面向智能公路选线的三维空间语义信息建模及应用关键技术研究

Intelligent route selection is one of the research fields of the highway route selection theories and methods. Although, after years of development, intelligent highway route selection has achieved encouraging results. Because failed to model route selection domain and method knowledge uniformly, integrate numerical and Knowledge-based methods and design route scheme man-machine corporately under virtual three dimensional circumstances, it is still not the time to put intelligent route selection into practice. The key tackling those problems is how to make computers cognize and utilize 3D geographic information automatically. So the project is proposed to study modeling of 3D spatial semantic information and key applying technology of it. Firstly, based on ontology, conceptualisation of 3D Space entities for highway route selection is established, which compose semantic model of geographic information. And by instantiation the model, GIS database can be constructed. Secondly, by unifying topographical analysis, geostatistical analysis and 3D spatial analysis method, control information for highway scheme of long distance and large range is proposed. Then, through the approach of "Propose-verify-improve", the automatic method of generating highway initial alignment and designing local alignment scheme can be put forward. Finally actual case is put up to test and modify proposed methods. If the project goes smoothly, it can better theories and methodologies of the highway route selection and lay a new foundation for developing next generation software of road survey and design.

智能选线是当前公路选线理论与方法的研究方向之一。经多年发展，公路智能选线取得了可喜成绩，但由于没能实现选线领域与方法知识的统一建模、知识与数值方法的联合、虚拟三维地理环境中的人机协同设计，智能选线离生产实践还有一定距离。而解决这些问题的一个关键点是如何让计算机有效识别和利用三维地理信息。因此项目提出研究三维空间信息的语义建模及语义信息的应用关键技术。首先基于本体论建立公路选线的三维空间实体概念体系，建立地理信息语义模型，并通过实例化建立地理信息数据库；然后通过联合地形因子分析、地理统计分析、三维空间分析的方法，研究长距离、大范围内路线方案走向控制信息的自动提取；再通过"提案-验证-改进"的方式，实现模拟人工作业方式的路线初始方案自动生成和局部路线方案自动设计；最后通过建立实际案例，验证、改进所提方法。课题开展能完善公路选线的理论与方法体系，为下一代道路勘测设计软件的开发奠定基础。

智能选线是当前公路选线理论与方法的研究方向之一。项目以提高公路路线方案设计质量，减轻设计人员劳动强度，加快设计进程为目标，旨在通过构建基于本体论的三维空间语义信息模型，实现路线方案生成控制信息的自动提取，以及路线局部方案的自动设计，为公路选线知识统一建模及虚拟三维地理环境下人机协同智能选线奠定理论及方法基础，进而为下一代道路勘测设计软件的开发提供理论及方法。经过4年的研究取得了如下进展：1）提出了协同人机智能、联合知识工程与优化算法的公路三维智能选线方法；2）提出了基于本体的公路选线知识建模方法；3）建立了面向公路智能选线的三维空间语义信息建模，并建立了选线地理信息数据库；4）实现了基于知识工程的“提案—筛选—改进”设计方法；5）实现了基于三维空间数据的局部路线方案自动生成方法；6）部分完成了路线非经济类控制点自动提取；7）部分完成了基于智能优化及GIS的公路路线通道设计方法。研究成果应用于铁路及公路选线，研制了“高速公路路线三维智能辅助设计系统”“ 铁路线路方案快速比选智能辅助设计系统”等软件，应用于铁路、公路选线的生产实践，以及本科研究生试验教学。项目对我国道路勘测设计领域的选线方法研究以及软件的研制有一定的促进作用。