要引起高度重视。为保证公路的安全性，在路线设计过程中需要避让这些路段，并缩小穿越的具体范围，同时辅以有效的工程措施。
（3）均衡原则：公路工程造价会因为功能及技术指标的改变而明显变化。比如，为使线形达到良好，部分地段需要占用更多的农田，或纵坡的坡度确定的很小，导致填挖方数量明显增加。对此，在路线设计中，要在功能、指标和造价中找到一个平衡点，确保两个方面能够达到统一。在不同时期，人员往往有不同观念，目前绝大多数人员都认为需要在设计工作中做好环境保护。
2公路路线设计中一体化技术的应用
数字地面模型实现了科技的创新，在公路路线设计具有良好的应用价值，这一环节离不开计算机技术的支持。在公路路线设计中，三维数字地形图和地面模型等的合理化应用，使得数字地面模型的准确度较高，野外测绘及公路设计中不利因素所造成的不良影响也能够得到一定程度上的缓解。将数字地面模型合理应用于公路路线设计中，主要是通过数字形式来描述地形模式与状况，取样之后获得相关数据，开展准确计算和优化设计，以数据组合的方式来理解数字地面模型，保证组织结构的科学性和有效性，空间分布状况以及地形特征也得以通过数据来进行把握。应用数字地面模型一体化设计对公路路线设计进行优化的过程中，需要重视设计人员专业素质与业务能力的提升，对数字化形式加以合理应用。在实际设计过程中，要结合地面数字模型的实际情况，合理选定公路路线，基于模型特征出发，把握公路路线分布情况，用模型加以展示。在公路路线设计过程中，需要结合数字地面模型的具体特征，优化选择路线，为公路路线设计工作的顺利开展提供支持。以地面数字模型为支持，对公路路线设计方案进行选择，在对比分析的基础上，以相关软件系统为支持，优化公路路线设计方案，保证方案的可行性与有效性。应当注意的是，在这一环节需要合理判断最初的公路路线设计方案。作图软件的应用能够为公路路线设计方案的优化提供支持，比如CAD等都具有良好的应用价值，通过方案优化处理，置于坐标系中，保证插值设计的合理性，有效控制地面线等，保证地面线横、纵断面设计的准确性与可靠性。最后观察路线图与模型图的具体情况，消除二者之间的重合部分，优化处理剩余画面，采取合理的方式进行渲染，三维模型的真实性与可靠性也就能够得到保证，公路路线设计一体化目标也得以顺利实现。
3公路路线设计中可视化技术的应用
可视化设计是指根据二维设计成果使路线设计实现可视化，在最近几年，许多专家和学者相继开始探究公路整体三维显示及动画的设计和制作，已经给出了一条思路，采用AutoCAD通过编程生成公路整体三维模型，再借助处理软件进行公路动画的设计和制作。该方法看起来很简单，但在实际过程中且有许多问题，包括：公路三维场景包含很多且十分复杂的数据，以上操作过程要耗费大量时间和空间，只能在成果的浏览和分析过程中使用，并不能在具体设计工作中发挥作用;得到公路整体动画以后，只能按照已经设定好的路径来浏览，并不能进行修改，这使得设计人员和决策人员都十分被动，没有主动权。对于这些问题，目前提出的研究成果采用三维实时交互式仿真技术，同时以OpenGL为基础开发出新的三维平台，该平台可以对公路路线进行三维显示，而且还能实现交互式漫游。
其一，三维场景建模，公路三维场景往往十分复杂，采用一种曲面不能一次性对模型进行详细描述，对此，可将分割和归并充分结合到一起，将整个三维实体分为两类，分别为现状和虚拟景物。其中，现状景物即为现实中现有景物实体，比较典型的是地形与地物;虚拟景物即为规划设计中的实体，常见的有路基、桥梁、涵洞及隧道，以子实体自身具有的特点为依据，对三维造型具体途径实施分析与研究，能对不同子实体实施拼合，最终得到完整整体。为了做到无缝拼接，可借助下列计算方式：先计算出拼合的交线，连接各个坡脚点，并在桥梁和隧道等的起终点上进行断面封闭，得到若干闭合环;然后将交线嵌入到DTM中;再于完成交线嵌入的DTM区域中植入所谓的“病毒”，使“病毒”开始吞噬每一个三角形;最后通过对模型与地形的拼合即可得到整体模型。
其二，模型简化，利用上述方法创建的模型存在很大复杂性，如果未能处理，则设计要等待较长的时间才能浏览相应的三维效果。为了对目标进行实时浏览，需要对模型进行简化，加快计算工作效率，并减少存储空间。具体的简化可以从以下几方面入手进行：首先，根据地形特征来简化，比如，当地形比较平坦时，减少面片数，而当地形比较复杂时，增加面片数。其次，对视见体进行截取，尽管公路场景很大也很复杂，但可见的范围却是优先的，以指定的视点为依据，对视野范围内存在的场景实施描述就可以，对于判别方法，以包围球法为主;最后，在细节层次技术支持下，结合人体视觉各项特点，对视野中各类景物从多个层次入手给出描述，对与视点距离较近的采用密细节描述方法，而对与视点距离较远的采用粗细节描述。在这种情况下，利用网格技术，可提出基于边折叠的简化算法，这一算法的基本步骤是：先结合地形特征建立边折叠结合，同时对原始网格进行简化，形成基网格;然后在操作集合支持下获得合并树;再以视点位置及方向等为依据，并充分结合准则进行边折叠，在条件允许的情况下，还可实现点分裂。在完成上述操作后，就能在层次结构中找出当前细节层状技术网格。
结语
传统公路线路设计方法因不能实景模拟公路实际运行情况及未来应用中复杂的交通状况，无法规避风险，一体化、可视化技术是公路工程发展的趋势。公路工程路线设计不仅要考虑公路自身的状况，还要结合当地环境及经济等因素进行综合考察。使用一体化、可视化技术不仅可以满足以上要求，还可以规避传统公路工程路线设计中的弊端，达到高效率、高水平、高质量、低成本的效果。
参考文献
[1]杨洁.公路路线设计的一体化与可视化[J].工程建设与设计，2019（1）：120-122.
[2]郭家芳.公路路线设计的一体化与可视化技术研究及应用[J].科技创新与应用，2020（6）：179-180.
[3]邓雍.公路路线设计的一体化与可视化[J].黑龙江交通科技，2019，42（9）：29-30.
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