智能化交叉口竖向设计系统的研究与开发
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ＭＥ Ｈ Ｒ Ｄ 模型 。基于该模型的交叉 口设计方法简捷 、精确 ，适用于所有交叉 口样式 ，能快速绘制等高 ｓ＿ Ｉ
线、 标注板块高程 ，更能实 时直观 的查看 、调整交叉 口设计 面三维模型 。
关 键 宇 ：竖 向设 计 ； 边 界 线 ； Ｍ Ｅ Ｈ —Ｇ Ｄ 模 型 ； 等 高 线 ； 拓 扑 关 系 Ｓ ＲＩ
线是复杂的组合曲线时就没有力｝处理；三是不能 、 去
直观查看建立 的模 型 ，没计 调整很不方便 ，无 法体
现 设计过程的连续 陛。
竖向设计 ，使其符合行车舒适 、排水迅速和建筑
艺术三方面要求 ，具有极其重要的意义 。在交叉 口竖向设计中，如何利用图形快速 、 精确的表达 设计思想 ，一 直是设计人 员在 实际操作 中的难
总第 １６ ３ 期
口范围 、各路脊线等 ；有数据信息 ，如交叉口内
图形 表达 出来 之 后 的后继 设 计调整 和信 息反馈 ，
各道路的纵横坡度 、交叉口中心点控制高程 、绘
制等高线的等高距等，在使用辅助设计系统完成 交叉口竖向设计时 ，这些信息是要靠人工在前期 获取的 ，而之后 ， 所有信息的输入及修改，还有
３ 、基 于 ＭＥ Ｈ ＧＲＩ Ｓ — Ｄ模 型的 智能化交叉
口竖 向设计 系统
本 文利 用 Ｇ Ｓ地理 信息 系统 ） Ｄ Ｍ（ ｇｔ Ｉ（ 中 Ｅ Ｄｉ ａ ｉｌ
Ｅｅａｏ ｄｌ 数字高程模型） ｌ ｔｎ ｖ ｉ Ｍｏｅ， 的最常见表达形式
Ｇｒ （ 网）’ 示交叉 口的竖 向设计面 ， ｉ格 ｄ 来表 以当前道
绘制等高线，计算板块角点高程等。但交叉口设计
面实际上是连续曲面，用 ＴＮ来逼近曲面时， Ｉ 必须 获取大量散点数据 ， 如何使得这些数据点尽可能贴
近设计曲面，同时如何处理一些特征线（ 道路中线、
路边线） Ｔ 中的插入 ，这些都是很困难的 。国 在 Ｉ Ｎ
高度智 能化是本 系统开发 过程 中的追求 目
１ 、各种计算 ２ 、建 立 ＭＥ Ｈ Ｇ Ｉ Ｓ － Ｒ Ｄ模型
２、确 定 路 脊 线 ，并 在 图 形 平 台 ３ 、输入 交叉口控 制点高程信息 以及 各 ３ 、绘制等高线图 Ａｕ Ｃ Ｄ中绘制 ｔ Ａ ｏ 道路纵横坡度数据 ４ 、标注等高线高程 ３ 确定各设计参数 ： 、 交叉口中心点控 ４ 、查看 交叉 口立 而三维模型 ，进行 后 ５ 、标注板块 角点高程
标 ，但是任何智能化产品都是模仿人脑的产物 ，
离不开人工的配合和使用 。由于交叉［竖向设计 Ｊ 时需要的信息和参数很多，有 图形信息 ，如交又
内的软件 ， 大多模仿传统交叉口设计方法和步骤 ，
在一定程度上代替 了以前的手工计算和 绘图工作 ，
・
３４ ・
２０ ０９年第 ４期
广东公 路勘察 设计
题 。笔者经过多年 的探索 ，发展了一种全新 的智
能化交叉口没计方法和数学模型。
路设计中使用最为广泛的绘图软件 Ａ ｔ Ａ ｕ Ｃ Ｄ为基 ｏ 础平台， 进行二次开发， 建立了一套智能化的交叉 口竖 向 设 计 系 统 。 此 系 统 的 核 心 是 独 创 的
ＭＥ Ｈ Ｇ Ｉ 模 型 ， 它 的 基 本 思 想 是 ： 借 助 Ｓ － ＲＤ
Ａ ｔＣ Ｄ 中的 Ｐ ｌｇ ｎ ｓ （ 嘲格 ，又称 为 自 ｕｏ Ａ ｏｙ ｏ Ｍｅｈ矩形
２ 、国 内外 交叉 口竖 向设计 软件 的现状
道 路路线 没计 中，路段 一般被视为线 性物 ，可
分别做平面、纵断面、横断面设计，而交叉口，由 于有多条道路相交 ， 且各种交通通行时要求连续 、 自 然的过渡， 应该建立一个光滑 、 平顺的曲面模型。 目 ， 前 国外一些软件是在交叉口范围内建立数字高
则是通过人机交互完成的。计算机系统要完成的 工作包括各种后台计算 、建立 ＭＥ Ｈ Ｇ Ｉ Ｓ － ＲＤ模
型 、绘制等高线图 、进行各种标注 、 模型的查看
和修 改 等 。
表 １ 系 统 的人 机 分 工 和 交互 内容
人工工作
人机交互工作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
汁算机系统工作
１ 确定交叉口平面位置和范 围， 、 并在 １ 、辅助构造 交叉 口边 界线 图形平台 Ａｕ Ｃ Ｄ中绘制 出来 ｔ Ａ ｏ ２、选择各路 脊线
制高程 ，各道路纵横坡度 ，等高线的 继设计调整和信 息反馈 等高距等 ６ 、建立放 大任 意倍数的设计而三维模 型 ，提供 实时直观的查看和调整功能
本 系统的操作流程 简单 、有效 ，力求在最
１ 、引言
道 路与道路在 同一平面 上相交的地方 称为 平面交叉 ，又称为交叉 ｕ” 。在道路 网中，交叉
口是道 路 交通 的咽 喉 ，各种 车 辆和 行 人 都要在 这 里汇 集 、通行 、转 向 ，因此 合 理 的对 交叉 口进 行
但是在应用中存在诸多问题 ： 一是 自 动化程度不高， 前期要输入很多数据；二是当交叉口路脊线或路边
２０ 年第 ４ ０９ 期
王义鑫
智能化交叉 口竖向设计系统的研究与开发
总第 １６ ３ 期
智能化 交叉 口竖 向设计 系统 的研 究与开发
王义鑫
（ 东省公路勘察规划设计院有限公 司 ， 广州 广 ５０ ０ ０ ５ ７）
摘 要 ：在 比 较 国 内 外 已 有 的 平 面 交 叉 口竖 向 设 计 软 件 基 础 上 ，提 出 一 种 全 新 的 交 叉 口数 学模 型
程模型 （ 不规则三角 网 ＴＮ）然 后在 ＴＮ的基础 上 Ｉ ， Ｉ
由的 多边 形 网格 ） 建交叉 口范围 内的 Ｇｒ 来构 ｉ ｄ形式
的 Ｄ Ｍ，对不同样式的交叉口进行板块的 自 Ｅ 动划
分 ，每 个 板 块 用 一 个 Ｐ ｌｇ ｎ ｓ（ 文 中称 为 ｏｙ ｏＭｅｈ下
ＭＥ Ｈ 曲面片） Ｓ 来模拟该范围内的竖向设计面 ， 最 终所有的 Ｍ Ｓ Ｅ Ｈ曲面片 自然无缝的拼接起来 ， 构成 ＭＥ Ｈ－ＲＤ模型，以表达交叉口的竖向没计面。 Ｓ－ Ｉ Ｇ ３１ 系统的人机分工和操 作流程 ．
ＭＥ Ｈ Ｒ Ｄ 模型 。基于该模型的交叉 口设计方法简捷 、精确 ，适用于所有交叉 口样式 ，能快速绘制等高 ｓ＿ Ｉ
线、 标注板块高程 ，更能实 时直观 的查看 、调整交叉 口设计 面三维模型 。
关 键 宇 ：竖 向设 计 ； 边 界 线 ； Ｍ Ｅ Ｈ —Ｇ Ｄ 模 型 ； 等 高 线 ； 拓 扑 关 系 Ｓ ＲＩ
线是复杂的组合曲线时就没有力｝处理；三是不能 、 去
直观查看建立 的模 型 ，没计 调整很不方便 ，无 法体
现 设计过程的连续 陛。
竖向设计 ，使其符合行车舒适 、排水迅速和建筑
艺术三方面要求 ，具有极其重要的意义 。在交叉 口竖向设计中，如何利用图形快速 、 精确的表达 设计思想 ，一 直是设计人 员在 实际操作 中的难
总第 １６ ３ 期
口范围 、各路脊线等 ；有数据信息 ，如交叉口内
图形 表达 出来 之 后 的后继 设 计调整 和信 息反馈 ，
各道路的纵横坡度 、交叉口中心点控制高程 、绘
制等高线的等高距等，在使用辅助设计系统完成 交叉口竖向设计时 ，这些信息是要靠人工在前期 获取的 ，而之后 ， 所有信息的输入及修改，还有
３ 、基 于 ＭＥ Ｈ ＧＲＩ Ｓ — Ｄ模 型的 智能化交叉
口竖 向设计 系统
本 文利 用 Ｇ Ｓ地理 信息 系统 ） Ｄ Ｍ（ ｇｔ Ｉ（ 中 Ｅ Ｄｉ ａ ｉｌ
Ｅｅａｏ ｄｌ 数字高程模型） ｌ ｔｎ ｖ ｉ Ｍｏｅ， 的最常见表达形式
Ｇｒ （ 网）’ 示交叉 口的竖 向设计面 ， ｉ格 ｄ 来表 以当前道
绘制等高线，计算板块角点高程等。但交叉口设计
面实际上是连续曲面，用 ＴＮ来逼近曲面时， Ｉ 必须 获取大量散点数据 ， 如何使得这些数据点尽可能贴
近设计曲面，同时如何处理一些特征线（ 道路中线、
路边线） Ｔ 中的插入 ，这些都是很困难的 。国 在 Ｉ Ｎ
高度智 能化是本 系统开发 过程 中的追求 目
１ 、各种计算 ２ 、建 立 ＭＥ Ｈ Ｇ Ｉ Ｓ － Ｒ Ｄ模型
２、确 定 路 脊 线 ，并 在 图 形 平 台 ３ 、输入 交叉口控 制点高程信息 以及 各 ３ 、绘制等高线图 Ａｕ Ｃ Ｄ中绘制 ｔ Ａ ｏ 道路纵横坡度数据 ４ 、标注等高线高程 ３ 确定各设计参数 ： 、 交叉口中心点控 ４ 、查看 交叉 口立 而三维模型 ，进行 后 ５ 、标注板块 角点高程
标 ，但是任何智能化产品都是模仿人脑的产物 ，
离不开人工的配合和使用 。由于交叉［竖向设计 Ｊ 时需要的信息和参数很多，有 图形信息 ，如交又
内的软件 ， 大多模仿传统交叉口设计方法和步骤 ，
在一定程度上代替 了以前的手工计算和 绘图工作 ，
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３４ ・
２０ ０９年第 ４期
广东公 路勘察 设计
题 。笔者经过多年 的探索 ，发展了一种全新 的智
能化交叉口没计方法和数学模型。
路设计中使用最为广泛的绘图软件 Ａ ｔ Ａ ｕ Ｃ Ｄ为基 ｏ 础平台， 进行二次开发， 建立了一套智能化的交叉 口竖 向 设 计 系 统 。 此 系 统 的 核 心 是 独 创 的
ＭＥ Ｈ Ｇ Ｉ 模 型 ， 它 的 基 本 思 想 是 ： 借 助 Ｓ － ＲＤ
Ａ ｔＣ Ｄ 中的 Ｐ ｌｇ ｎ ｓ （ 嘲格 ，又称 为 自 ｕｏ Ａ ｏｙ ｏ Ｍｅｈ矩形
２ 、国 内外 交叉 口竖 向设计 软件 的现状
道 路路线 没计 中，路段 一般被视为线 性物 ，可
分别做平面、纵断面、横断面设计，而交叉口，由 于有多条道路相交 ， 且各种交通通行时要求连续 、 自 然的过渡， 应该建立一个光滑 、 平顺的曲面模型。 目 ， 前 国外一些软件是在交叉口范围内建立数字高
则是通过人机交互完成的。计算机系统要完成的 工作包括各种后台计算 、建立 ＭＥ Ｈ Ｇ Ｉ Ｓ － ＲＤ模
型 、绘制等高线图 、进行各种标注 、 模型的查看
和修 改 等 。
表 １ 系 统 的人 机 分 工 和 交互 内容
人工工作
人机交互工作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
汁算机系统工作
１ 确定交叉口平面位置和范 围， 、 并在 １ 、辅助构造 交叉 口边 界线 图形平台 Ａｕ Ｃ Ｄ中绘制 出来 ｔ Ａ ｏ ２、选择各路 脊线
制高程 ，各道路纵横坡度 ，等高线的 继设计调整和信 息反馈 等高距等 ６ 、建立放 大任 意倍数的设计而三维模 型 ，提供 实时直观的查看和调整功能
本 系统的操作流程 简单 、有效 ，力求在最
１ 、引言
道 路与道路在 同一平面 上相交的地方 称为 平面交叉 ，又称为交叉 ｕ” 。在道路 网中，交叉
口是道 路 交通 的咽 喉 ，各种 车 辆和 行 人 都要在 这 里汇 集 、通行 、转 向 ，因此 合 理 的对 交叉 口进 行
但是在应用中存在诸多问题 ： 一是 自 动化程度不高， 前期要输入很多数据；二是当交叉口路脊线或路边
２０ 年第 ４ ０９ 期
王义鑫
智能化交叉 口竖向设计系统的研究与开发
总第 １６ ３ 期
智能化 交叉 口竖 向设计 系统 的研 究与开发
王义鑫
（ 东省公路勘察规划设计院有限公 司 ， 广州 广 ５０ ０ ０ ５ ７）
摘 要 ：在 比 较 国 内 外 已 有 的 平 面 交 叉 口竖 向 设 计 软 件 基 础 上 ，提 出 一 种 全 新 的 交 叉 口数 学模 型
程模型 （ 不规则三角 网 ＴＮ）然 后在 ＴＮ的基础 上 Ｉ ， Ｉ
由的 多边 形 网格 ） 建交叉 口范围 内的 Ｇｒ 来构 ｉ ｄ形式
的 Ｄ Ｍ，对不同样式的交叉口进行板块的 自 Ｅ 动划
分 ，每 个 板 块 用 一 个 Ｐ ｌｇ ｎ ｓ（ 文 中称 为 ｏｙ ｏＭｅｈ下
ＭＥ Ｈ 曲面片） Ｓ 来模拟该范围内的竖向设计面 ， 最 终所有的 Ｍ Ｓ Ｅ Ｈ曲面片 自然无缝的拼接起来 ， 构成 ＭＥ Ｈ－ＲＤ模型，以表达交叉口的竖向没计面。 Ｓ－ Ｉ Ｇ ３１ 系统的人机分工和操 作流程 ．