基于地理设计的三维道路设计系统研究与实现研究

吴轩贵

(唐山市规划建筑设计研究院贵阳分院)

1 基于地理设计思想的道路设计流程与模型

在地理设计思想的指导下，文章首先改造了传统中以CAD 为基础的道路设计流程，但是从总体上仍然以传统设计过程为主，但是与传统设计不同，该系统更着重于模拟和评估。在该系统的流程结构中，设计过程的基础包括道路的选择、草图以及设计平纵，流程的核心是基于初步设计成果的实时模拟与评估，这样以三维可视化的模拟展示出实际状态，在以三维道路模型的评估综合全面的分析和评价当前状态，为之后的深入设计提供优化方向，同时也获得可预期成果。

因为在地理设计思想的指导下，设计流程的核心就是分析评价，所以在该系统的设计流程中，每一个环节都会进行对应分析评价模式的构建。并通过整合各类基础数据实现一套评估体系的建立，同时从五个方面进行设计方案的评估，包括安全、交通、景观、成本和技术。而基于参数化技术的道路模型建设，则是通过约束进行设计对象形态特征的表达，以定义一组参数完成对设计结果的控制，这样就能利用参数的调整进行设计模型的修改，进而得到一系列具有相似形状和功能的设计方案。参数化设计技术就是对一个对象的特征及其各成员间相互关系的定义，实际上就是设计系统中各成员间的“关联”关系，可以说是为设计系统定义了一定的规则。也就是说，在明确系统各层级及其各组成要素的关联联系后，就有利于得到一个复杂却能够控制的参数化模型，同时在该模型的基础上直接进行设计的实时调整和模拟。根据该参数化设计思想，在系统中只要利用了层次化参数组建进行道路设计信息的构建，并将设计部件的可视化信息增设到设计参数中，就能有机整合道路设计与模拟，进而达到设计方案实时模拟以及参数化调控的目的。本文就在一套类型结构中整合了设计和可视化的信息，并从逻辑层面将模型划分为设计和表现两类模型。从设计思想上来说，道路的组成要素包括很多方面，设计模型就是由这些要素所构成的。

2 系统的实现

(1)系统的逻辑模块

根据上述设计和改造道路设计流程，文章进行了一个基于地理设计的三围道路设计系统的构建，从逻辑层面上来看，将系统划分为6 个模块，包括数据、分析、设计、展现、评估和输出。其中数据模块是整合和展现设计所需的各类资源，是分析模块实施的基础;设计模块是设计道路各类要素，包括平纵横设计、附属设施以及交叉口等;分析模块就是通过空间信息以及三维环境等各种分析手段进行设计分析，其中涉及三维分析、空间分析以及地形因子分析等;展现模块就是展现实现三维可视化的设计成果，并具备各种浏览工具，例如驾驶模拟等;评估模块则是实时评估设计过程中的各环节、各阶段的成效，设计的安全性、工程量以及道路线形等各方面的评估;输出模块则负责输出系统生成的各种报表和图纸。这样的系统划分充分展现了设计流程中地理思想的运用，并且参数化驱动设计技术也在设计过程中和展现过程中得到了展现，设计成果也是以参数形式对对象进行表达，利用实时建模所得的模型表现满足并实现了道路三维可视化的要求。

(2)系统的层次结构

文章系统的逻辑划分是在软件公衡分层构建思想的指导下完成的，这种系统的分层设计主要是为了实现系统各层级间耦合性能够得到有效减弱。其系统的层次结构主要分为四个层次，包括数据层、平台层、服务层和应用层。其中数据层就是系统的数据支撑，为系统提供各类所需的基础数据，包括空间数据和地形数据等，同时还会为设计提供所需的模型、模板和素材;平台层是系统的基础支撑，为其提供基础功能组件，包括数据访问和三维引擎等;服务层是通过API 方式为系统设计的应用开发给予相对底层的支撑，进而实现各要素的解耦，包括数据和应用功能等;应用层则主要是功能组件，包括设计、分析和查询等，为系统的实施提供应用支持，并为系统的成果展示提供界面支持。(3)系统的实现

道路设计模型的具体实现就是该系统的基础，通过面向对象的方式实现对设计中各组件的定义，系统涉及两个方面的层次关系，即中心线(LineInfo)层次关系和横断面(RoadHSectionParts)层次关系，其中中心线层次关系的实现是通过定义CircleCurveInfo()、SpiralCurveInfo()、BasicCurveInfo()、SCurveInfo()、CCurveInfo()、BCCCurveInfo()、ProtrudeCurveInfo()、EggCurveInfo()这8 个class 类，道路横断面的实现则是通过定义RoadFacility()、RoadSidewalk()、RoadChennel()、RoadSlope()、RoadDriverway()、RoadPartition()、RoadEdge()这7 个class 类加以实现。该系统是基于地理设计思想和参数化设计思想所进行构建的，系统一方面是在三维GIS 引擎基础上进行的，这样能使得系统底层具备GIS 的强大功能，即数据整合和分析，同时规划设计是在三维环境下实现的，因此在整个规划设计流程中都充分利用了GIS 的分析整合功能。系统的实现成果分为三维道路设计系统和在系统基础上实施的道路规划设计成果。

3 结束语

总之，道路设计不仅要综合考虑社会经济条件还要考虑人文地理环境和自然条件，所以它不是一个简单的系统工程，随着社会经济的发展以及科技的进步，为道路设计提出了新的要求，这也使得传统设计逐渐不能满足当前道路设计的需求和发展，因此需要加强新思想和新技术的应用，进而更加深入的研发和利用三维道路设计系统，从而得到“所见即所得”的设计过程。

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