地铁线路设计展示系统研究

摘要本文应用航拍、地理信息、图形处理以及三维可视化等高新技术，获取地铁线路沿线的高清影像、数字高程及二维GIS等数据，以Skyline系列软件为平台，开发了地铁线路设计展示系统，实现了地铁线路全线的场景漫游，沿线站位展示，节点定位切换以及线路沿线地理信息查询等展示功能。

关键词航拍地理信息三维可视化地铁线路设计展示

中图分类号U231+.2 文献标志码 A

1引言

随着21世纪科学技术的迅速发展，出现了许多高新技术，如高清影像航拍技术、地理信息技术、三维可视化技术、多媒体技术等。这些技术能处理并提供丰富的数字化信息，具备生动形象的表现力及可视化效果，应用优势越来越明显，需求也日益增大，已逐步应用于军事、医学、城市规划、能源、工程等各个领域[1]。因此，对这些高新技术的研究并应用于地铁线路设计展示领域，将具有开拓创新，与时俱进的重要意义。

2研究现状

目前国内地铁线路设计的展示主要基于二维效果的应用，如应用cad进行线路设计绘图，然后打印成图纸或图片，再应用word或ppt进行表达说明等，虽然比20世纪传统的依赖绘图工具， 手工绘图的设计表达方式迈进了一大步，但是仍然是停留在二维效果的展示，可视化效果不强烈，表现力不够生动形象。

Skyline系列软件是目前一套优秀的三维数字地球平台软件，凭借其国际领先的三维数字化显示技术，它可以利用海量的遥感航测影像数据、数字高程数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。目前在国内，它是制作大型真实三维数字场景的首选软件，已经在城市规划、房产、能源、勘探、环保等领域得到广泛应用，但国内尚未看到相关论文对其在地铁线路设计中的应用研究，因此将该技术研究并应用于地铁线路设计展示领域，开发出一套地铁线路设计展示系统，将填补该领域的研究空白，创新丰富地铁线路设计展示的表达手法。

3系统组成与功能

3.1总体设计

系统应用高清航拍技术获取高清影像数据，结合地理信息技术构建数字高程数据，运用图形处理技术将地铁线路设计文件及沿线规划资料处理成二维GIS数据，再借助三维可视化技术，以Skyline系列软件为平台，开发了地铁线路设计展示系统，该系统能实现全线场景漫游、沿线站位展示、节点定位切换、地理信息查询等功能，如图2所示。

3.2场景构建

本系统基于Skyline系列软件构建地铁线路全线三维地理信息场景。Skyline软件包括TerraBuilder，TerraExplorer Pro等主要软件，其中TerraBuilder用于建立地铁线路全线三维地形数据库平台，TerraExplorer Pro[2]用于添加或者导入地铁线路设计及沿线规划信息，构建地铁线路全线场景模型。

TerraBuilder 是用于融合海量的影像、高程数据，能迅速创建精确三维地形模型，编辑和维护三维地形数据库的3D平台构造器。在TerraBuilder下建立地铁线路全线三维地形数据库的步骤如下：①通过航拍技术获取地铁线路全线范围的高清影像数据；②通过地理信息技术获取地铁线路全线范围的数字高程数据；③将高清影像数据和数字高程数据添加到TerraBuilder中，裁剪、调色等处理后，进行融合，最后生成地铁线路全线三维地形数据库（*.mpt）。

构建地铁线路全线三维地形数据（*mpt）成功后，应用TerraExplorer Pro加载，并融入地铁线路全线的三维景观数据及二维GIS数据，创建*.fly文件，打包后形成地铁线路全线三维场景图。至此，基于TerraExplorer Pro的地铁线路全线三维场景就搭建完成了，接下来利用TerraExplorer Pro提供的工具进行二次开发，在实现基本功能（如显示控制，空间量算）的基础上加入高级分析功能，从而最终实现地铁线路设计展示系统的开发。

3.3功能实现

本系统采用VSNET2012作为基础开发平台，结合TerraExplorer Pro提供的com组件完成了对系统所有功能的定制，展示效果如图3所示。

3.3.1全线场景漫游

借助TerraExplorer Pro 软件提供的三维场景漫游工具，该功能以地铁线路为漫游路径，可以实现在三维场景中从线路小里程往大里程方向，或者大里程往小里程方向飞行漫游，并能设置漫游速度，从不同角度展示地铁线路沿线的现状道路、规划道路、建构筑物、车站站位及出入口设置、区间走向及联络通道位置等情况，给人一种身临其境的感觉。

3.3.2沿线站位展示

借助TerraExplorer Pro 软件提供的三维场景旋转、缩放及空间量算等工具，该功能实现对三维场景中所需站位或区间的360度全方位展示、缩放及距离测量等，通过场景中的高清影像并结合车站站位或区间的分布情况，从而详细了解车站或区间周边环境，以及车站出入口或联络通道设置的具置，为车站或区间布置方案的讨论和汇报提供了生动、形象、逼真的可视化效果。

3.3.3节点定位切换

借助TerraExplorer Pro 软件提供的三维场景自动定位工具，该功能实现在三维场景中对地铁线路全线重要节点的快速定位切换，例如，将地铁线路全线的所有车站及沿线重要控制点作为重要节点，做成信息树的枝点，每个枝点对应一个ID号，每个ID号绑定一个三维场景的空间位置。信息树将以树形结构显示在系统操作栏中供用户进行交互式操作，用户如果需要定位某个节点，只需要鼠标点击信息树中相应的枝点，系统便能马上遍历到相应的ID号，在三维场景中切换到对应的空间位置，从而实现了与用户的交互式操作，再应用沿线站位展示功能，可实现对该节点的详细了解，如想查看下一节点，只需重复上一步操作即可实时切换到下一节点的三维场景位置。

4 结束语

目前该系统已成功应用于福州市轨道交通2号线总体设计及初步设计专家审查汇报会议中，生动形象的展示介绍了福州市轨道交通2号线地铁线路设计的工程概况，取得了专家及市各单位领导的一致好评。但是，该系统并未真正的达到三维可视化的效果，尚未加载数字城市三维模型[8]，而且高新技术的发展是非常迅速的，因此仍然需要研究并引入更多更好的高新技术，创新、丰富和完善地铁线路设计展示的表达手法，展望未来地铁线路设计的展示也许将会加载基于数字城市三维模型的应用，从而实现真正的三维可视化效果。

参考文献

[1] 文雪中，潘建平，付飞飞. 三维建模技术在数字城市中的应用[J].科技资讯,2010(2).

[2] 陈福江..城市三维漫游系统在Skyline下的实现[J].测绘与空间地理信息,2012,35(2):87-89.