平原、丘陵區(qū)矢量線劃公路與地形增強(qiáng)建模方法研究.pdf

1、人類賴以生存的地球表面是一個(gè)復(fù)雜而龐大的巨系統(tǒng)，不僅包括高低起伏的地形，更包括地形與其上地物之間復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)與作用關(guān)系。隨著三維可視化應(yīng)用的深入，人們對虛擬地理環(huán)境真實(shí)感的需求也越來越高，高精度的地形與地物的逼真展示已經(jīng)成為虛擬地理環(huán)境仿真的關(guān)鍵之一。作為一種重要的典型地物，現(xiàn)有的三維空間數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)對線劃公路地形的描述過于簡單，導(dǎo)致可視化效果失真，并不能滿足人們可視化的需求，因此對公路地形進(jìn)行精細(xì)表達(dá)的需求越來越迫切。目前，谷歌地

2、球、百度地圖等產(chǎn)品通過簡單映射地表二維紋理的方式進(jìn)行虛擬地表仿真，所產(chǎn)生公路沿線的可視化效果較差，公路三維表現(xiàn)性狀嚴(yán)重失真，起伏不規(guī)則，無法滿足公路等人工構(gòu)筑地物地表形態(tài)的模擬需求。與此同時(shí)，雖然隨著航空航天攝影測量、遙感和全球定位系統(tǒng)等對地觀測技術(shù)的發(fā)展，DEM、高精度影像等地理空間數(shù)據(jù)大量產(chǎn)生，但是這些數(shù)據(jù)并未得到充分的利用。而且在地形地物建模方面，僅僅依靠數(shù)據(jù)本身精度的提升或者手動(dòng)建模方式，無法同時(shí)滿足大范圍和高細(xì)節(jié)層次等多方面的

3、需求，因此越來越多的學(xué)者嘗試以多種數(shù)據(jù)融合的方法來實(shí)現(xiàn)地形、地物的建模。
　　目前由于相關(guān)理論和技術(shù)方法的欠缺，大規(guī)模的地物、地形數(shù)據(jù)的精細(xì)融合建模和表達(dá)工作，難以實(shí)現(xiàn)令人滿意的效果。雖然有一些學(xué)者，進(jìn)行了公路矢量數(shù)據(jù)與地形柵格數(shù)據(jù)融合建模的研究，但在精細(xì)化程度、建模成本、建模速度等方面各有不足。為了提高平原、丘陵區(qū)線劃公路地形的表達(dá)效果，本文提出了一種知識規(guī)則輔助的單線公路矢量數(shù)據(jù)與柵格地形數(shù)據(jù)融合建模的方法，以DEM數(shù)據(jù)、已建

4、成公路的矢量數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)，以各級公路的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范作為輔助知識規(guī)則，進(jìn)行公路縱斷面、橫斷面的模型還原，重現(xiàn)當(dāng)初基于各類規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及地形數(shù)據(jù)進(jìn)行公路設(shè)計(jì)、建設(shè)的過程，還原已建成公路的路面、邊坡、排水溝、護(hù)坡道等結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)。本文主要從平原、丘陵區(qū)公路的知識規(guī)則分類與整理、公路的橫斷面優(yōu)化還原、公路的縱斷面優(yōu)化還原等三方面展開研究:
　　1)平原、丘陵區(qū)公路知識規(guī)則分類與整理
　　根據(jù)公路的等級、類型，查閱《中華人民共和國

5、公路設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D20-2006)》等系列規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，解析平原、丘陵區(qū)公路的知識規(guī)則信息，包括:最大、最小坡長，最大、最小縱坡，豎曲線半徑等縱斷面知識規(guī)則信息;路基寬度、中間帶寬度、路肩寬度、車道數(shù)、車道寬度、排水溝、護(hù)坡道、邊溝、路拱等橫斷面知識規(guī)則信息，并對它們進(jìn)行分類與整理。
　　2)公路橫斷面優(yōu)化還原
　　公路中線的法線方向坡面圖稱為公路橫斷面圖，它是由橫斷面設(shè)計(jì)線與橫斷面地面線所圍成的圖形。公路橫斷面的組成包

6、括:行車道、平曲線加寬、中間帶、路肩、邊坡、邊溝、排水溝、護(hù)坡道等。本文采用影像和實(shí)地調(diào)研相結(jié)合的方式獲得實(shí)驗(yàn)路段橫斷面的真實(shí)組成信息。在調(diào)研結(jié)果的基礎(chǔ)之上，結(jié)合各級公路知識規(guī)則信息還原公路的橫斷面。
　　3)公路縱斷面優(yōu)化還原
　　根據(jù)平原、丘陵區(qū)公路的等級以及行車限速等信息，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，建立合理的公路縱斷面線優(yōu)化還原的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，基于自適應(yīng)的遺傳算法求解該數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)平原、丘陵區(qū)公路縱斷面線形的優(yōu)