高速公路三位形象进度管理系统研究报告

1、广东省交通厅科技项目项目编号：2005-18 交通编号：密 级：内部 单位编号： 分 类 号：高速公路三维形象进度管理系统研 究 报 告广东云梧高速公路有限公司长沙理工大学公路CAD研究所长沙华科工程系统信息技术公司2006年9月项目研究报告辑要中文题名高速公路三维形象进度管理系统英文题名交通编号项目来源广东省交通厅科技项目单位编号合 同 号分 类 号项目起止年限2005年11月2009年5月第一完成单位广东云梧高速公路有限公司密 级内 部项 目负责人林才奎报 告撰写人林才奎、方建勤龚德俊龚德俊、伍岳项目主要参 加 人广东云梧高速公路有限公司林才奎、方建勤长沙理工大学公路CAD研究所龚德俊长沙

2、华科工程系统信息技术公司龚德俊、伍友良、伍岳、曾建科主 题 词三维进度、高速公路、进度管理关 键 词工程对象、进度浏览、进度报送、三维漫游、多媒体动画报告摘要：1、本系统的目标是建立一个集三维漫游、三维进度显示、三维进度管理与查询、多媒体动画及三维模型的观察和显示等功能为一体的公路三维进度管理系统。在系统的开发过程中，始终体现面向用户、面向工程的思想，并尽可能的反映有关最新科研成果和计算机技术的发展水平，追求系统的实用性、先进性，以满足工程实际应用的需要。2、对数据量无限制的海量数据的带状三角网快速整体建模程序进行了较深入的研究，提出了带状三角网快速整体建模程序的算法和方法。分别应用坐标变换技

3、术、背面消隐技术、纹理映射技术、三维选择技术、大规模图形LOD技术(基于视点的细节层次控制技术)进行开发研究，具体成果体现如下：(1)完成了对数据量无限制的海量数据的带状三角网快速整体建模程序，并高效、完善的对地物、地形断裂线进行TIN的网形调整，数模内插精度高，构网速度达到了国际同类软件的先进水平。（2）三维系统开放的数据接口，使系统能够接受目前常见的各种数据源，并且易于扩展，实用性强。（3）根据公路平、纵、横、设计资料建立公路表面模型。具体做法是根据定义的路基标准横断面逐桩进行“戴帽子”设计，再由两相邻横断面设计线构建面模型，然后再将公路设计面模型与地表面模型-即数字地面模型进行交接拼合以

4、得到组合面模型。（4）开发了针对海量数据的三维引擎系统，解决了大场景模型显示和操作的技术难点。（5）三维引擎系统利用深度缓冲区（Z-Buffer）来实现图像空间中的消隐，利用纹理映射原理还原真实感图形。（6）基于数据库，完成了功能强大的、灵活的图形与数据的双向动态平衡的三维交互系统，三维模型的选择、360度全方位浏览、三维位置的快速跳转，不仅满足工程建设管理的需要，而且为使用者提供了方便快捷的操作方式。（7）带地面景观的三维道路工程模型快速、准确、客观的反映道路修建后的真实情况。（8）基于互联网的分布式数据采集解决了高速公路因工程建设地域性广阔而难以采集数据的难点，使系统能得到较好的应用。（9

5、）数据更新方式灵活，整体的、局部的数据更新。可以对不同的对象或标段调用不同时期的进度。(10) 历史进度调度功能。为了方便用户查询过往进度，系统提供了历史进度数据载入功能。可以查询以往的进度数据并在三维仿真系统中以图形的形式表现出来。(11) 系统的网上维护和更新。为了更好和便捷的维护系统，本系统提供了网上更新的功能。当我们对系统进行更新或升级时，用户只要点击更新便能获取最新的数据库和程序。(12) 为了保障数据的安全，本系统提供了用户及权限管理。每个合同段都有自己用户和密码，每个标段都只能录入和看到自己标段的进度数据。(13) 系统为用户提供了简捷明了的录入界面和帮助系统，用户基本不需任何培

6、训，通过系统界面基本就能掌握数据的录入。结合系统帮助用户能在短时间内准确无误的掌握进度数据的录入方法。(14) 灵活的自定义信息录入。系统管理者可以根据需要，定制输入信息。并对录入的信息进行查询。例如，系统本身没有提供让各个标段进行进隧道进度的文字报告功能（假设）。管理者只需通过表单设计器添加该项内容，用户通过互联网录入数据时就会要求用户录入该信息。系统提供了该信息录入的界面，并能在信息查询时显示用户录入的该信息。(15) 用户权限管理功能，系统用户可以针对各个标段对用户的权限进行限制。（16）所见即所得的智能表单设计，用户可通过智能表单设计器对用户的输入界面进行定义。(17) 由于本系统对公

7、路设计的成果通过全三维的形式表现出来，对公路设计选线方面有一定的参考价值。3、首次将工程进度通过虚拟现实技术进行三维表现，同时将各种图文资料和数据与三维工程对象关联。4、本系统是基于OpenGL、先进的游戏技术、专业图形显卡和WEB技术的项目建设进度管理的三维可视化解决方案，用户可以在任何时间、任何地点通过浏览器来查看报表、通过三维引擎查看各工程对象的三维进度。5、系统严格遵循主流数据仓库理论规范。在经典的二维形象进度方面，完全覆盖国内同类产品。在三维进度方面，属于国际先进水平，是唯一一套能同时提供完整二维形象进度和三维形象进度的综合平台。6、研究成果突出了在广梧高速公路建设中的实用性，相关技

8、术已在广东云梧等高速公路工程中推广应用。目 录一、引言 11、系统研究目标及结构组成12、系统主要研究成果2二、系统研究目的意义 5三、国内外研究概况 7四、系统总体设计 131、系统目标及总体结构132、系统开发技术标准173、系统开发环境174、数据组织18五、课题工作进展及主要创新点191、课题研究工作进展 192、解决的关键技术 193、主要创新点 20六、系统功能及特点221、三维漫游 222、三维进度显示 223、三维进度管理与查询 22七、系统的测试与工程检测 241、模块测试242、整体测试243、工程测试24八、系统的经济、社会效益及推广应用前景 25九、结束语 26十、合作

9、者 30十一、致谢 31十二、附件 32十三、参考文献 3333 / 41文档可自由编辑打印一、引言1、项目研究目标及结构组成“高速公路三维形象进度管理系统”为广东省交通厅2005年科技项目（项目编号2005-18），项目结合广梧高速公路项目建设需要，主要展开对高速公路建设新型项目管理技术的应用，并结合工程建设的需要进行研究，以提高广东高速公路建设的科技含量和提高公路建设信息化管理水平。该课题由广东云梧高速公路有限公司主持，由长沙华科工程系统信息技术公司、长沙理工大学公路CAD研究所联合组成课题组承担研究工作。具体分工为：广东云梧高速公路有限公司总体负责。负责项目申报、项目研究组织、研究大纲审

10、定、现场组织管理、项目研究经费配套、研究进度监督检查、项目成果推广应用、组织项目鉴定验收。长沙理工大学公路CAD研究所承当项目研究技术工作。提出项目研究内容、确定项目研究技术方案、制定项目研究大纲、进行项目测试分析、技术协助现场试验、撰写项目研究报告;编制相应模块开发指南；完成主持单位对项目研究委托的相关内容，协助项目成果推广应用和项目鉴定验收。长沙华科工程系统信息技术公司承当项目申报和协调工作。组织项目申报、研究大纲审定、项目研究经费配套、研究进度监督检查、项目成果推广应用和项目鉴定验收。2、项目主要研究成果(1)完成了对数据量无限制的海量数据的带状三角网快速整体建模程序，并高效、完善的对地

11、物、地形断裂线进行TIN的网形调整，数模内插精度高，构网速度达到了国际同类软件的先进水平。（2）三维系统开放的数据接口，使系统能够接受目前常见的各种数据源，并且易于扩展，实用性强。（3）根据公路平、纵、横、设计资料建立公路表面模型。具体做法是根据定义的路基标准横断面逐桩进行“戴帽子”设计，再由两相邻横断面设计线构建面模型，然后再将公路设计面模型与地表面模型-即数字地面模型进行交接拼合以得到组合面模型。（4）开发了针对海量数据的三维引擎系统，解决了大场景模型显示和操作的技术难点。（5）三维引擎系统利用深度缓冲区（Z-Buffer）来实现图像空间中的消隐，利用纹理映射原理还原真实感图形。（6）基于

12、数据库，完成了功能强大的、灵活的图形与数据的双向动态平衡的三维交互系统，三维模型的选择、360度全方位浏览、三维位置的快速跳转，不仅满足工程建设管理的需要，而且为使用者提供了方便快捷的操作方式。（7）带地面景观的三维道路工程模型快速、准确、客观的反映道路修建后的真实情况。（8）基于互联网的分布式数据采集解决了高速公路因工程建设地域性广阔而难以采集数据的难点，使系统能得到较好的应用。（9）数据更新方式灵活，整体的、局部的数据更新。可以对不同的对象或标段调用不同时期的进度。(10) 历史进度调度功能。为了方便用户查询过往进度，系统提供了历史进度数据载入功能。可以查询以往的进度数据并在三维仿真系统中

13、以图形的形式表现出来。(11) 系统的网上维护和更新。为了更好和便捷的维护系统，本系统提供了网上更新的功能。当我们对系统进行更新或升级时，用户只要点击更新便能获取最新的数据库和程序。(12) 为了保障数据的安全，本系统提供了用户及权限管理。每个合同段都有自己用户和密码，每个标段都只能录入和看到自己标段的进度数据。(13) 系统为用户提供了简捷明了的录入界面和帮助系统，用户基本不需任何培训，通过系统界面基本就能掌握数据的录入。结合系统帮助用户能在短时间内准确无误的掌握进度数据的录入方法。（14）灵活的自定义信息录入。系统管理者可以根据需要，定制输入信息。并对录入的信息进行查询。例如，系统本身没有

14、提供让各个标段进行进隧道进度的文字报告功能（假设）。管理者只需通过表单设计器添加该项内容，用户通过互联网录入数据时就会要求用户录入该信息。系统提供了该信息录入的界面，并能在信息查询时显示用户录入的该信息。(15) 用户权限管理功能，系统用户可以针对各个标段对用户的权限进行限制。（16）所见即所得的智能表单设计，用户可通过智能表单设计器对用户的输入界面进行定义。（17）由于本系统对公路设计的成果通过全三维的形式表现出来，对公路设计选线方面有一定的参考价值。二、系统研究目的意义目前，我国公路建设正处在前所未有的高速发展时期。在大规模的进行高等级公路建设中，工程管理是这项庞大的系统工程的重中之重，直

15、接关系到工程建设质量的好坏。而目前影响我国公路建设工程管理水平和效益的重要因素依然是没有突破传统的管理模式和方法，技术含量相对较低，特别是高科技含量不足，严重的制约了我国高等级公路的发展。针对当前项目建设管理技术高科技含量不足的问题，研究技术先进可靠、管理方便、简单易用的新型实用成套技术，已是一个急需解决的紧迫课题。2007年，正在施工建设的广梧高速公路二期工程针对进度管理海量的数据，为提高高速公路建设的高科技含量和项目建设管理的信息化水平，广东云梧高速公路有限公司提出了采用全三维的进度管理方案。鉴于该技术在国内为初步应用，初步审查意见明确提出要结合高速公路建设，对这一新型的进度管理模式进行专

16、题试验和研究。为了适应广东省公路建设的技术需要，提高公路建设管理的技术含量，节约工程投资，加快工程建设进度，广东云梧高速公路有限公司结合广梧高速公路建设，联合长沙华科工程系统信息技术公司、长沙理工大学公路CAD研究所，对“高速公路三维形象进度管理系统”项目进行系统开发研究。拟通过对工程实际建设过程进行试验研究，开发出一套与工程建设相结合，兼具二维形象进度和三维形象进度的综合管理平台。因此本项目研究具有重要的现实意义和实用价值，同时将产生显著的社会效益和经济效益。三、国内外研究概况随着计算机科学的发展和各种图形学、多媒体技术的不断出现，虚拟现实技术得到了广泛的应用。虚拟现实技术是二十世纪末兴起的

17、一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感技术等多个信息技术分支，人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。虚拟现实技术在虚拟世界中为我们还原、搭建我们想要表现的项目，并且营造出真实的自然环境，动态的景观如人物、车辆、树木、构造物等，项目模型本身是按照相关资料严格建立的，从外观上保证其准确性，其次再虚拟的环境中，我们的浏览是完全自由的、主动的，就像是真实的世界中一样，可以行走、奔跑、飞翔；也可以超现实的进行景点的快速定位、察看，小到微小的细节、大到宏观的鸟瞰，都可以瞬间完成，尽收眼底。我们可以用鼠标真实的触摸到模型，像现实中的一样对其移动、

18、转动。与传统计算机系统相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。由于它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术一改人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，计算机创造的环境将人们陶醉在流连忘返的工作环境之中。由于虚拟现实这种技术 “身临其境”的沉浸感；友好亲切的人机交互性；发人想像的刺激性。所以,在西方国家,这种技术早已应用在很多领域,比如:虚拟现实技术一经应用，就向人们展示了诱人的前景，因而首先受到各国军界的青睐。从90年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方面：一是虚拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库，包

19、括作战背景、战地场景、二是进行单兵模拟训练。让士兵穿上数据服，如美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器，能产生视觉控制，能处理三维实时交互图形，且有图形以外的声音和触感，不但能以正常方式操纵和控制飞行器，还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合演习，建立一个“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将”、“斗智斗勇”，实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训练。利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。 作为一门先进的人

20、机交流技术，虚拟现实技术同时逐步流行于世界范围内的各个领域，如虚拟现实建筑物的展示与参观，虚拟现实手术培训，虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术,建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，房地产开发商可以向客户提供网上虚拟看房等等。和一些发达国家相比，我国VR技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。 在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国

21、内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用于飞行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接。 浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，该系统采用了层面迭加的绘制技术和预消隐技术，实现了立体视觉，同时还提供了方便的交互工具，使整个系抗的实时

22、性和画面的真实感都达到了较高的水平。另外，他们还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。 哈尔滨工业大学计算机系已轻成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，话音和语调的向步等。 清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究，例如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验等方面都具有不少独特的方法。他们还针对室内环境水平特征丰富的特点，提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并获取物体三堆结构的新颖算法。 西安交通大学信

23、息工程研究所对虚拟现实中的关键技术立体显示技术进行了研究。他们在借鉴人类视觉特性的基础上提出了一种基于JPEG标准压缩编码新方案，并获得了较高的压缩比、信噪比以及解压速度，并且己经通过实验结果证明了这种方案的优越性。 中国科技开发院威海分院主要研究虚拟现实中视觉接口术，完成了虚拟现实中的体视图象对算法回显及软件接口。他们在硬件开发上己经完成了LCD红外立体眼镜，并且已经实现商品化。 北方工业大学CAD研究中心是我国最早开展计算机动画研究的单位之一，中国第一部完全用计算机动画技术制作的科教片相似就出自该中心。关于虚拟现实的研究已经完成了2个“863”项目，完成了体视动画的自动生成部分算法与合成软

24、件处理，完成了VR图像处理与演示系统的多媒体平台及相关的音频资料库，制作了一些相关的体视动画光盘。 另外，西北工业大学CAD/CAM研究中心、上海交通大学图像处理模式识别研究所，长沙国防科技大学计算机研究所、华东船舶工业学院计算机系、安徽大学电子工程与住处科学系等单位也进行了一些研究工作和尝试。虽然计算机技术已在我国公路建设中得到大范围的普及和推广，但计算机虚拟现实技术在公路建设过程中的应用却才刚刚起步,而将虚拟现实技术和公路建设项目管理联系到一起在国内更是少之又少。广梧高速公路河口至平台段是国家高速公路“7918”网中的第十八横广州至昆明高速公路的组成部分，同时本项目也是广东省高速公路网规划

25、中的一横惠州至（广西）梧州高速公路的一段。本项目路线为东西走向，起点位于云浮市云城区河口镇，接广梧一期高速公路，终点位于郁南县平台镇古同村，与广西苍梧至郁南高速公路相连，路线全长98.71km，经国家发展和改革委员会核定，广梧高速公路河口至平台段项目总投资73.6亿元(含按二级公路建设的长为15公里的封开连接线)。全线分为河口至双凤段和双凤至平台段，其中双凤至平台段被列入部省联合勘察设计典型示范项目，同时本项目还被列入广东省交通厅首批科技示范工程。广梧高速公路河口至平台段是国家重点公路网的组成部分，它串联了广肇高速公路、国道G324线、省道S368线、省道S352线、省道S279线，它的建设对

26、改善我省西部山区路网结构，完善我省高速公路网具有重要意义；它的建设能加强我省西部城镇与珠江三角洲的联系，加强我省与广西、云南、贵州的运输往来，促进“泛珠江三角洲”经济、社会发展具有重要意义。全线桥梁137座，长约28,000m，隧道22座，长约22,000m，桥隧比例占路线总长50以上。封开连接线长约15.0km，二级公路标准，含长约1400m的特大桥1座。 从虚拟现实演示的角度审视，这一项目具有空间跨度大，覆盖信息量大，所需灵活度高这几大特点，在表现手段上有相当的难度。 广梧高速项目的特点是道路的宽度相对于长度而言比较狭窄，利用传统的图形图像表现形式难以表达出该工程的各项技术细节，特别是演示

27、空间上的限制、浏览方式的限制都是我们在展现此工程全貌上所遇到的难题。基于此，广东云梧高速公路有限公司和长沙理工大学CAD研究所合作，在广东省交通厅的大力支持下，进行了广梧高速公路三维进度系统课题的研究开发。该课题旨在不断提高和完善原有数字地面模型与CAD系统研究成果的基础上，以满足实际工程建设为目标，建立一套以虚拟现实技术为核心，包括数字地面模型、公路三维模型、公路建设数据库等的全三维进度管理系统。四、系统总体设计本系统共分为如下几个子系统模块，由广东云梧高速公路有限公司与长沙理工大学CAD研究所共同开发。序号子 系 统 与 模 块 名 称1三维漫游2三维进度显示3三维进度管理与查询4多媒体动

28、画5三维模型的观察和显示1、系统目标及总体结构本系统的目标是建立一个集三维漫游、三维进度显示、三维进度管理与查询、多媒体动画及三维模型的观察和显示等功能为一体的公路三维进度管理系统。在系统的开发过程中，始终体现面向用户、面向工程的思想，并尽可能的反映有关最新科研成果和计算机技术的发展水平，追求系统的实用性、先进性，以满足工程实际应用的需要。（1）系统目标三维漫游·利用虚拟现实技术，结合现有的真实地形数据和高速公路完整设计资料，构建出设计完成后的“广梧”高速公路场景。·提供道路真实场景的交互与查询，用户可以选择自动式或者交互式的方式进行道路三维漫游。·对于自动式漫游

29、而言，用户只能以预设好的线路进行漫游。·交互式漫游可以利用有关知识和经验操作交互设备（如鼠标、键盘），进而操纵屏幕中的照相机在三维中定位，并允许用户在界面上进行定位查询公路相关构造物信息以及公路的进度信息。三维进度显示·对于路基，系统通过对填挖方高程的判断来进行三维进度表现。·对于隧道以及路面，系统通过对工程完成的起止桩号的判断来进行三维进度表现。·对于桥梁，系统通过桥梁各组成部分的名称的判断来进行三维进度表现。三维进度录入管理与查询·为了保障数据的安全，本系统提供了用户及权限管理。每个合同段都有自己用户和密码，每个标段都只能录入和看到自己标段

30、的进度数据。·系统为用户提供了简捷明了的录入界面和帮助系统，用户基本不需任何培训，通过系统界面基本就能掌握数据的录入。结合系统帮助用户能在短时间内准确无误的掌握进度数据的录入方法。·灵活的自定义信息录入。系统管理者可以根据需要，定制输入信息。并对录入的信息进行查询。例如，系统本身没有提供让各个标段进行进隧道进度的文字报告功能（假设）。管理者只需通过表单设计器添加该项内容，用户通过互联网录入数据时就会要求用户录入该信息。系统提供了该信息录入的界面，并能在信息查询时显示用户录入的该信息。·用户权限管理功能，系统用户可以针对各个标段对用户的权限进行限制。·所见

31、即所得的智能表单设计，用户可通过智能表单设计器对用户输入界面进行定义。·进度数据更新，当三维进度系统需要更新数据时，从服务器获取最新的进度数据，并在三维进度系统中把各标段输入的进度信息以图形的形式表现出来。·灵活的更新方式、整体的、局部的数据更新。可以对不同的对象或标段调用不同时期的进度。·历史进度调度。为了方便用户查询过往进度，系统提供了历史进度数据载入功能。可以查询以往的进度数据并在三维仿真系统中以图形的形式表现出来。·系统的网上维护和更新。为了更好和便捷的维护系统，本系统提供了网上更新的功能。当我们对系统进行更新或升级时，用户只要点击更新便能获取最

32、新的数据库和程序。·基于互联网和本地的数据更新。当我们在外演示或交流时可能并不方便上网。用户可以先下载最新的进度，然后在本地模式下运行。可以进行所有的系统操作，也可调取任意时刻的进度数据并显示。多媒体动画·场景中所涉及的模型制作，包括道路、桥梁、收费站、服务区以及周边的辅助设施。·模型的着色及渲染。·总体环境的气氛营造，包括植物布景、天气模拟等。·后期合成及剪辑，包括加入各种声音和光学元素等。三维模型的观察和显示·全景方式：公路及沿线山体、河流及相关物体都以纹理贴图的方式显示。展现公路修筑完成后的景象。·网格方式：以三角网格

33、线的方式显示高速公路及沿线的山体。·设计及进度方式：高速公路以黑色背景加白色网格线的方式显示，山体、河流、及其他相关物体以全景方式显示，展现公路的设计模型。在进度显示时，修筑完成部分以贴图的形式展现。 全景浏览网格浏览 进度浏览（2）系统结构本系统的总体框架由三层组成（图1），分别为后台数据库、系统管理层、前端应用层。前端应用层（人机交互界面）后端数据库层（属性数据库，进度数据库，公路及各构造物的三维模型库，纹理素材库）系统管理层信息查询与分析三维高速公路场景三维高速公路进度三维高速公路信息图 1 系统总体结构示意2、系统开发技术标准 交通部CAD工程软件规范 公路工程技术标准 公路

34、线路设计规范 公路路基设计规范 公路桥涵设计规范信息产业部颁布的软件产品管理办法JSPTC软件产品登记测试规范信息技术软件产品评价质量特性及其使用指南公路工程质量检验评定标准 3、系统开发环境·硬件：微机(最低配置：CPU1.8G以上，内存：1G以上，硬盘：40G以上，图形加速卡)大屏幕显示器·软件：服务器端：Windows 2003 企业版+Sp1，DotNet FrameWork2.0框架，IIS6或IIS7+SQL Server2005图形系统：AutoCAD 2004, Autodesk 3ds Max8开发工具：Visual C+6.0, Visual Basic

35、 6.0, .net2.04、数据组织根据各模块的特点、各模块之间的关系、以及各模块的相对独立性，考虑到数据的共享及数据处理的效率，本系统采用数据库及文件的形式组织数据及其传递。采集并整合各类涉及“广梧”高速公路建设的基础数据，形成完备高效的公路建设信息数据库。本系统涉及的数据大致分为两大类，即场景以及构造物的空间数据和属性数据。空间数据包括公路路面、构造物等的三维模型数据。属性数据包括公路及各构造物的名称及实时进度信息等。根据公路的属性数据特征，数据库中属性数据记录采用里程桩号和构造物名称作为定位坐标。公路数据库中的空间数据分为道路路线、桥梁、隧道、互通等。将各种生成的桥梁、隧道、路基等三维

36、模型数据文件与实际地形三维模型数据组装成分段的高速公路三维模型。同时建立属性数据和空间数据的关联信息，并保存至本地或者相应的数据库中。五、课题工作进展及主要创新点1、课题研究工作进展本课题于05年11月开始软件需求分析，制定软件开发计划，进行调研及课题申报工作，于06年2月由广东省交通厅立项，并于06年5月，课题组在长沙进行了系统总体设计；06年5月06年10月，原有的CAD道路设计系统进一步完善、功能扩充、并进行系统调试；06年10月，课题组集中云浮，进行阶段联调；06年10月06年11月，结合广梧高速公路河口至双凤段高速公路项目，完成了全路段的三维模型制作、动画制作及重点工程的全三维导航。

37、06年11月07年8月，软件编码、调试与完善；07年8月07年9月，结合广梧高速公路双凤至平台段高速公路项目进行全线的全三维进度表现；07年9月07年10月，系统联调、组装、测试；07年10月08年5月，课题组在云梧进行系统组装、测试、完善和工程考核，完成软件文档；08年5月09年5月，课题组在长沙进行结题报告的编写。2、解决的关键技术(1)地形点的粗差检测与删除是影响建模精度的最主要原因之一。本课题基于统计学原理，创造性的提出采用地形模拟的方法检测并剔除粗差点，有效的保证了地形原始数据的正确和可靠。（2）完善和改进了不规则三角网构网的动态插入算法，提出了动态维护拓扑关系技术，系统的构网速度较

38、常规算法提高3-5倍。（3）针对海量数据的特点，运用了背面消影、大规模图形LOD等优化三角格网的技术，保证了系统在数据处理、构网、渲染、运动处理等过程的高速度。（4）运用了多重纹理映射技术，使得物体表面含有大量丰富的纹理细节，增强了场景的真实感，丰富了视觉效果。（5）双缓冲技术使图象转换更平滑，屏幕无闪烁。反走样技术的应用消除了由于以离散点生成图形和曲线所带来的锯齿现象，提高了画面质量。（6）针对系统的需要，利用OpenGL给我们提供的 GLU 函数 gluUnProject()，计算出拣选射线，从何实现选择物体的功能。（7）通过开发三维引擎数据接口和数据输入端进行数据对接，从而实现三维进度的

39、实时显示。3、主要创新点（1）首次将工程进度通过虚拟现实技术进行三维表现，同时将各种图文资料和数据与三维工程对象关联。（2）本系统是基于OpenGL、先进的游戏技术、专业图形显卡和WEB技术的项目建设进度管理的三维可视化解决方案，用户可以在任何时间、任何地点通过浏览器来查看报表、通过三维引擎查看各工程对象的三维进度。（3）系统严格遵循主流数据仓库理论规范。在经典的二维形象进度方面，完全覆盖国内同类产品。在三维进度方面，属于国际先进水平，是唯一一套能同时提供完整二维形象进度和三维形象进度的综合平台。六、系统功能及特点本系统由三维漫游、三维进度显示、三维进度管理与查询、多媒体动画、三维模型的观察和

40、显示等几个主要部分组成。系统的开发紧密结合工程建设的需要，尽可能反映有关的最新研究成果和计算机技术发展水平，以其实用性、先进性为目标。系统具有如下主要功能和特点：1、三维漫游利用虚拟现实技术，结合现有的真实地形数据和高速公路完整设计资料，构建出设计完成后的“广梧”高速公路场景，提供道路真实场景的交互与查询，用户可以选择自动式或者交互式的方式进行道路三维漫游。对于自动式漫游而言，用户只能以预设好的线路进行漫游。而交互式漫游可以利用有关知识和经验操作交互设备（如鼠标、键盘），进而操纵屏幕中的照相机在三维中定位，并允许用户在界面上进行定位查询公路相关构造物信息以及公路的进度信息。2、数据查询在三维漫

41、游时，我们可以通过点击路边的构造物以及标识牌调出有关于该路段的工程进度信息。此外配合整个系统中的位置（桩号、桥梁、隧道）跳转功能，对虚拟场景进行浏览的快速定位操作。3、进度管理作为本系统的主要用途，“进度管理”功能必不可少，为了能够通过三维系统真实再现公路工程的进度，我们将本系统与数据库相连接，同时为各个要体现进度的对象依次建立数据表。数据表根据对象类别的不同设置不同的表结构，达到公路工程建设的需要。由于公路工程建设地域广阔，数据类型多样，所以必须提供一个工程进度数据录入接口。考虑到现实的可操作性，我们通过B/S客户端将各标段分别建立用户，用户只需通过互联网登陆系统即可将进度数据方便快捷的上报

42、到中心数据库。七、系统的测试与工程检测为了查找和纠正错误，保证软件的正确、可靠，课题组在系统的开发过程中，进行了三个层次的功能测试。1、模块测试对所有模块分别单独运行，检查其软件是否运行可靠、接过正确，是否达到了预定的功能目标。2、整体测试在系统联调、组装中，对所有模块按设计流程依次进行了反复的测试，检查了各子系统、各模块之间的相互配合，数据传递，系统的易操作性、实用性，运行的可靠性等情况。3、工程测试结合实际工程建设，对整个系统进行了系统全面的工程测试。06年10月06年11月，结合广梧高速公路河口至双凤段高速公路项目，对系统从三维模型显示，三维动画导航，重点工程三维漫游全过程进行了工程考验

43、，并将系统应用于工程建设管理中。07年8月07年9月，结合广梧高速公路双凤至平台段高速公路项目,对系统从三维模型显示，三维进度的录入及更新，进度的三维显示及表格显示，三维位置跳转，浏览模式的变换等进行测试，结果表明该系统达到了预期的功能目的。目前，该系统正在应用于此公路建设项目中。八、系统的社会、经济效益及推广应用前景我国传统的公路建设管理方式方法主要存在两个方面的问题：一方面是人工采集数据，中间环节多、出错率高、效率相对较低，是影响工程建设质量和建设周期的主要因素。另一方面，公路建设质量的好坏、效益高低主要取决于设计方案的优劣和管理手段和方法的先进性，传统的进度管理多采用报表形式，数量多，分

44、析和整理工作相当繁琐。传统的进度管理手段和方法已成为工程管理过程中的一个瓶颈和难点，不适应目前公路建设发展的需要。本系统是基于虚拟现实技术的三维形象进度管理系统。在建立数字地面模型和公路三维场景的基础上，将三维模型转入OpenGL程序以实现人机交互控制，同时可以根据客户的需要定制各种基于工程进度管理需要的各种数据及信息。该系统的应用，将彻底改变目前的工程进度管理的手段和方法，它不仅能最大限度的减少人工整体工作的复杂度和出错率，更重要的是管理者能通过本系统直观的了解到公路建设情况。这是真正意义上的三维进度管理软件，它的应用对提高工程建设质量和效率具有重要意义。目前计算机在公路建设领域得到普及，计

45、算机硬件发展达到了一定的水平，能够满足海量数据系统的运行，本系统在公路建设领域大规模推广应用已是最佳时机。目前，该系统已在高速公路建设中得到成功应用，产生了显著的社会效益和经济效益，随着我国公路建设事业的持续发展，该系统有广阔的推广应用前景。九、结束语本项目于2005年底启动开展研究工作，在广东省交通厅、广东云梧高速公路有限公司等单位的大力支持和帮助下，项目承当单位和各协作单位通力合作，通过深入研究、精心设计，全面完成了项目研究任务。1、本系统的目标是建立一个集三维漫游、三维进度显示、三维进度管理与查询、多媒体动画及三维模型的观察和显示等功能为一体的公路三维进度管理系统。在系统的开发过程中，始

46、终体现面向用户、面向工程的思想，并尽可能的反映有关最新科研成果和计算机技术的发展水平，追求系统的实用性、先进性，以满足工程实际应用的需要。2、对数据量无限制的海量数据的带状三角网快速整体建模程序进行了较深入的研究，提出了带状三角网快速整体建模程序的算法和方法。分别应用坐标变换技术、背面消隐技术、纹理映射技术、三维选择技术、大规模图形LOD技术(基于视点的细节层次控制技术)进行开发研究，具体成果体现如下：(1) 完成了对数据量无限制的海量数据的带状三角网快速整体建模程序，并高效、完善的对地物、地形断裂线进行TIN的网形调整，数模内插精度高，构网速度达到了国际同类软件的先进水平。（2）三维系统开放

47、的数据接口，使系统能够接受目前常见的各种数据源，并且易于扩展，实用性强。（3）根据公路平、纵、横、设计资料建立公路表面模型。具体做法是根据定义的路基标准横断面逐桩进行“戴帽子”设计，再由两相邻横断面设计线构建面模型，然后再将公路设计面模型与地表面模型即数字地面模型进行交接拼合以得到组合面模型。（4）开发了针对海量数据的三维引擎系统，解决了大场景模型显示和操作的技术难点。（5）三维引擎系统利用深度缓冲区（Z-Buffer）来实现图像空间中的消隐，利用纹理映射原理还原真实感图形。（6）基于数据库，完成了功能强大的、灵活的图形与数据的双向动态平衡的三维交互系统，三维模型的选择、360度全方位浏览、三维位置的快速跳转，不仅满足工程建设管理的需要，而且为使用者提供了方便快捷的操作方式。（7）带地面景观的三维道路工程模型快速、准确、客观的反映道路修建后的真实情况。（8）基于互联网的分布式数据采集解决了高速公路因工程