基于SOA架構(gòu)平臺的數(shù)字化三維仿真公路勘察設(shè)計

林小雄，韋　政，潘樹青，葉家發(fā)

(1.廣西桂興達(dá)交通工程咨詢有限公司，廣西　南寧　530001；2.南寧市新點(diǎn)線交通勘測設(shè)計有限責(zé)任公司，廣西　南寧　530001；3.南寧市界圍工程咨詢有限公司，廣西　南寧　530001)

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基于SOA架構(gòu)平臺的數(shù)字化三維仿真公路勘察設(shè)計

林小雄1，韋政1，潘樹青2，葉家發(fā)3

(1.廣西桂興達(dá)交通工程咨詢有限公司，廣西南寧530001；2.南寧市新點(diǎn)線交通勘測設(shè)計有限責(zé)任公司，廣西南寧530001；3.南寧市界圍工程咨詢有限公司，廣西南寧530001)

林小雄(1981—)，碩士，工程師，主要研究方向：大跨度橋梁設(shè)計理論與施工監(jiān)控；

韋政(1982—)，研究生，工程師，主要從事公路橋梁設(shè)計、檢測管理與技術(shù)工作；

潘樹青(1973—)，碩士，高級工程師，主要從事勘察設(shè)計管理工作；

葉家發(fā)(1978—)，工程師，主要研究方向：地理信息前沿技術(shù)跟蹤研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化。

科技部2013科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金(14C26214502862)；

廣西南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(20141020)

摘要：文章針對目前工程設(shè)計行業(yè)特別是公路設(shè)計領(lǐng)域在傳統(tǒng)矢量化地形圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計存在的不足，創(chuàng)新性地引入“數(shù)字信息化三維仿真”理念，將地理信息環(huán)境因素與設(shè)計過程結(jié)合起來，提出一種基于三維實(shí)景地理數(shù)據(jù)的全新公路信息化勘察設(shè)計思路，并研發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信息化SOA架構(gòu)設(shè)計平臺，可廣泛應(yīng)用于公路設(shè)計中，有效提高公路設(shè)計的效率、縮短設(shè)計周期及節(jié)省工程項目費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：公路；勘察設(shè)計；數(shù)字化設(shè)計；地理信息；三維仿真；SOA架構(gòu)設(shè)計平臺

0引言

改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施快速增長，截至2013年年末，全國公路總里程達(dá)435.62萬km，橋梁達(dá)73.53萬座，公路建設(shè)中心逐步由東部地區(qū)向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，山區(qū)地勢溝壑縱橫，樹木茂密叢生，傳統(tǒng)的測量手段難以開展外業(yè)勘察；另外傳統(tǒng)的外業(yè)勘察成果基本都記錄在本子上，而電腦無法識別所調(diào)查的記錄，在施工圖設(shè)計之前，必須將這些記錄按一定的格式輸入電腦，或者通過這些記錄進(jìn)行一些計算等，不但工作量大，而且設(shè)計方案一有改變，需人工重復(fù)計算，甚至需再次到現(xiàn)場外業(yè)勘察，導(dǎo)致簡單計算統(tǒng)計的工作占設(shè)計員的40%的時間。如果以上問題可以解決，將是公路勘察設(shè)計的一大進(jìn)步。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是地理信息技術(shù)的普及，這個問題已經(jīng)有了解決的思路[1-15]，本文提出的基于SOA架構(gòu)平臺數(shù)字化三維仿真公路勘察設(shè)計，就是將MIS(管理信息系統(tǒng))、CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)、BIM(建筑信息模型)、GIS(地理信息系統(tǒng))、三維數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)整合到數(shù)字化信息設(shè)計平臺。

1SOA架構(gòu)平臺數(shù)字化勘察設(shè)計探索與分析

1.1　數(shù)字信息化勘察設(shè)計基本原理

數(shù)字化勘察設(shè)計是規(guī)劃與設(shè)計領(lǐng)域出現(xiàn)的一個新概念，其目的是形成一套充分考慮設(shè)計與環(huán)境相互關(guān)系的規(guī)劃設(shè)計體系，SOA架構(gòu)平臺是建立在空間分析的基礎(chǔ)上，在設(shè)計過程中帶入地理的分析，在最初設(shè)計草圖時，立即核實(shí)各種數(shù)據(jù)是否符合項目的空間范圍要求。這種實(shí)時適用性分析提供了一個設(shè)計框架，使得各行業(yè)的規(guī)劃師、設(shè)計師能夠充分運(yùn)用地理設(shè)計，將關(guān)鍵因素提前考慮，而不是在完成設(shè)計后再去分析提議項目的潛在影響和后果，有助于縮短設(shè)計循環(huán)時間、提高結(jié)果的質(zhì)量，其平臺框架如圖1所示。

1.2　基于網(wǎng)絡(luò)的跨部門數(shù)據(jù)信息共享

SOA架構(gòu)設(shè)計平臺采用C/S高速局域網(wǎng)，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部多部門、多作業(yè)組聯(lián)合設(shè)計，提高公司的綜合設(shè)計能力水平和工作效率。在服務(wù)器端建立統(tǒng)一的三維公路數(shù)據(jù)模型，按不同的角色或項目組進(jìn)行授權(quán)，協(xié)同設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1　SOA架構(gòu)設(shè)計平臺圖

圖2　SOA架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.3　將CAD技術(shù)與系統(tǒng)平臺集成

CAD是一個大型軟件系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)全套CAD繪圖及編輯功能比較困難。根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計的需要，選擇部分功能在SOA架構(gòu)設(shè)計平臺中實(shí)現(xiàn)，把瘦身后的CAD，按邏輯功能分解為不同的功能模塊，單獨(dú)升級維護(hù)和共享應(yīng)用，如圖3所示。

圖3　CAD核心代碼分解圖

1.4　將地理信息技術(shù)與系統(tǒng)平臺集成

地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，主要采用字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)和數(shù)字地面模型(DigitalTerrain Model，DTM)組織GIS空間信息資料和構(gòu)建地形分析實(shí)景分析模型。在模型中的信息主要包括：地貌信息(如高程、坡度、坡向等)，基本地物信息(如水系、交通網(wǎng)、居民點(diǎn)等)，自然資源和環(huán)境信息(如土壤、植被、地質(zhì)、氣候、太陽輻射等)，社會經(jīng)濟(jì)信息(如某地區(qū)的人口分布、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、國民收入等)，通過構(gòu)建三維空間GIS分析模型，為公路和其它工程行業(yè)的應(yīng)用分析提供基礎(chǔ)，見圖4。

圖4　GIS空間信息構(gòu)建地形分析模型圖

1.5　在平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)公路勘測設(shè)計專業(yè)功能

對于山區(qū)測量，通常采用無人機(jī)航測影像、衛(wèi)星影像、激光雷達(dá)點(diǎn)云等測量，所面對的數(shù)據(jù)量通常都在幾十個GB或TB級別，通常稱為海量數(shù)據(jù)。如何最大效率地利用這些數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性、實(shí)時性，減少數(shù)據(jù)的冗余性，就顯得非常重要。SOA架構(gòu)數(shù)字信息化設(shè)計可對復(fù)雜數(shù)據(jù)源的超大海量數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)度算法進(jìn)行深入研究，研究內(nèi)容主要包括：異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成管理、海量數(shù)據(jù)調(diào)度、數(shù)據(jù)共享與發(fā)布，超大海量數(shù)據(jù)調(diào)度算法模型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　超大海量數(shù)據(jù)調(diào)度算法模型圖

無人機(jī)航測影像處理后地形見圖6。

圖6　無人機(jī)航測影像地形圖

公路線路設(shè)計階段涵蓋了優(yōu)化選線與平、縱、橫設(shè)計過程，工作較多，SOA架構(gòu)數(shù)字信息化設(shè)計程序圖見圖7。

圖7　公路設(shè)計程序圖

公路勘察設(shè)計是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括路線、橋梁、隧道、排水、建筑、電氣、材料等專業(yè)，傳統(tǒng)設(shè)計使得不同專業(yè)數(shù)據(jù)常處于“信息孤島”狀態(tài)，如何把各專業(yè)的數(shù)據(jù)集中在一起管理，如何提供簡單易用的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、深度挖掘，已經(jīng)迫在眉睫。SOA架構(gòu)數(shù)字信息化設(shè)計可通過綜合分析各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的特征，提取一套標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口，屏蔽各種數(shù)據(jù)源之間訪問的差異，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)各種異源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和標(biāo)準(zhǔn)化管理后，把數(shù)據(jù)的訪問入口匯總到SOA數(shù)據(jù)總線，再由不同的應(yīng)用專業(yè)根據(jù)各自的需要開發(fā)具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，各個專業(yè)人員都可以共享這個數(shù)據(jù)總線。

2SOA架構(gòu)平臺數(shù)字化設(shè)計應(yīng)用效果

SOA架構(gòu)數(shù)字化設(shè)計平臺可以將路線設(shè)計參數(shù)導(dǎo)入設(shè)計平臺，平臺自動根據(jù)路線軟件的數(shù)據(jù)輸入格式形成數(shù)據(jù)文件，供路線軟件使用；為橋涵軟件提供數(shù)據(jù)；在路線、擋墻、涵洞設(shè)計完成后，基本確定公路紅線范圍，將紅線范圍導(dǎo)入地理設(shè)計平臺，計算用地范圍內(nèi)的各種工程量，如清表、不良地質(zhì)、拆遷、青苗補(bǔ)償、用地數(shù)量等。目前在廣西多條國省干線及市政工程中多次采用，見圖8~9。

圖8　廣西玉林福綿服裝工業(yè)區(qū)道路工程圖

圖9　廣西百色田林橋梁設(shè)計圖

通過以上數(shù)字信息化勘察工作，形成了不依賴于中樁的勘察數(shù)據(jù)，并能為電腦所識別，同時改進(jìn)了工作流程，將多個串行的工作改為并行，大大縮短外業(yè)時間。在內(nèi)業(yè)方面，由于能為各種專業(yè)設(shè)計軟件自動提供勘察數(shù)據(jù)，并能輔助計算工程量，大大提高內(nèi)業(yè)的工作效率，同時能讓設(shè)計人員有了進(jìn)行多方案比選的機(jī)會，優(yōu)化工程方案，節(jié)省工程造價。

3結(jié)語

通過以上分析可知，基于SOA架構(gòu)平臺數(shù)字化勘察設(shè)計理念具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢：(1)創(chuàng)新性地在公路勘察設(shè)計領(lǐng)域引入數(shù)字信息化設(shè)計概念，為設(shè)計人員提供了一種新的思維方式及設(shè)計方法，在地理數(shù)字信息化后，與設(shè)計結(jié)合在一起，有效幫助設(shè)計人員對所做的決定給出及時的評估和反饋，及時做出調(diào)整或修正，從而使得設(shè)計方案更貼近大自然，促進(jìn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展；(2)首創(chuàng)應(yīng)用SOA架構(gòu)技術(shù)把CAD內(nèi)核與GIS內(nèi)核集成在一起，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)形成了CAD+GIS的應(yīng)用平臺軟件；(3)提高設(shè)計的效率及質(zhì)量，基于SOA架構(gòu)平

臺數(shù)字化勘察設(shè)計理念將“所見即所得”的設(shè)計理念創(chuàng)新地應(yīng)用到公路勘察設(shè)計中，將道路規(guī)劃簡化成一個交互的建模過程，設(shè)計結(jié)果立刻可見，并且有三維的空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)做支撐，從而大大縮短設(shè)計調(diào)整的時間。

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Digital Three-dimensional Simulation Highway Survey and Design Based on SOA Architecture Platform

LIN Xiao-xiong1，WEI Zheng1，PAN Shu-qing2，YE Jia-fa3

(1.Guangxi Guixingda Traffic Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；2.Nanning Xindianxian Traffic Survey Design Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；3.Nanning Jiewei Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

Abstract：Aiming at the planning and design deficiencies conducted based on the traditional vector top-ographic map in the current engineering design industry especially in the highway design field，this arti-cle innovatively introduced the“three-dimensional simulation of digital information”concept，which com-bined the geographic information environment factors and design process together，proposed a new highway information survey and design idea based on real three-dimensional geographic data，and de-veloped the corresponding digital information SOA architecture design platform，which can be widely used in highway design，so as to improve the highway design efficiency，reduce the design cycle and save the engineering project cost.

Keywords：Highway；Survey and design；Digital design；Geographical information；Three-dimensional simulation；SOA architecture design platform

收稿日期：2015-07-02

文章編號：1673-4874(2015)08-0007-04

中圖分類號：U412.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.002

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