浅谈数字高速公路中的关键技术

浅谈数字高速公路中的关键技术

袁功青

（华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640）

摘要：本文简要介绍数字高速公路的含义，探讨了虚拟现实技术以及3S技术在数字高速公路中的应用。通过对数字高速公路的关键技术的研究，为数字高速公路的实现从技术方面提供了有力的支持。

关键字：高速公路；数字化；虚拟现实；3S技术

1引言

随着交通建设的快速发展，高速公路的规划和管理越来越重要，但是过去高速公路信息多数是二维的，对于交通景观停留在效果图的制作上，而高速公路的许多管理数据如各路段的车流量、路况等都是相对孤立的，如何建立高速公路数字模型，并将高速公路的信息进行集成。建立数字高速公路信息平台软件整体框架，使之服务于高速公路乃至交通建设的规划与管理。数字高速公路，并不是指互联网，“数字高速公路”是数字地球的一个重要组成部分和重要支撑手段之一。是对真实高速公路及其相关现象统一的数字化重现和认识。综合运用计算机数字化手段（GIS、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟现实等技术）对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有高速公路的地理、资源、生态环境、人口、经济、社会信息等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能，用于重大决策的效果预演和对未来发展预测的技术系统。其核心思想是用数字化的手段来处理整个高速公路的诸方面的问题，最大限度地利用资源和信息，并使人们能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关高速公路的信息，其特点是嵌入高速公路海量地理数据，实现多分辨率、二维对高速公路的描述，即“虚拟高速公路”。即用数字的方法将高速公路的空间信息、公路上的车辆情况及整个公路环境的信息进行集成，实现在网络上的流通，并使之最人限度地为人类的交通极其环境的可持续发展服务。并利用它作为具来支持和改善人类活动和生活质量。

2数字高速公路概述

数字化是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把他们转变为一系列二进制代码，如计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。数字高速公路就是一个用数字表达的高速公路的各种信息综合信息平台。数字高速公路涉及到数字化技术、数据构模、决策支持到虚拟现实、信息网络与监控系统等多个领域。本文主要研究如何建立高速公路数字模型，并将高速公路的信息进行集成。建立数字高速公路信息平台软件整体框架，使之服务于高速公路乃至交通建设的规划与管理。

“数字高速公路”是数字地球的一个重要组成部分和重要支撑手段之一。它是对真实高速公路及其相关现象统一的数字化重现和认识。是通过计算机数字化手段、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟现实等技术对高速公路的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，并具有高速公路的地理、资源、生态环境、人口、经济、社会信息等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强人功能。其核心思想是用数字化的手段来处理整个高速公路的诸方面

的问题，最大限度地利用资源和信息，并使人们能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关高速公路的信息。由于数字高速公路是嵌入了海量地理数据，需实现多分辨率、三维对高速公路的描述，也称为“虚拟高速公路”，也就是用数字的方法将高速公路的空间信息、公路上的车辆情况及整个公路环境的信息进行集成，实现在网络上的流通。利用它作为具来支持和改善人类活动和生活质量。

3 数字高速公路中的关键技术

3.1 虚拟现实技术

数字高速公路的一个显著的技术特点是虚拟现实技术。虚拟现实技术为人类观察自然，欣赏景观，了解实体提供了身临其境的感觉。最近儿年，虚拟现实技术发展很快。虚拟现实造型语言是一种面向、面向对象的二维造型语言，而且它是一种解释性语言。它不仅支持数据和过程的二维表示，而且能使用户走进视听效果逼真的虚拟世界，从而实现数字高速公路的数字化表示。

虚拟现实通过计算机整合图像、声音、动画等，将三维的现实环境进行模拟，再通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生犹如身临其境的交互式视景仿真，并可选择任一角度，观看任一范围内的场景。止是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性的追求，以及个人能够沉浸其中，超越其上进出白如交互作用的多维信息系统推动了虚拟现实技术在交通建设中的发展与应用。当前虚拟现实技术已在欧美、台湾等地区广泛使用，由于在高速公路地域涉及范围太广，二维数据模型需求量太大，这就使得二维建模与数据处理的工作量太大，生成的模型很难与周边环境的融合，大大降低了模型的三维表现效果，同时，作周期太长，软硬件投资太大。因此，研究如何利用当前最新的二维建模技术，实现对高速公路的二维模型的快速建立实现直观、可行的可视化辅助手段，势在必行。

3.1.1 VRML简介

VRML定义了一种包含二维图像和多媒体的文件格式，从概念上讲，第一个VRML文件者是一个包含可以通过不同机制进行改变的声音对象的基于时间的三维空间。每个VRML 文件都应该具备以上特点隐式创建一个包括文件中定义的所有物体的二维空间显式定义和包括一系列的二维和多媒体对象，创建到其他文件或项目的超级连接能够定义对象行为，内联其它VRML文件等。

VRML是一个三维造型和渲染的图形描述性语言，它把一个“虚拟世界”看作一个“场景”，而场景中的一切看作“对象”也就只是“结点”，对每一个对像的描述就构成了WRL 文件；VRML的图形渲染是“实时”的；VRML是面向网络的，它是为网络而生的，并随网络而发展的，它的巧妙之处在于避免了在网上传输无限容量的一帧帧视频图像，而传输的是有限容量的WRL文件，即只传送描述场景的模型，而把动画帧的生成放在本地。

3.1.2 VRML交互技术

VRML本身并不具各与外部交互的能力，它必须和其它语言相结合才能构造出具备交互能力的三维场景。尽管VRML组织决定VRML2.0不需要任何特殊语言，这个决定部分是基于避免“语言战争”的愿望，而且基于这样的决心没有一种语言能够满足组织的所有要求。但是由于Java与网络的有力和紧密的统一性，Java被大多数严肃VRML的开发商采用。

VRML2.0可以通过扩展其执行模式进入Java世界，即活动行为通过一个特殊节点来连接VRML世界和Java世界这个节点称为Script节点。Script节点可以像其它的VRML2.0节点一样旋转在场景等级中的任何地方；可以用DEF命名它；可以从它那里移走事件，也可以把事件传给它。但是Script节点的字段是由用户延伸的到达这些字段的字段会自动移到和