三维GIS与CAD集成的公路三维可视化方法

闻 平，吴小东，桂 林，王 冲

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650041）

三维GIS与CAD集成的公路三维可视化方法

闻 平1，吴小东1，桂 林1，王 冲1

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650041）

介绍了三维GIS和公路CAD数据的集成方法，制定了公路三维可视化的流程并通过程序实现，探讨了公路三维可视化在路线设计和施工进度管理方面的应用前景。

三维GIS；CAD；集成；公路三维可视化

三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系，还能对空间对象进行三维空间分析和操作[1]。CAD系统能够制作精细的三维模型，在各专业领域得到了广泛的应用，可以将CAD系统制作的精细三维模型和线路数据作为三维GIS的一个重要数据源。利用GIS与CAD相结合的技术，将公路设计三维可视化，不仅能实现设计方案的真实再现，还能对公路的施工过程、各种图片文字资料进行存储管理。

1 三维GIS与CAD数据的集成

三维GIS与CAD数据的集成是把公路设计、施工过程中的地形数据、线路数据、模型数据、属性数据及其他相关数据统一进行管理和表达。公路设计产生的数据主要有路线纵、横断面设计成果及公路三维模型（包括桥梁、桥墩、隧道、路基等）。

2 公路三维可视化

公路三维可视化流程主要分为5个步骤：源数据获取与处理、三维地形建模、线路导入、模型导入与定位、地形融合，如图1所示。

图1 公路三维可视化流程图

1）线路导入。主要是将CAD设计的线路分为桥梁、路基和隧道3部分分别导入，而且线必须为三维多段线，带有高程信息，如图2所示，黄色部分为桥梁，红色部分为路基。

图2 线路分段导入三维场景的效果图

2）模型导入、定位。通过程序自动实现桥梁、桥墩、隧道、路基等模型的批量放置与定位，放置后整条道路的模型效果如图3所示。

图3 模型放置完毕的道路效果图

简易代码如下：

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

x1 = toCalcPoints[i].X;

在此本文使用“一带一路”国家东道国交通服务占商业服务出口比例、安全互联网服务器(每百万人)和通电率占人口的百分比替代原来的数据来表示东道国的基础设施建设情况以检验结果的稳健性。本文使用GMM方法对式(3)和式(4)进行了回归估计。鉴于篇幅，笔者在此不再将详细的回归结果列出。根据结果，相关解释变量除了数值和显著性有所不同以外，回归系数的预期符号完全一致，表明前文的计量结果是稳健的。

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。经过以上步骤后，局部存在模型跟地形没法很好地融合的情况，必须要有一定的地形开挖，如图4所示。通过设置相应的参数，如图5所示，程序自动根据设置的参数对地形进行开挖，同时对排水沟、挡墙、护坡等自动进行参数化建模并贴上相应的纹理，如图6所示。

图4 需要开挖的地形

图5 参数设置对话框

图6 开挖后效果图

3 应 用

根据以上分析，公路三维可视化可以应用在工程建设中的多个方面。

1）路线辅助设计。将公路三维可视化技术贯彻路线设计全过程，实现二维与三维相结合。每次线路方案调整后，能够立即根据调整后的成果数据实时呈现三维仿真效果，再辅以飞行浏览功能，能显著提高设计质量和效率。

2）空间数据分析、汇总。可以利用三维GIS提供的位置查询、坡度计算、填挖方计算、缓冲区分析等，方便地实现CAD中无法实现的空间数据分析、汇总功能。

3）施工进度查询、监控。由于模型是按照施工单元来划分的，因此可以方便地根据施工作业单位填报的工程进度，将施工过程实时地展现在三维场景中，同时再辅以现场摄像头等监控视频对比，方便查看施工实时进度情况。

4）设计施工信息管理一体化。可以将每一个模型设计图纸以及施工过程中产生的变更或其他信息跟模型关联起来进行统一管理，方便及时查阅相关信息、资料或图纸等成果[5-7]。

5）根据用户的不同需求，还可开发出各项专题应用。

4 结 语

本文研究了三维GIS及公路CAD数据的集成方法，实现了公路三维可视化，通过三维GIS技术和CAD技术的集成，能够提高公路设计水平和设计效率，降低设计成本，从而有效地服务于公路路线设计和施工进度管理。

[1] 肖乐斌,钟耳顺,刘纪远,等．三维GIS的基本问题探讨[J]．中国图像图形学报,2001,6(9)： 842-848

[2] 朱庆,吴波,钟正． 三维GIS与公路CAD的集成[J]．中国公路学报,2006,19(4)：1-6

[3] 朱庆,林晖． 数码城市GIS[M]．武汉：武汉大学出版社,2004

[4] 张社荣,顾岩,张宗亮．水利水电行业中应用三维设计的探讨[J]．水利发电学报,2008,27(3)：65-70

[5] 吴波,龚德俊． 公路工程图文与资料管理系统[J]．长安大学学报：自然科学版,2004,24(4)：31-35

[6] 周健．基于GPS/GIS/GSM的公路隧道运营管理系统研究[J]．中国公路学报,2004．17( 3)：112-116

[7] 张映雪,黄利芒． GIS技术在公路建设管理中的应用研究[J]．中国公路学报,2004,17(1)：90-93

P208

B

1672-4623（2016）04-0056-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.018

闻平，硕士，高级工程师，主要从事测绘新技术开发及3S技术应用工作

2015-03-03。

项目来源：云南省科技资助项目（2013ZB006）。