应用道路勘察新技术帮助学生加深对道路规划设计课程有关概念的理解

陈雨人 刘硕

摘要：在道路勘测设计教学过程中，平面交叉口的竖向设计以及相交道路的超高变化和过渡一直困扰大学生。为了更好地使得学生对上述问题有深刻和直观的理解，利用三维激光扫描技术对实际平面交叉口进行扫描，然后重建交叉口的模型，这样学生们对于交叉口范围的高程以及相交道路超高的变化和过渡等都有了清晰的认识，取得了理想的效果。

关键词：平面交叉口；超高；三维激光扫描；重构

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0075-02

一、概述

在道路勘测设计教学中，有关平面交叉口的竖向设计是很重要的内容，牵涉到排水，安全和舒适性等众多因素，仅仅靠课堂教学，很难让学生有直观的感受和印象，因此借助科研用的三维激光扫描车，对实际平面交叉口进行扫描，然后再进行数字重构，形成数字化的平面交叉口模型，整个过程中，学生从头到尾参与其中，取得了不错的效果。

三维车载激光扫描系统的数据采集分为全景影像数据（含6台照相机的CCD相机组，环绕四周5台，面向天顶1台）和点云数据（含3台SICK激光扫描仪的扫描仪组，垂直方向的左右各一台，水平方向面向后方的一台）。两种数据的采集可同步完成，也可只采集一种数据。扫描行车速度一般控制在40—70km/h，以保证数据的精度、密度，同时保证全景影像的质量。扫描过程中保持沿道路靠边的车道行驶，途中可短暂停车进行数据接收、存储，车辆启动后可继续之前的扫描作业，如图1。

二、了解交叉口的立面設计的细节

交叉口的立面设计主要取决于相交道路的交通量、等级、横断面等因素。相同等级道路交汇，分别维持各自纵坡，改变横坡，主要道路与次要道路交汇时，主干道的纵、横断面均维持不变，将次干道的双坡横断面过渡到与主干道的纵坡相同的单坡横断面，通过扫描的数据进行重构，使得学生不仅加深了对平面交叉口立面设计的理解，同时对于处理激光点云重构技术也是非常有价值的，这个过程如图2。

三、深入理解交叉口范围内曲线超高的变化情况

平面交叉口处于平面曲线的地方，会存在超高的变化，超高设计本来就是道路勘测设计中的难点，学生往往对于这一部分理解也比较困难，因此将交叉口范围激光扫描数据进行三维重构，着重刻画超高的变化情况，然后通过驾驶人第一视角展现给学生，可以取得不错的教学效果，一方面可以使得学生对于交叉口超高的变化有清晰的认识，同时也使得学生对三维激光扫描本身产生浓厚的兴趣，如图3所示。

四、重构交叉口三维模型

除了上面揭示交叉口设计细节的情况以外，还可以根据激光扫描所获得的点云数据重构交叉口三维模型，并进行真实感模型的制作，然后通过模拟驾驶技术使得学生可以在虚拟环境下进行驾驶体验，可以进一步帮助学生体会交叉口的设计情况。

五、结语

《道路几何规划与设计》是一门实践性非常强的课程，必须和实际工程项目紧密联系起来，才能使得学生既灵活又深刻地掌握有关知识。应用包括三维激光扫描在内的道路勘察新技术帮助学生理解有关概念，形成良好的专业素养是非常有必要的，也是完全可行的。除此以外，虚拟现实技术、增强现实技术和数字孪生等都可以帮助学生加深理解和体会，也是在有关道路勘测与规划相关课程教学中可以不断探索不断完善的话题。

参考文献：

[1]Lemmens M.Terrestrial Laser Scanning[M]//Geo-information.Springer Netherlands，2011：101-121.

[2]李德仁，郭晟，胡庆武.基于3S集成技术的LD2000系列移动道路测量系统及其应用[J].测绘学报，2008，37（3）：272-276

[3]李明辉，田雪冬，胡维强.基于车载三维激光扫描的道路线提取研究[J].测绘与空间地理信息，2014，（4）：118-121，124.