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公路工程内容可视化实现方式

2020-02-17 08:46 来源:公路工程论文 人参与在线咨询

摘要:介绍了工程内容可视化的现状和必要性,分析了通过信息化手段可视化表达的主要类型和表现形式,梳理在可视化过程中各类因素的相互层级关系。根据公路工程特点,列举了常用的各类可视化方法,并分析了其使用场景和优缺点,指出了实际工作中在可视化方面常常遇到的问题和错误的处理方式。针对这些问题,探讨推荐提出了各类公路工程内容表达的具体方式,并验证了在实际项目中的实践效果。最后对公路工程内容与现场设备数据关联可视化的前景进行了展望。

关键词:公路工程;BIM;可视化

0引言

随着公路信息化的不断发展,项目参与人员及公众对于项目可视化的需求也日益增加。而目前可视化的需求不再仅仅是效果图或模型等外观可视化,而是建立在信息化基础上,通过地理信息[1,2]和公路信息模型[3-5]等管理系统的使用,实现几何信息与属性信息的可视化。当前可视化信息系统主要还是以系统搭建为主,可视化部分,存在不全面、不统一的问题。展现的内容主要还是以结构物为主,其他的可展现信息很少。究其原因是很多公路工程相关的内容(如分部分项工作划分、市政检验批等)几何特征不完全,难以直接用三维图形实现。如何合理地结合二三维要素,将工程内容及其位置分布表达清楚,是需要思考的问题。本文是以地图学中地理要素的表达方式为基础,在三维场景中综合应用图形显示手段和技术,从而实现工程内容的可视化表达[6]。

1实现方式

可视化的工程内容的类型,一般有三大类:(1)结构物几何外形。结构物一般具有明确的外形特征,是一个独立、完整的对象,如桥台、机械、设备等。(2)工作范围或区域分布。工作范围是一个二三维的空间闭合区域,如材料堆放区、清淤等。区域分布是同一项工程内容的若干空间分布,有点状分布、现状分布、面状分布和体状分布,如监控摄像头分布、软土地基分布等等。(3)空间场景专题。综合以上两类内容,通过工程属性进行专题展现,形成三维专题场景,针对性地表达某项工程的信息。根据计算机图形学原理和图形表达习惯,工程内容可视化的主要实现方式有:(1)基于几何元素的表达:点、线(二三维)、面(二三维)、面网、体。(2)基于颜色透明度的表达:颜色系统(如RGBA色彩模式)。(3)基于符号系统的表达:符号、线型、填充材质。(4)基于注记的表达:包括传统的注记、标注。(5)通过空间叠加及布尔运算的表达:叠加dem、遥感影像、地图服务、信息模型、行业空间数据等数据,完整地表达工程及工程周边信息。区别于二维叠加次序,三维场景中的叠加需要图形显示技术的支持,才能准确传递信息。常见的叠加方式有直接叠加、空间交集、空间并集、空间求差等方式。综合工程内容可视化的表达内容、表达方式和表达结果三个层次,工程内容可视化总体架构关系如图2所示。

2公路工程内容的可视化

公路工程在可视化方面的特点[6-8]有:①要素集中程度不高,呈大跨度的空间条带状;②结构复杂程度不均匀,如道路结构相对简单,桥梁相对复杂;③元素界线不明显,尤其道路元素在现实中是连续的,难以用一种原则进行拆分;④填挖方、路基特殊处理段等工作内容不方便与道路模型进行关联;⑤综合展现的数据源多,如在线地图、倾斜模型、影像、信息模型、地质状况、土地及环境等要素。根据公路工程上述可视化特点,需要对各类数据和要素的表达进行分类处理,实现效果、效率和实用性的有效结合。在很多场景下,用户关注的是某个对象是否存在,而不关心其具体外形细节[9,10]。因此,如果某项公路工程需要细粒度的信息,需要避免的一个状况是不断细化三维模型的精细度。针对公路工程的可视化特点,各类实现方法及其优缺点如下:三维图形表达法:即通过建立对象的三维图形,表达位置、外形和分布。三维图形直观、形象,几何信息准确,在三维场景中随比例尺缩放,数据生产周期长,图形显示要求高。另外难以用三维模型表达外形不确定的对象。符号表达法:将工程对象抽象为点、线或面元素,通过符号表达对象的位置和分布,分为点状符号、线状符号和面状符号三类。具有便于数据生产,可以不随图缩放,目标明显,可读性强、显示快等优点,缺点是不能表达对象的准确外形。标注法:标注法本质是一种特殊的符号法,主要是通过文字表达内容。专题渲染法:主要是通过颜色系统渲染图形,表达三维对象的某项属性,基于三维图形和三维符号都可以渲染。空间叠加法:主要指空间二三维图形的相互叠加,在图形显示阶段动态地表达对象。优点是灵活性高、准确,不需要生产大量数据。缺点是依赖图形显示平台实现,针对不同的显示平台一般都需要编程实现。在表1中,列举了常见的公路工程相关的内容及其可视化方式,图3、图4是某立交互通项目实施中各类内容的可视化效果,图5是某跨江大桥的病害分布示意。

3问题与展望

工程内容作为与空间密切相关的信息,具有生命周期短、内容复杂、动态变化等特点。因此,工程内容的图形化考虑到周期、实用性等方面,对图形的制作、显示提出了更高的要求。对于规划、设计等相对静态的数据,可以先行绘制,对于施工过程中的数据,更应该结合现场的设备、人员的空间信息,动态展现变化的数据。

作者:张耀允 戴玮 单位:安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司

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