路表三维可视化模型的建立及其空间曲线提取的方法研究

摘要

随着公路的迅速发展，人们对路面质量的要求也不断提高。目前，我国高等级公路特别是高速公路，由于多方面的原因，已建成通车路面出现了不同程度的损坏。如何快速、准确、安全、低成本检测和评价路面各种变形病害，给出路面表面真实的三维信息情况，科学指导养护管理，一直是国内外公路交通行业重点研究和亟待解决的课题。若还是沿用过去的方法，已不能适应公路发展的要求。不能局限在一维或二维的分析和评价的层面上，应从全车道三维整体的角度来分析和评价路面表面状况。本文通过对地理信息系统(GIS)，数字地面模型(DTM)，数字高程模型(DEM)等研究的基础上，概述并比较建立数字地面模型的方法。根据本文的实际数据情况确定其构建方法。本文所运用的数据是自行开发的道路综合检测车所采集的密集横断面三维数据，有针对性的建立海量数据的处理方法。进行数据转换，以适用于后期建模工作。将现有的道路设计软件通过其模块的二次开发，使其适用于路面表面高程模型的建立，实现路面表面三维可视化。利用已生成的路面表面数字地面模型提供的数据信息，模拟汽车行驶轨迹输入路面表面数字模型中，调整参数及编写程序文件，提取出路面表面任意行驶轨迹的路面地面线，也可提取路面表面任意横断面，纵向线的地面线及其数据信息，实现了对路面表面空间曲线的提取。本文的目的在于提出一种快速建立路面表面三维数字模型及空间曲线提取的方法。通过该方法，可以很直观给出路面表面的三维信息，路面表面的高程信息，积水区域及其面积的计算，路面表面任意行车轨迹的地面纵断面提取，显示出汽车行驶过的路面表面实际状况。为后期路面变形病害的识别，路面状况评价，路面科学养护维修以及行车安全性等方面提供全面、客观、准确的三维数字信息。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3.1 三维地形可视化方面的现状情况

1.3.2 三维可视化模型在道路方面的应用现状

1.3.3 路面检测系统方面的研究现状

1.4 论文研究的主要内容及技术路线

第2章 三维数字地面模型

2.1 数字地面模型

2.1.1 数字地面模型(DTM)

2.1.2 数字高程模型(DEM)

2.1.3 二者的关系

2.2 DEM数据的获取

2.3 建立DEM表面模型的方法

2.3.1 概述

2.3.2 DEM表面建立的方法

2.4 DEM的主要表示模型

2.4.1 规则格网(GRID)模型

2.4.2 不规则三角网(TIN)模型

2.4.3 规则格网与不规则三角网比较

2.5 本章小结

第3章 路面表面三维可视化模型的建立

3.1 概述

3.2 道路设计软件系统

3.2.1 软件简介

3.2.2 系统模块的组成

3.3 路面表面数字模型的建立

3.3.1 数据的准备

3.3.2 数据导入处理

3.3.3 三角网的构建

3.3.4 路面表面高程模型的建立

3.4 路面表面三维可视化的实现

3.5 路表积水区域及其深度的表现

3.5.1 路面表面横断面的提取

3.5.2 路表积水区域的确定与显示

3.6 本章小结

第4章 路面表面空间曲线提取的实现

4.1 汽车行驶轨迹的研究

4.1.1 行驶轨迹

4.1.2 组合线形

4.2 行驶轨迹的输入

4.2.1 轴线设计模块结构

4.2.2 轨迹输入操作流程

4.3 行车轨迹纵断面地面线的提取

4.3.1 生成纵断面地面线

4.3.2 行车轨迹纵断面地面线的提取

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢