高速公路三维形象进度管理系统介绍材料长沙理工大学公路CAD研究所长沙华科工程系统信息技术公司2010年3月目录一、系统研究目的、意义和必要性 (5)二、研究目标 (1)1、项目研究目标及结构组织 (1)2、系统主要研究成果 (2)3、能形成的知识产权情况三、主要研究开发内容………………………………………………三、系统总体设计 (7)1、系统目标及总体结构 (7)2、系统开发技术标准 (11)3、系统开发环境 (11)4、数据组织 (12)四、解决的关键技术及主要创新点 (13)1、解决的关键技术 (13)2、主要创新点 (13)五、系统功能及特点 (16)1、三维漫游 (16)2、三维进度显示 (16)3、三维进度管理与查询 (16)六、系统的经济、社会效益及推广应用前景 (17)一、引言1、项目研究目标及结构组成“高速公路三维形象进度管理系统”为广东省交通厅2005年科技项目（项目编号2005-18），项目结合广梧高速公路项目建设需要，主要展开对高速公路建设新型项目管理技术的应用，并结合工程建设的需要进行研究，以提高广东高速公路建设的科技含量和提高公路建设信息化管理水平。
该课题由广东云梧高速公路有限公司主持，由长沙华科工程系统信息技术公司、长沙理工大学公路CAD研究所联合组成课题组承担研究工作。
具体分工为：广东云梧高速公路有限公司——总体负责。
负责项目申报、项目研究组织、研究大纲审定、现场组织管理、项目研究经费配套、研究进度监督检查、项目成果推广应用、组织项目鉴定验收。
长沙理工大学公路CAD研究所——承当项目研究技术工作。
提出项目研究内容、确定项目研究技术方案、制定项目研究大纲、进行项目测试分析、技术协助现场试验、撰写项目研究报告;编制相应模块开发指南；完成主持单位对项目研究委托的相关内容，协助项目成果推广应用和项目鉴定验收。
长沙华科工程系统信息技术公司——承当项目申报和协调工作。
组织项目申报、研究大纲审定、项目研究经费配套、研究进度监督检查、项目成果推广应用和项目鉴定验收。
2、项目主要研究成果(1)完成了对数据量无限制的海量数据的带状三角网快速整体建模程序，并高效、完善的对地物、地形断裂线进行TIN的网形调整，数模内插精度高，构网速度达到了国际同类软件的先进水平。
（2）三维系统开放的数据接口，使系统能够接受目前常见的各种数据源，并且易于扩展，实用性强。
（3）根据公路平、纵、横、设计资料建立公路表面模型。
具体做法是根据定义的路基标准横断面逐桩进行“戴帽子”设计，再由两相邻横断面设计线构建面模型，然后再将公路设计面模型与地表面模型-即数字地面模型进行交接拼合以得到组合面模型。
（4）开发了针对海量数据的三维引擎系统，解决了大场景模型显示和操作的技术难点。
（5）三维引擎系统利用深度缓冲区（Z-Buffer）来实现图像空间中的消隐，利用纹理映射原理还原真实感图形。
（6）基于数据库，完成了功能强大的、灵活的图形与数据的双向动态平衡的三维交互系统，三维模型的选择、360度全方位浏览、三维位置的快速跳转，不仅满足工程建设管理的需要，而且为使用者提供了方便快捷的操作方式。
（7）带地面景观的三维道路工程模型快速、准确、客观的反映道路修建后的真实情况。
（8）基于互联网的分布式数据采集解决了高速公路因工程建设地域性广阔而难以采集数据的难点，使系统能得到较好的应用。
（9）数据更新方式灵活，整体的、局部的数据更新。
可以对不同的对象或标段调用不同时期的进度。
(10) 历史进度调度功能。
为了方便用户查询过往进度，系统提供了历史进度数据载入功能。
可以查询以往的进度数据并在三维仿真系统中以图形的形式表现出来。
(11) 系统的网上维护和更新。
为了更好和便捷的维护系统，本系统提供了网上更新的功能。
当我们对系统进行更新或升级时，用户只要点击更新便能获取最新的数据库和程序。
(12) 为了保障数据的安全，本系统提供了用户及权限管理。
每个合同段都有自己用户和密码，每个标段都只能录入和看到自己标段的进度数据。
(13) 系统为用户提供了简捷明了的录入界面和帮助系统，用户基本不需任何培训，通过系统界面基本就能掌握数据的录入。
结合系统帮助用户能在短时间内准确无误的掌握进度数据的录入方法。
（14）灵活的自定义信息录入。
系统管理者可以根据需要，定制输入信息。
并对录入的信息进行查询。
例如，系统本身没有提供让各个标段进行进隧道进度的文字报告功能（假设）。
管理者只需通过表单设计器添加该项内容，用户通过互联网录入数据时就会要求用户录入该信息。
系统提供了该信息录入的界面，并能在信息查询时显示用户录入的该信息。
(15) 用户权限管理功能，系统用户可以针对各个标段对用户的权限进行限制。
（16）所见即所得的智能表单设计，用户可通过智能表单设计器对用户的输入界面进行定义。
（17）由于本系统对公路设计的成果通过全三维的形式表现出来，对公路设计选线方面有一定的参考价值。
二、系统研究目的意义目前，我国公路建设正处在前所未有的高速发展时期。
在大规模的进行高等级公路建设中，工程管理是这项庞大的系统工程的重中之重，直接关系到工程建设质量的好坏。
而目前影响我国公路建设工程管理水平和效益的重要因素依然是没有突破传统的管理模式和方法，技术含量相对较低，特别是高科技含量不足，严重的制约了我国高等级公路的发展。
针对当前项目建设管理技术高科技含量不足的问题，研究技术先进可靠、管理方便、简单易用的新型实用成套技术，已是一个急需解决的紧迫课题。
2007年，正在施工建设的广梧高速公路二期工程针对进度管理海量的数据，为提高高速公路建设的高科技含量和项目建设管理的信息化水平，广东云梧高速公路有限公司提出了采用全三维的进度管理方案。
鉴于该技术在国内为初步应用，初步审查意见明确提出要结合高速公路建设，对这一新型的进度管理模式进行专题试验和研究。
为了适应广东省公路建设的技术需要，提高公路建设管理的技术含量，节约工程投资，加快工程建设进度，广东云梧高速公路有限公司结合广梧高速公路建设，联合长沙华科工程系统信息技术公司、长沙理工大学公路CAD研究所，对“高速公路三维形象进度管理系统”项目进行系统开发研究。
拟通过对工程实际建设过程进行试验研究，开发出一套与工程建设相结合，兼具二维形象进度和三维形象进度的综合管理平台。
因此本项目研究具有重要的现实意义和实用价值，同时将产生显著的社会效益和经济效益。
三、系统总体设计本系统共分为如下几个子系统模块，由广东云梧高速公路有限公司与长沙理工大学CAD研究所共同开发。
1、系统目标及总体结构本系统的目标是建立一个集三维漫游、三维进度显示、三维进度管理与查询、多媒体动画及三维模型的观察和显示等功能为一体的公路三维进度管理系统。
在系统的开发过程中，始终体现面向用户、面向工程的思想，并尽可能的反映有关最新科研成果和计算机技术的发展水平，追求系统的实用性、先进性，以满足工程实际应用的需要。
（1）系统目标三维漫游·利用虚拟现实技术，结合现有的真实地形数据和高速公路完整设计资料，构建出设计完成后的“广梧”高速公路场景。
·提供道路真实场景的交互与查询，用户可以选择自动式或者交互式的方式进行道路三维漫游。
·对于自动式漫游而言，用户只能以预设好的线路进行漫游。
·交互式漫游可以利用有关知识和经验操作交互设备（如鼠标、键盘），进而操纵屏幕中的照相机在三维中定位，并允许用户在界面上进行定位查询公路相关构造物信息以及公路的进度信息。
三维进度显示·对于路基，系统通过对填挖方高程的判断来进行三维进度表现。
·对于隧道以及路面，系统通过对工程完成的起止桩号的判断来进行三维进度表现。
·对于桥梁，系统通过桥梁各组成部分的名称的判断来进行三维进度表现。
三维进度录入管理与查询·为了保障数据的安全，本系统提供了用户及权限管理。
每个合同段都有自己用户和密码，每个标段都只能录入和看到自己标段的进度数据。
·系统为用户提供了简捷明了的录入界面和帮助系统，用户基本不需任何培训，通过系统界面基本就能掌握数据的录入。
结合系统帮助用户能在短时间内准确无误的掌握进度数据的录入方法。
·灵活的自定义信息录入。
系统管理者可以根据需要，定制输入信息。
并对录入的信息进行查询。
例如，系统本身没有提供让各个标段进行进隧道进度的文字报告功能（假设）。
管理者只需通过表单设计器添加该项内容，用户通过互联网录入数据时就会要求用户录入该信息。
系统提供了该信息录入的界面，并能在信息查询时显示用户录入的该信息。
·用户权限管理功能，系统用户可以针对各个标段对用户的权限进行限制。
·所见即所得的智能表单设计，用户可通过智能表单设计器对用户输入界面进行定义。
·进度数据更新，当三维进度系统需要更新数据时，从服务器获取最新的进度数据，并在三维进度系统中把各标段输入的进度信息以图形的形式表现出来。
·灵活的更新方式、整体的、局部的数据更新。
可以对不同的对象或标段调用不同时期的进度。
·历史进度调度。
为了方便用户查询过往进度，系统提供了历史进度数据载入功能。
可以查询以往的进度数据并在三维仿真系统中以图形的形式表现出来。
·系统的网上维护和更新。
为了更好和便捷的维护系统，本系统提供了网上更新的功能。
当我们对系统进行更新或升级时，用户只要点击更新便能获取最新的数据库和程序。
·基于互联网和本地的数据更新。
当我们在外演示或交流时可能并不方便上网。
用户可以先下载最新的进度，然后在本地模式下运行。
可以进行所有的系统操作，也可调取任意时刻的进度数据并显示。
三维模型的观察和显示·全景方式：公路及沿线山体、河流及相关物体都以纹理贴图的方式显示。
展现公路修筑完成后的景象。
·网格方式：以三角网格线的方式显示高速公路及沿线的山体。
·设计及进度方式：高速公路以黑色背景加白色网格线的方式显示，山体、河流、及其他相关物体以全景方式显示，展现公路的设计模型。
在进度显示时，修筑完成部分以贴图的形式展现。
全景浏览网格浏览进度浏览（2）系统结构本系统的总体框架由三层组成（图1），分别为后台数据库、系统管理层、前端应用层。
图1 系统总体结构示意2、系统开发技术标准交通部CAD工程软件规范公路工程技术标准公路线路设计规范公路路基设计规范公路桥涵设计规范信息产业部颁布的《软件产品管理办法》《JSPTC软件产品登记测试规范》《信息技术软件产品评价质量特性及其使用指南》《公路工程质量检验评定标准》3、系统开发环境·硬件：微机(最低配置：CPU1.8G以上，内存：1G以上，硬盘：40G以上，图形加速卡)大屏幕显示器·软件：服务器端：Windows 2003 企业版+Sp1，DotNet FrameWork2.0框架，IIS6或IIS7+SQL Server2005 图形系统：AutoCAD 2004, Autodesk 3ds Max8开发工具：Visual C++6.0, Visual Basic 6.0, .net2.04、数据组织根据各模块的特点、各模块之间的关系、以及各模块的相对独立性，考虑到数据的共享及数据处理的效率，本系统采用数据库及文件的形式组织数据及其传递。