华明工程技术有限公司天津分公司 天津市 300190
摘要：如今，随着我国经济的快速发展，我国公路建设不仅在数量上还是在规模上都取了巨大成就，随着县乡公路基础设施建设不断增加，我国公路设计和建设技术已基本成熟并不断创新。截至2015年，全国公路里程已经突破500×104km，其中公路路线设计的合理性直接决定了公路建设水平。公路路线不是一个平面而是一个三维实体，在设计时应该从平、纵、横三个维度同时来考虑其设计的合理性，不能分开设计，最终实现公路路线设计的一体化和可视化。论文将结合工程实践与数据分析就公路路线设计一体化和可视化技术做出分析，希望对今后的公路设计研究提供参考。
关键词：公路路线设计；一体化；可视化技术；应用
引言
如今，在公路路线设计中可以使用的软件工具有很多，但都属于二维设计，而路线是一个三维实体，采用二维的方法不仅难以满足实际要求，而且还会为实际工作造成一定不便。因此，提出一体化设计和可视化设计思想，通过各项先进技术的引入和应用，使路线设计实现三维化、动态化。
1公路路线一体化设计
1.1数字地面模型（DTM）
在当前的公路工程路线设计中，数字地面模型（DTM）是一种比较常见的一体化设计技术，数字地面模型（DTM）的构建和应用基础是计算机三维立体技术。在数字地面模型（DTM）的应用中，可采用数字化技术进行公路工程路线设计，由于在公路工程路线设计中需综合考虑平、纵、横三个方面，因此，在应用数字化设计方式时，也必须综合考虑上述三个变量，一般可采用坐标系中的x，y，z来表示，然后再应用固定的计算模型进行分析，构建公路工程立体化模型，保证公路工程路线设计的科学性和可靠性。在公路工程路线设计中，数字地面模型（DTM）的应用优势主要体现在以下几点：第一，操作方式便捷。在以往的公路工程路线设计中，设计人员需要到公路建设现场进行实地勘察，而通过应用数字地面模型（DTM），在公路路线设计中，只需要应用计算机网络即可，无需进行定点勘察，能够减少公路工程路线设计劳动量，加快公路工程设计工作进度，进而加快公路工程项目建设。第二，准确性高。在数字地面模型（DTM）的应用中，只需通过计算机操作即可，能够合理规避项目建设现场实地测量所产生的误差，比如施工放线测长误差，另外，在各项设计数据处理方面，通过应用计算机技术，能够有效提高数据处理准确性。
1.2设计环境一体化
所谓设计环境是指在设计道路路线时所处的设计交互平台，现阶段的设计环境应该从以下几个方面实现一体化：1）在调研路线环境时实现一体化，公路路线的设计不仅只考虑现阶段道路所处的环境情况，还要对过去的环境进行调查，同时还要考虑到未来路线的规划，即设计公路路线在时间上要实现一体化，如图1所示。2）如今公路路线设计都是运用先进的计算机技术，其设计环境更加科学快速，但是应注意在设计平台上要实现一体化的功能，即道路平面、横断面、纵断面3个设计窗口要实现交互功能，相互关联受到其他设计窗口的影响，例如在平面上改变一个参数，在横断面和纵断面上要相应地发生改变。但其设计内容又是独立的，即一个窗口图形比例及绘图区域是独立的，不会因为在一个视窗内的交互操作影响到另一个视窗内的图形，如图1所示。
.png)
图1设计环境一体化
2公路路线设计的可视化
2.1三维场景建模
实现公路路线设计的可视化第一步需要做的是三维场景建模，三维建模的好处在于其能将各个维度的数据运用公式关联起来。三维建模可以从以下几个环节来实现：1）从线到面建模。将公路前后横断面的坡脚点相互连接起来，在路线变化处（桥梁和隧道）进行闭合，将道路分成若干段，这样道路平面大样图就实现了。2）从面到立体建模。将公路平面大样图和道路高程数据结合起来，应用Delaunay三角化算法实现从面到三维立体的建模。3）优化裁剪地形。大致模型建立起来后，还要进行优化裁剪，对于一些变化点如变坡点和曲线交点进行裁剪，增加道路路线的可视化。4）拼合模型。将道路模型与裁剪后的地形直接拼合成整体模型。公路路线三维场景建模如果按照上述步骤来建立，就能实现一个很好的立体效果图，但是，在实际的设计过程中因为设计路线一些因素是不断变化的，会对建模产生一定的影响，这就需要建立相应的处理预案，建立方程是处理这种动态模型最好的方案。
2.2真实感图形绘制和动态显示
在对公路工程路线进行三维可视化设计时，需要注意做好真实感图形的绘制工作，并进行动态化显示，在真实感图形的绘制过程中，应注意为操作人员营造良好的真实感受。在公路工程路线三维可视化设计过程中，图形绘制是控制公路工程设计质量的重要标准。在动态显示过程中，应严格遵循“动态”原则，如果只能够在规定的时间内显示设计内容，则不符合设计要求，不利于对公路工程路线进行科学合理的规划。对此，需要注意，在真实感图形绘制以及动态显示过程中，应根据实际发展需要以及硬性指标，采用OpenGL的双缓存技术，对公路工程的设计情况进行动态浏览，提升公路工程路线设计的可视化效果。
2.3三维模型的可视化
三维虚实场景可视化涉及到多模型的识别、分割、归并、叠加、剖切等。虚拟实体是指正在规划或设计的公路实体，可通过设计成果的数据构建；而景物实体是指外业地形、地物、地质分层、植被覆盖等，一般通过外业勘测、卫星图片来得到，也可以采用航测的正射影像或倾斜影像构建的模型获取。需要将两者有效连接，运用道路模型和地面模型拼合成整体模型。实践运用中，利用计算机虚拟现实与仿真技术，直接利用道路几何设计的基础数据和地形数据，构建准确的地面、道路以及桥隧等的三维实体模型，再利用卫星或者航空数字影像进行贴模、拼合处理后，营造出公路虚拟现实场景，可实现驾驶、飞行、行走等游历仿真，从而实现可视化。
3公路路线设计的一体化与可视化应用
构建数字化地面模型在公路外业勘测阶段，利用无人机对沿线测量带状地形图，通过利用倾斜影响构建实景模型。在内业阶段，首要利用道路软件纬地道路对地形图的等高线、高程点三维高程信息进行识别读取，构建高精度数字化三维地面模型。
3.2公路路线平面、纵断面、横断面设计
利用纬地道路软件在地形图上根据按照“地形选线、地物选线、地质选线、安全选线、环保选线”的原则，进行初次公路路线设计，然后进行根据地质条件、构造物的控制高初次拟定纵断面，最后进行超高、边坡坡率设计，进行横断面带帽子设计，得出总体的工程数量和工程规模。
3.3公路平面、纵断面、横断面组合设计的合理性
根据初步得出的总体工程规模、平纵横组合设计的合理性、方案的实施难易程度、与环境的协调等综合判断路线方案优化的方向及位置。
3.4利用一体化及可视化技术进行公路路线优化
根据拟定的总体设计原则、路线优化的方向及位置，利用纬地道路三维互通设计功能，对平面进行优化调整，对平面线位明显走高挖方过大或明显走低填高过大段落适当的调整，减小填挖高度，调整平面的时候可以在纵断面窗口查看调整后平面对应的纵地面线，实时动态查看平面调整的位置是否到位，可以在横断面设计窗口中查看边坡高度、支挡构造物、桥涵实施的难易程度；纵断面优化时可以在平面窗口查看附近的地物地质条件，横断面窗口查看帽子图；最后通过可视化的三维实体查看检验设计成果的合理性，检验视距和检查环境协调性。
结语
随着我国的经济发展，我国许多与公路有关的事业也随之蓬勃发展，但是这些事业发展的前提是要具有完整的公路体系。在这样的情况下，公路路线设计就显得尤为的重要。为了满足新时代下公路路线设计的需要，也为了保证公路有关事业的蓬勃发展，一体化与可视化等先进技术的引进与应用是十分紧迫的，一体化与可视化等先进技术在公路路线设计上的应用极大的提高了公路路线设计的效率，为我国公路路线设计事业注入了新的灵魂。
参考文献：
[1]徐瑞.公路路线设计的原则及注意要点探讨[J].科技创新与应用，2017（27）：100.
[2]娄峰，王绥庆.道路三维集成CAD与IBM一体化技术[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017：4.
[3]郭腾峰，刘建蓓，张明波.公路三维关联优化设计技术的研究与开发[J].公路，2017（11）：164-167.