基于倾斜摄影的实景三维公路地质灾害识别关键技术研究

我国幅员辽阔,地形地质条件复杂,频发的地质灾害给公路安全带来巨大威胁,急需探索准确、灵活的自动识别技术。实景三维技术以其对地形、植被的全面把握能力已逐渐成为防灾减灾领域的重要发展方向,为提升公路地质灾害识别自动化程度提供技术支撑。基于一种成本低、效率高、精度较高的实景三维技术-倾斜摄影,结合三维模型构建、机器学习、虚拟现实仿真模拟等关键技术,构建"影像采集-模型构建-指标提取-样本训练-实景展示"公路地质灾害识别流程,将极大地推动防灾减灾技术更新换代,为结合激光雷达和空天地一体化检测平台,提升公路地质灾害自动化程度奠定基础。     

实景三维技术在道路规划中的应用

随着实景三维技术不断推进发展,将基于倾斜摄影技术获得的实景三维数据集成在集景三维平台中,可实现道路快速三维建模,再通过叠加空间管控要素、现状限制因素等,实现了规划的三维可视化分析。以仙马湖组团路网优化研究为例,验证了基于实景三维路网优化方法的可行性,使规划路网与地形贴合更好,与现状控制因素协调更优,与河道水系亲水更佳,避免了城市建设大挖大填,取得了良好的生态效益和经济效益,践行了绿色生态发展理念。     

公路三维视景仿真研究

章基于地形数据的分层组织、视点相关的LOD模型、数据动态调度等技术的基础上，论述了公路三维视景仿真的实现方式，提出了公路三维视景仿真系统的结构模型。结合三维视景仿真对路线设计过程中数据的三维实时可视化，探讨了三维视景仿真在公路路线设计、施工管理等相关方面的应用前景。     

无人机三维实景建模技术在路堑边坡地质信息提取中的应用

简述了无人机摄影技术和三维实景建模技术的基本原理和工作流程,选取南宁市大明山保护区三宝至天坪区公路的2段路堑边坡,采用无人机三维实景建模技术,通过航拍和影像数据处理,构建三维实景模型,提取岩体结构面参数、危岩体尺寸等几何信息,工程实例研究和验证表明,无人机三维实景地质建模可视化效果良好,较好地保留和反映了相关地质信息和空间位置信息,对边坡几何信息的识别度和准确性较高,实现了地质信息的数字化、可存储性、可溯性和可度量性,可为公路边坡稳定性分析评价和地质灾害防治提供依据。     

基于可量测实景影像的数字公路体系研究

为了提高公路运营管理及公路网综合服务水平,在分析公路信息化现状及其存在问题的基础上,系统地研究了基于可量测实景影像的全可视化三维数字公路地理信息平台架构及其应用模式。首先针对公路地理信息采集与更新存在的问题,提出了一种移动道路测量系统,给出了移动道路测量系统测量模型,结合公路应用实际,设计了基于移动道路测量系统的线性参考模型。其次,提出基于可量测实景影像公路地理信息平台的概念,设计了基于可量测实景影像的数字公路体系架构。再次,提出基于可量测实景影像数字公路平台上的资产管理、养护管理和路政巡查、应急救援、出行服务等方面的应用模式。最后,以宁波数字公路综合信息系统建设实例验证了基于可量测实景影像数字公路架构的合理性和实用性。     

基于三维地形的道路虚拟视景构建方法

以道路交通仿真虚拟场景构建理论知识为基础,运用道路线形设计软件———纬地设计新建或改建道路线形,仿真建模软件Multigen-Creator提供的API函数实现道路主体仿真模型的构建,运用地形建模软件Terrain-Vista实现道路仿真模型与地形的无逢连接,虚拟场景驱动软件VSDesign实时显示道路设计参数并实现实时仿真,解决了各软件之间数据的通用问题。提出道路虚拟视景构建方法的技术路线。     

基于BIM技术的公路工程正向设计应用探究

针对BIM技术在公路工程中正向设计存在的问题,以某二级公路项目为研究背景,根据Civil 3D和Revit平台分别提出了基于BIM技术的道路和桥梁的设计流程,研究了基于BIM技术的地质实体模型创建及地形曲面分析、道路模型的正向设计及桥梁模型的正向设计三个方面的关键技术。研究结果表明,首先利用Civil 3D的曲面功能生成三维地形曲面和提取三维地质模型进行地层发育起伏情况分析,并借助Civil 3D参数驱动、动态更新的工作机制实现对道路三维模型的三维动态优化设计,同时使用Revit建立桥梁构件参数化族库并组装拼接成桥梁BIM模型。工程应用结果表明,使用BIM技术在公路工程中进行正向设计可以有效提高公路工程设计阶段的效率、信息化和数字化程度,为公路工程在设计阶段使用BIM技术提供了借鉴。     

轻量化实景三维模型质量评定方法

以基于实景三维模型的BIM设计为导向,按照土建工程设计各阶段的不同需求,兼顾模型几何精度和纹理质量,提出轻量化实景三维模型数据质量评定方法。解决了轻量化后的实景三维模型数据质量控制的难题,为其广泛应用到BIM设计中打下坚实基础。改变了传统测绘数据成果的交付形式,从勘察测绘环节促使设计人员使用BIM技术,进而加快BIM技术的普及和应用,加强BIM技术应用的深度和广度,最终实现BIM技术在建筑行业全生命周期过程中的普及和推广。     

基于BIM技术的公路工程信息模型参数化构建及应用

针对公路工程对于空间信息精度要求较高的特点,以BIM技术为支撑。采用Civil 3D构建高精度三维数字地形模型,并在Infraworks中进行公路平、纵、横协同设计。通过将设计成果导入鸿业路易软件进行模型精细化设计,并建立公路工程参数化信息模型,在经过专业校核后,开展建筑界限和驾驶视距分析,实现了设计成果的自动化出图和可视化技术交底。     

数字地面模型DTM和CAD技术在公路路线设计中的应用和发展

公路工程为带状构造物,其跨越地域广、穿越地形复杂,造成了公路选线设计任务量大,尤其是多方案比选的时候,现场定线从人力、物力、财力等方面都需要很大的投入。而数字地面模型和CAD技术为公路选线提供了一个方便快捷的手段,该文对数字地面模型DTM和CAD技术的应用现状进行了分析,并预见了其在公路选线领域的更多应用。     

公路实时三维可视化系统构架

基于公路CAD研究成果以及计算机图形学领域的最新发展,提出高性能、高扩展性的公路实时三维可视化系统构架,讨论了地形原始数据的预处理、地表三维建模、道路三维建模、道路模型与地形模型的实时整合、景观及附属设施三维建模、高效的场景管理、地形层次细节模型等功能设计与软件实现技术,并采用设计模式设计了类之间的组织模型,利用C 和DirectX 9.0c开发了公路实时三维可视化原型系统。最后依托实际工程项目对原型系统进行了测试和验证,实现了实时三维可视化手段对公路设计过程的支持以及对设计成果进行实时评价的目的。     

基于栅格数据的公路自然区划单要素分区方法

为了进一步提高公路自然区划研究的定量化水平与工作效率,针对以前公路自然区划研究中区划指标分析将流域作为分析计算单元而造成的计算效率低、计算范围受限等局限性,基于栅格数据模型和GIS组件技术,提出了分块分析计算海量栅格数据的分析策略和基于该策略的区划单要素指标分析方法,并在此基础上对中国的地表起伏度和切割密度进行空间分析。分析结果表明:应用此方法分析得到的中国切割密度分布图能够正确地反映中国的实际地形状况。此方法将GIS技术与公路区划工作相结合,为区划指标分析提出新的思路,进一步提高了公路自然区划研究工作的自动化与定量化水平。     

公路三维建模应用研究

分析了可用于公路三维建模的3种方法：线框模型、表面模型和实体模型的原理和特点，并结合公路三维建模数据量大，形体不规则的特点，提出用表面模型来完成公路三维建模；同时，也提出了道路模型与地面模型叠加消隐的新方法，以消除路基边坡范围内的地面，使道路能完整地体现出来。     

数字地形在公路勘测设计中的应用

地形资料是公路勘测设计的重要基础资料之一,传统设计中,一般用地形图或者断面图来表示。20世纪中叶以后,随着计算机技术、现代数学以及计算机图形学的迅猛发展,使得测绘学科逐步向数字化与自动化发展,从而使得道路工程师能利用数字地形,快速高效的进行公路主线CAD辅助设计并包括沿线附属工程土石方工程量整体平衡计算,确保了选定方案的科学性、合理性、经济性。文章论述了利用电子地形图构建数字地形模型在昌金高速公路B段勘测设计中的应用。     

一种快速建立道路整体模型的方法

在系统分析了现有的道路三维模型构建方法的基础上,提出了一种将道路设计面模型与地形表面模型融为一体的整体模型构建方法,该方法基于约束Delaunay三角网内插入点和约束边的理论,利用逐点插入算法原理和Windows文件映射技术,快速实现了道路设计面与地形表面的整体建网.应用道路整体模型可以实现道路景观的三维漫游,评价三维立体线形以及与周围地形的配合情况.     

一种快速建立道路整体模型的方法

在系统分析了现有的道路三维模型构建方法的基础上,提出了一种将道路设计面模型与地形表面模型融为一体的整体模型构建方法,该方法基于约束Delaunay三角网内插入点和约束边的理论,利用逐点插入算法原理和Windows文件映射技术,快速实现了道路设计面与地形表面的整体建网。应用道路整体模型可以实现道路景观的三维漫游,评价三维立体线形以及与周围地形的配合情况。     

基于UE4及BIM技术的公路工程电子沙盘构建探析

为解决传统电子沙盘制作的诸多弊端,采用游戏引擎展现效果的技术优势,基于UE4虚幻游戏驱动引擎的电子沙盘制作方法,重点研究制作过程中数据文件空间尺度及坐标系统的对应关系,搭建公路、地形等交通要素的三维场景模型,得到逼真度、沉浸感以及交互性俱佳的公路电子沙盘。该方法有效提升了公路设计的质量和展现效果,在公路设计、交通仿真、驾驶模拟、交通设施及运维管理等方面具有广阔应用前景。     

基于车载LiDAR数据的公路竖向净空自动化评估

现役道路基础设施管理过程中缺乏大范围区域内不同路段的现状或实时的竖向净空数字化资料，导致部分过高车辆撞击跨线桥或其他上空构造物的事故时有发生，造成了重大财产损失与人员伤亡。针对该问题，基于车载LiDAR数据构建公路竖向净空自动化评估方法框架。通过数据重构方法将复杂道路线形的车载LiDAR点云转化为简单的直线形式，利用基于线性索引的点云数据分块方法实现重构场景下车载LiDAR数据的条形、柱形与体素单元的快速分块，建立柱形单元非平面点初步滤波、基于K-Means与体素聚类的复杂LiDAR点云环境中路面优化分割流程。在基于条形单元划分提取道路边界后，利用体素聚类将路面上方点云进行划分。以提取的路面点云作为二维插值基准面，完成不同物体的竖向净空计算，并利用江苏南京市内的2条公路LiDAR数据的对算法框架进行测试。研究结果表明：所提方法在噪音存在的复杂LiDAR环境中可以有效分割出道路上方物体并完成竖向净空的计算；通过部分算法提取与人工标注结果的对比，显示公路1与公路2的竖向净空平均绝对误差分别为0.94、1.57 cm，具有较好的可靠性；在32 GB内存、Intel® Xeon® E5-1650 v4@3.6 GHz六核处理器的计算机上完成公路1与公路2竖向净空评估的平均时间分别为6.62、7.83 s·km^-1，算法效率可满足大尺度场景下的公路竖向净空自动化计算；相比于已有研究方法，所提方法框架考虑了车载LiDAR点云环境内的路面上测量噪音的存在，对变宽度路面条件复杂场景下的公路竖向净空评估具有更好的适用性。     

公路路域带状地形的自动分类方法

数字带状地形数据是当前公路工程勘察阶段必需的基础性数据,实现数字带状地形的合理分类是公路工程精细化设计、公路建设期能耗计算及路域生态保护的前提与基础。针对传统公路带状地形分类方法存在地形因子单一、分类决策知识模糊和主观因素影响大等问题,依据《公路路线设计规范》及《公路工程技术标准》中对地形分类的要求,结合公路地形分类相关研究成果,提出了以地表坡度、相对高程和地形起伏度为主要地形因子组合的公路带状地形分类决策方案,借鉴已有数字地形分析技术建立了中尺度公路路域数字地形自动分类方法。该方法以栅格DEM为数据源,基于聚类的方法,通过图层叠加分析,实现了公路路域地形分类规则快速构建与直观获取分类结果。并采用公路路域带状栅格DEM进行分类试验,结果表明,该方法相较于由地貌专家人工勾画为主的传统公路地形分类法,工作量小,速度快,成本低,且可有效分出平原、微丘、河谷、山岭和重丘5类典型公路路域地形,分类结果残缺率为10.16%。     

Multigen Creator与HintCAD结合的道路地形三维建模

为解决道路模型与地形模型的无缝结合,以拟建道路所在的地形为研究区域,根据道路建模要求较高的实时性、精确性和真实感的特点,分析了三维仿真建模软件与道路专业设计软件结合使用的方法和技术,提出了不同软件之间模型源数据转换方法,构建了拟建道路地形的整体模型.实践证明,此方法建立的三维仿真模型符合工程规范和标准的要求,具有可行性.