高速公路三维形象进度管理系统研究3749.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.高速公路三三维形象象进度管理理系统介 绍 材材 料 长沙理工大大学公路路CADD研究所所长沙华科工工程系统统信息技技术公司司2010年年3月目 录一、系统研研究目的的、意义和必必要性5二、研究目目标111、项目研研究目标标及结构构组织112、系统主主要研究究成果23、能形成成的知识识产权情情况三、主要研研究开发发内容三、系统总总体设计计 71、系统目目标及总总体结构构72、系统开开发技术术标准113、系统开开发环境境114、数据组组织12四、解决的的关键技技

2、术及主主要创新新点131、解决的的关键技技术 1132、主要创创新点 13五、系统功功能及特特点161、三维漫漫游 162、三维进进度显示示 163、三维进进度管理理与查询询 16六、系统的的经济、社社会效益益及推广广应用前前景 17一、引言1、项目研研究目标标及结构构组成“高速公路路三维形形象进度度管理系系统”为广东省省交通厅厅20005年科科技项目目（项目目编号220055-188），项项目结合合广梧高高速公路路项目建建设需要要，主要要展开对对高速公公路建设设新型项项目管理理技术的的应用，并并结合工工程建设设的需要要进行研研究，以以提高广广东高速速公路建建设的科科技含量量和提高高公路建建设

3、信息息化管理理水平。该课题由广广东云梧梧高速公公路有限限公司主主持，由由长沙华华科工程程系统信信息技术术公司、长长沙理工工大学公公路CAAD研究究所联合合组成课课题组承承担研究究工作。具具体分工工为：广东云梧高高速公路路有限公公司总体负负责。负负责项目目申报、项项目研究究组织、研研究大纲纲审定、现现场组织织管理、项项目研究究经费配配套、研研究进度度监督检检查、项项目成果果推广应应用、组组织项目目鉴定验验收。长沙理工大大学公路路CADD研究所所承当当项目研研究技术术工作。提提出项目目研究内内容、确确定项目目研究技技术方案案、制定定项目研研究大纲纲、进行行项目测测试分析析、技术术协助现现场试验验、

4、撰写写项目研研究报告告;编制制相应模模块开发发指南；完成主主持单位位对项目目研究委委托的相相关内容容，协助助项目成成果推广广应用和和项目鉴鉴定验收收。长沙华科工工程系统统信息技技术公司司承当当项目申申报和协协调工作作。组织织项目申申报、研研究大纲纲审定、项项目研究究经费配配套、研研究进度度监督检检查、项项目成果果推广应应用和项项目鉴定定验收。2、项目主主要研究究成果(1)完成成了对数数据量无无限制的的海量数数据的带带状三角角网快速速整体建建模程序序，并高高效、完完善的对对地物、地地形断裂裂线进行行TINN的网形形调整，数数模内插插精度高高，构网网速度达达到了国国际同类类软件的的先进水水平。（2

5、）三维维系统开开放的数数据接口口，使系系统能够够接受目目前常见见的各种种数据源源，并且且易于扩扩展，实实用性强强。（3）根据据公路平平、纵、横横、设计计资料建建立公路路表面模模型。具具体做法法是根据据定义的的路基标标准横断断面逐桩桩进行“戴帽子子”设计，再由两两相邻横横断面设设计线构构建面模模型，然后再再将公路路设计面面模型与与地表面面模型-即数字字地面模模型进行行交接拼拼合以得得到组合合面模型型。（4）开发发了针对对海量数数据的三三维引擎擎系统，解解决了大大场景模模型显示示和操作作的技术术难点。（5）三维维引擎系系统利用用深度缓缓冲区（Z-Buffer）来实现图像空间中的消隐，利用纹理映射原

6、理还原真实感图形。（6）基于于数据库库，完成成了功能能强大的的、灵活活的图形形与数据据的双向向动态平平衡的三三维交互互系统，三三维模型型的选择择、3660度全全方位浏浏览、三三维位置置的快速速跳转，不不仅满足足工程建建设管理理的需要要，而且且为使用用者提供供了方便便快捷的的操作方方式。（7）带地地面景观观的三维维道路工工程模型型快速、准准确、客客观的反反映道路路修建后后的真实实情况。（8）基于于互联网网的分布布式数据据采集解解决了高高速公路路因工程程建设地地域性广广阔而难难以采集集数据的的难点，使使系统能能得到较较好的应应用。（9）数据据更新方方式灵活活，整体体的、局局部的数数据更新新。可以以

7、对不同同的对象象或标段段调用不不同时期期的进度度。(10) 历史进进度调度度功能。为为了方便便用户查查询过往往进度，系系统提供供了历史史进度数数据载入入功能。可可以查询询以往的的进度数数据并在在三维仿仿真系统统中以图图形的形形式表现现出来。(11) 系统的的网上维维护和更更新。为为了更好好和便捷捷的维护护系统，本本系统提提供了网网上更新新的功能能。当我我们对系系统进行行更新或或升级时时，用户户只要点点击更新新便能获获取最新新的数据据库和程程序。(12) 为了保保障数据据的安全全，本系系统提供供了用户户及权限限管理。每每个合同同段都有有自己用用户和密密码，每每个标段段都只能能录入和和看到自自己标

8、段段的进度度数据。(13) 系统为为用户提提供了简简捷明了了的录入入界面和和帮助系系统，用用户基本本不需任任何培训训，通过过系统界界面基本本就能掌掌握数据据的录入入。结合合系统帮帮助用户户能在短短时间内内准确无无误的掌掌握进度度数据的的录入方方法。（14）灵灵活的自自定义信信息录入入。系统统管理者者可以根根据需要要，定制制输入信信息。并并对录入入的信息息进行查查询。例例如，系系统本身身没有提提供让各各个标段段进行进进隧道进进度的文文字报告告功能（假假设）。管管理者只只需通过过表单设设计器添添加该项项内容，用用户通过过互联网网录入数数据时就就会要求求用户录录入该信信息。系系统提供供了该信信息录入

9、入的界面面，并能能在信息息查询时时显示用用户录入入的该信信息。(15) 用户权权限管理理功能，系系统用户户可以针针对各个个标段对对用户的的权限进进行限制制。（16）所所见即所所得的智智能表单单设计，用用户可通通过智能能表单设设计器对对用户的的输入界界面进行行定义。（17）由由于本系系统对公公路设计计的成果果通过全全三维的的形式表表现出来来，对公公路设计计选线方方面有一一定的参参考价值值。二、系统研研究目的的意义目前，我国国公路建建设正处处在前所所未有的的高速发发展时期期。在大大规模的的进行高高等级公公路建设设中，工工程管理理是这项项庞大的的系统工工程的重重中之重重，直接接关系到到工程建建设质量

10、量的好坏坏。而目目前影响响我国公公路建设设工程管管理水平平和效益益的重要要因素依依然是没没有突破破传统的的管理模模式和方方法，技技术含量量相对较较低，特特别是高高科技含含量不足足，严重重的制约约了我国国高等级级公路的的发展。针对当前项项目建设设管理技技术高科科技含量量不足的的问题，研研究技术术先进可可靠、管管理方便便、简单单易用的的新型实实用成套套技术，已已是一个个急需解解决的紧紧迫课题题。2007年年，正在在施工建建设的广广梧高速速公路二二期工程程针对进进度管理理海量的的数据，为为提高高高速公路路建设的的高科技技含量和和项目建建设管理理的信息息化水平平，广东东云梧高高速公路路有限公公司提出出

11、了采用用全三维维的进度度管理方方案。鉴鉴于该技技术在国国内为初初步应用用，初步步审查意意见明确确提出要要结合高高速公路路建设，对对这一新新型的进进度管理理模式进进行专题题试验和和研究。为了适应广广东省公公路建设设的技术术需要，提提高公路路建设管管理的技技术含量量，节约约工程投投资，加加快工程程建设进进度，广广东云梧梧高速公公路有限限公司结结合广梧梧高速公公路建设设，联合合长沙华华科工程程系统信信息技术术公司、长长沙理工工大学公公路CAAD研究究所，对对“高速公公路三维维形象进进度管理理系统”项目进进行系统统开发研研究。拟拟通过对对工程实实际建设设过程进进行试验验研究，开开发出一一套与工工程建设

12、设相结合合，兼具具二维形形象进度度和三维维形象进进度的综综合管理理平台。因此本项目目研究具具有重要要的现实实意义和和实用价价值，同同时将产产生显著著的社会会效益和和经济效效益。三、系统总总体设计计本系统共分分为如下下几个子子系统模模块，由由广东云云梧高速速公路有有限公司司与长沙沙理工大大学CAAD研究究所共同同开发。序号子 系 统统 与 模 块块 名 称1三维漫游2三维进度显显示3三维进度管管理与查查询4三维模型的的观察和和显示1、系统目目标及总总体结构构本系统的目目标是建建立一个个集三维维漫游、三三维进度度显示、三三维进度度管理与与查询、多多媒体动动画及三三维模型型的观察察和显示示等功能能为

13、一体体的公路路三维进进度管理理系统。在在系统的的开发过过程中，始始终体现现面向用用户、面面向工程程的思想想，并尽尽可能的的反映有有关最新新科研成成果和计计算机技技术的发发展水平平，追求求系统的的实用性性、先进进性，以以满足工工程实际际应用的的需要。（1）系统统目标三维漫游利用虚拟拟现实技技术，结结合现有有的真实实地形数数据和高高速公路路完整设设计资料料，构建建出设计计完成后后的“广梧”高速公公路场景景。提供道路路真实场场景的交交互与查查询，用用户可以以选择自自动式或或者交互互式的方方式进行行道路三三维漫游游。对于自动动式漫游游而言，用用户只能能以预设设好的线线路进行行漫游。交互式漫漫游可以以利

14、用有有关知识识和经验验操作交交互设备备（如鼠鼠标、键键盘），进进而操纵纵屏幕中中的照相相机在三三维中定定位，并并允许用用户在界界面上进进行定位位查询公公路相关关构造物物信息以以及公路路的进度度信息。三维进度显显示对于路基基，系统统通过对对填挖方方高程的的判断来来进行三三维进度度表现。对于隧道道以及路路面，系系统通过过对工程程完成的的起止桩桩号的判判断来进进行三维维进度表表现。对于桥梁梁，系统统通过桥桥梁各组组成部分分的名称称的判断断来进行行三维进进度表现现。三维进度录录入管理理与查询询为了保障障数据的的安全，本本系统提提供了用用户及权权限管理理。每个个合同段段都有自自己用户户和密码码，每个个标

15、段都都只能录录入和看看到自己己标段的的进度数数据。系统为用用户提供供了简捷捷明了的的录入界界面和帮帮助系统统，用户户基本不不需任何何培训，通通过系统统界面基基本就能能掌握数数据的录录入。结结合系统统帮助用用户能在在短时间间内准确确无误的的掌握进进度数据据的录入入方法。灵活的自自定义信信息录入入。系统统管理者者可以根根据需要要，定制制输入信信息。并并对录入入的信息息进行查查询。例例如，系系统本身身没有提提供让各各个标段段进行进进隧道进进度的文文字报告告功能（假假设）。管管理者只只需通过过表单设设计器添添加该项项内容，用用户通过过互联网网录入数数据时就就会要求求用户录录入该信信息。系系统提供供了该

16、信信息录入入的界面面，并能能在信息息查询时时显示用用户录入入的该信信息。用户权限限管理功功能，系系统用户户可以针针对各个个标段对对用户的的权限进进行限制制。所见即所所得的智智能表单单设计，用用户可通通过智能能表单设设计器对对用户输输入界面面进行定定义。进度数据据更新，当当三维进进度系统统需要更更新数据据时，从从服务器器获取最最新的进进度数据据，并在在三维进进度系统统中把各各标段输输入的进进度信息息以图形形的形式式表现出出来。灵活的更更新方式式、整体体的、局局部的数数据更新新。可以以对不同同的对象象或标段段调用不不同时期期的进度度。历史进度度调度。为为了方便便用户查查询过往往进度，系系统提供供了

17、历史史进度数数据载入入功能。可可以查询询以往的的进度数数据并在在三维仿仿真系统统中以图图形的形形式表现现出来。系统的网网上维护护和更新新。为了了更好和和便捷的的维护系系统，本本系统提提供了网网上更新新的功能能。当我我们对系系统进行行更新或或升级时时，用户户只要点点击更新新便能获获取最新新的数据据库和程程序。基于互联联网和本本地的数数据更新新。当我我们在外外演示或或交流时时可能并并不方便便上网。用用户可以以先下载载最新的的进度，然然后在本本地模式式下运行行。可以以进行所所有的系系统操作作，也可可调取任任意时刻刻的进度度数据并并显示。三维模型的的观察和和显示全景方式式：公路路及沿线线山体、河河流及

18、相相关物体体都以纹纹理贴图图的方式式显示。展展现公路路修筑完完成后的的景象。网格方式式：以三三角网格格线的方方式显示示高速公公路及沿沿线的山山体。设计及进进度方式式：高速速公路以以黑色背背景加白白色网格格线的方方式显示示，山体体、河流流、及其其他相关关物体以以全景方方式显示示，展现现公路的的设计模模型。在在进度显显示时，修筑完成部分以贴图的形式展现。 全景浏浏览网格浏浏览 进度浏浏览（2）系统统结构本系统的总总体框架架由三层层组成（图图1），分分别为后后台数据据库、系系统管理理层、前前端应用用层。前端应用层（人机交互界面）后端数据库层（属性数据库，进度数据库，公路及各构造物的三维模型库，纹理素

19、材库）系统管理层信息查询与分析三维高速公路场景三维高速公路进度三维高速公路信息图 1 系系统总体体结构示示意2、系统开开发技术术标准 交交通部CCAD工工程软件件规范 公公路工程程技术标标准 公公路线路路设计规规范 公公路路基基设计规规范 公公路桥涵涵设计规规范信息产业部部颁布的的软件件产品管管理办法法JSPTTC软件件产品登登记测试试规范信息技术术软件产产品评价价质量特特性及其其使用指指南公路工程程质量检检验评定定标准 33、系统统开发环环境硬件：微机(最低低配置：CPUU1.88G以上上，内存存：1GG以上，硬硬盘：440G以以上，图图形加速速卡)大屏幕显示示器软件：服务器端：Winndo

20、wws 220033 企业业版+SSp1，DDotNNet FraameWWorkk2.00框架，IIIS66或IIIS7+SQLL Seerveer20005图形系统：AuttoCAAD 220044, Auttodeesk 3dss Maxx8开发工具：Vissuall C+6.0, Vissuall Baasicc 6.0, .neet2.04、数据组组织根据各模块块的特点点、各模模块之间间的关系系、以及及各模块块的相对对独立性性，考虑虑到数据据的共享享及数据据处理的的效率，本本系统采采用数据据库及文文件的形形式组织织数据及及其传递递。采集集并整合合各类涉涉及“广梧”高速公公路建设设的基

21、础础数据，形形成完备备高效的的公路建建设信息息数据库库。本系系统涉及及的数据据大致分分为两大大类，即即场景以以及构造造物的空空间数据据和属性性数据。空空间数据据包括公公路路面面、构造造物等的的三维模模型数据据。属性性数据包包括公路路及各构构造物的的名称及及实时进进度信息息等。根根据公路路的属性性数据特特征，数数据库中中属性数数据记录录采用里里程桩号号和构造造物名称称作为定定位坐标标。公路数据库库中的空空间数据据分为道道路路线线、桥梁梁、隧道道、互通通等。将将各种生生成的桥桥梁、隧隧道、路路基等三三维模型型数据文文件与实实际地形形三维模模型数据据组装成成分段的的高速公公路三维维模型。同同时建立立

22、属性数数据和空空间数据据的关联联信息，并并保存至至本地或或者相应应的数据据库中。四、解决的的关键技技术及主主要创新新点1、解决的的关键技技术(1)地形形点的粗粗差检测测与删除除是影响响建模精精度的最最主要原原因之一一。本课课题基于于统计学学原理，创创造性的的提出采采用地形形模拟的的方法检检测并剔剔除粗差差点，有有效的保保证了地地形原始始数据的的正确和和可靠。（2）完善善和改进进了不规规则三角角网构网网的动态态插入算算法，提提出了动动态维护护拓扑关关系技术术，系统统的构网网速度较较常规算算法提高高3-55倍。（3）针对对海量数数据的特特点，运运用了背面面消影、大大规模图图形LOOD等优优化三角角

23、格网的的技术，保保证了系系统在数数据处理理、构网网、渲染染、运动动处理等等过程的的高速度度。（4）运用用了多重重纹理映射射技术，使使得物体体表面含含有大量量丰富的的纹理细细节，增增强了场场景的真真实感，丰丰富了视视觉效果果。（5）双缓缓冲技术术使图象象转换更更平滑，屏屏幕无闪闪烁。反反走样技技术的应应用消除除了由于以以离散点点生成图图形和曲曲线所带带来的锯锯齿现象象，提高高了画面面质量。（6）针对对系统的的需要，利利用OppenGGL给我我们提供供的 GGLU 函数 gluuUnPProjjectt()，计算出拣选射线，从何实现选择物体的功能。（7）通过过开发三三维引擎擎数据接接口和数数据输入

24、入端进行行数据对接接，从而而实现三三维进度度的实时时显示。2、主要创创新点（1）首次次将工程程进度通通过虚拟拟现实技技术进行行三维表表现，同同时将各种图图文资料料和数据据与三维维工程对对象关联联。（2）本系系统是基基于OppenGGL、先先进的游游戏技术术、专业业图形显显卡和WEBB技术的的项目建建设进度度管理的的三维可可视化解解决方案案，用户户可以在在任何时时间、任任何地点点通过浏浏览器来来查看报报表、通通过三维维引擎查查看各工工程对象象的三维维进度。（3）系统统严格遵遵循主流流数据仓仓库理论论规范。在在经典的的二维形形象进度度方面，完完全覆盖盖国内同同类产品品。在三三维进度度方面，属属于国

25、际际先进水水平，是是唯一一一套能同同时提供供完整二二维形象象进度和和三维形形象进度度的综合平平台。五、系统功功能及特特点本系统由三三维漫游游、三维维进度显显示、三三维进度度管理与与查询、多多媒体动动画、三三维模型型的观察察和显示示等几个个主要部部分组成成。系统统的开发发紧密结结合工程程建设的的需要，尽尽可能反反映有关关的最新新研究成成果和计计算机技技术发展展水平，以以其实用用性、先先进性为为目标。系系统具有有如下主主要功能能和特点点：1、三维漫漫游利用虚拟现现实技术术，结合合现有的的真实地地形数据据和高速速公路完完整设计计资料，构构建出设设计完成成后的“广梧”高速公公路场景景，提供供道路真真实

26、场景景的交互互与查询询，用户户可以选选择自动动式或者者交互式式的方式式进行道道路三维维漫游。对对于自动动式漫游游而言，用用户只能能以预设设好的线线路进行行漫游。而而交互式式漫游可可以利用用有关知知识和经经验操作作交互设设备（如如鼠标、键键盘），进进而操纵纵屏幕中中的照相相机在三三维中定定位，并并允许用用户在界界面上进进行定位位查询公公路相关关构造物物信息以以及公路路的进度度信息。2、数据查查询在三维漫游游时，我我们可以以通过点点击路边边的构造造物以及及标识牌牌调出有有关于该该路段的的工程进进度信息息。此外外配合整整个系统统中的位位置（桩桩号、桥桥梁、隧隧道）跳跳转功能能，对虚虚拟场景景进行浏浏

27、览的快快速定位位操作。3、进度管管理作为本系统统的主要要用途，“进度管理”功能必不可少，为了能够通过三维系统真实再现公路工程的进度，我们将本系统与数据库相连接，同时为各个要体现进度的对象依次建立数据表。数据表根据对象类别的不同设置不同的表结构，达到公路工程建设的需要。由于公路工程建设地域广阔，数据类型多样，所以必须提供一个工程进度数据录入接口。考虑到现实的可操作性，我们通过B/S客户端将各标段分别建立用户，用户只需通过互联网登陆系统即可将进度数据方便快捷的上报到中心数据库。六、系统的的社会、经经济效益益及推广广应用前前景我国传统的的公路建建设管理理方式方方法主要要存在两两个方面面的问题题：一方

28、方面是人人工采集集数据，中中间环节节多、出出错率高高、效率率相对较较低，是是影响工工程建设设质量和和建设周周期的主主要因素素。另一一方面，公公路建设设质量的的好坏、效效益高低低主要取取决于设设计方案案的优劣劣和管理理手段和和方法的的先进性性，传统统的进度度管理多多采用报报表形式式，数量量多，分分析和整整理工作作相当繁繁琐。传传统的进进度管理理手段和和方法已已成为工工程管理理过程中中的一个个瓶颈和和难点，不不适应目目前公路路建设发发展的需需要。本系统是基基于虚拟拟现实技技术的三三维形象象进度管管理系统统。在建立数数字地面面模型和和公路三三维场景景的基础础上，将将三维模模型转入入OpeenGLL程

29、序以以实现人人机交互互控制，同同时可以以根据客客户的需需要定制制各种基基于工程程进度管管理需要要的各种种数据及及信息。该该系统的的应用，将将彻底改改变目前前的工程程进度管管理的手手段和方方法，它它不仅能能最大限限度的减减少人工工整体工工作的复复杂度和和出错率率，更重重要的是是管理者者能通过过本系统统直观的的了解到到公路建建设情况况。这是是真正意意义上的的三维进度度管理软软件，它它的应用用对提高高工程建建设质量量和效率率具有重重要意义义。目前计算机机在公路路建设领领域得到到普及，计计算机硬硬件发展展达到了了一定的的水平，能能够满足足海量数数据系统统的运行行，本系系统在公公路建设设领域大大规模推推广应用用已是最最佳时机机。目前前，该系系统已在在高速公公路建设设中得到到成功应应用，产产生了显显著的社社会效益益和经济济效益，随随着我国国公路建建设事业业的持续续发展，该该系统有有广阔的的推广应应用前景景。