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中交宇科郭力:交通空间信息三维可视化技术应用的践行者
2010年11月5日    评论:    分享:

    来源:科学时报

    从国土资源到矿产,从农林垦植到环境保护,从交通建设到数字城市,从灾害监测到应急预案、从城乡规划到出行服务……空间信息技术广阔的应用前景令人振奋。

  而作为空间信息技术的一个重要应用分支领域——交通空间信息技术,在我国交通建设快速发展的今天,其应用需求也愈来愈紧迫。

  正是在这样的契机下,由交通建设龙头企业中国交通建设集团的全资子公司(中国公路工程咨询集团有限公司),联合我国遥感与测绘技术的权威机构——中国科学院遥感应用研究所和国家测绘局四大直属局之一的黑龙江测绘局,集聚各自优势资源,共同出资组建了中交宇科(北京)空间信息技术有限公司(以下简称中交宇科),高级工程师郭力出任中交宇科总经理。

  “截至2009年底,中国高速公路通车总里程达6.5万公里,然而,在公路建设中仍存在一些亟待解决的问题:公路勘察设计市场竞争日益激烈,利润空间越来越小;建设过程速度过快,运营养护管理明显滞后,没有有效的管理体系;公路技术标准不完善,设计管理软件已明显不能适应现有的公路建设发展要求。” 郭力还指出,道路信息数据分散,资源无法整合以及新技术不能有效转化应用等,都是造成公路建设信息化程度不高的主要原因。

中交宇科郭力:交通空间信息三维可视化技术应用的践行者

  “创新发展才是硬道理”

  “交通空间信息技术从长远性和实用性来看,是一个非常有潜质的产业。它的未来将大有可为,但同时也是一个充满挑战的领域。”对于交通空间信息技术的发展,郭力有着清晰的认识。

  因此,“我们紧跟中关村国家自主创新示范区‘创新发展才是硬道理’的主导思想,通过引进国外车载与机载激光雷达(LiDAR)等先进技术,快速获取道路走廊带高精度地形数据、高清晰度影像数据,为公路勘测设计、施工及后期养护运营管理等提供有效的数据采集服务。”

  随着公路投入的增加,交通量也在迅速增长。但是,由于信息化程度不高,运营管理水平有限,致使重大、异常交通事件频繁发生。为此,2007年5月22日,国家交通运输部发布了《公路水路交通信息化“十一五”发展规划》;接着同年8月,又发布了《公路水路交通信息化标准建设方案(2007-2010年)》。至此,交通信息化建设已被提到国家发展战略的日程上来,其发展水平也成为衡量交通现代化程度的重要标志之一。

  在交通信息化建设面临重大发展机遇与挑战面前,中交宇科把自己定位在“致力于交通空间信息技术应用的企业”。通过遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球卫星定位系统技术(GPS)(简称3S技术)与公路数据信息技术的结合,从而拉动整个交通行业向高科技方向发展。

中交宇科郭力:交通空间信息三维可视化技术应用的践行者

  如此高的定位,依据何在?

  “实际上,这是我们对行业和自身特点充分了解后确定的一个合理定位。”郭力说。中交宇科除了有国内交通、遥感、测绘三大权威机构的雄厚背景外,还有自己所组建的强大的科研团队及业内领先的合作单位等优势。

  “现在,博士和硕士研究生占到公司总人数的63%。考虑到技术开发中的难点,我们还大力开展产学研合作。2009年12月,中交宇科与中国科学院遥感所成立了交通遥感联合实验室;并成为长沙理工大学、浙江大学、武汉大学、北京大学在公路工程与遥感空间信息技术应用领域的实习及研发基地,承担成果转化与人才联合培养的任务。此外,还与国内3S及公路行业知名企业建立了良好的合作机制。”

  有了这些技术条件做支撑,中交宇科的创新研发进行起来也如鱼得水。“我们首先考虑的是数据获取手段上的创新。用新型的机载LiDAR技术代替传统的摄影测量技术,不仅提高了数据精度,增强了自动化程度,而且受天气影响小,数据生产周期也大为缩短,这是目前最先进的能实时获取地形表面三维空间信息和影像的航空遥感系统的主要技术特点。”一位参与研发的技术人员介绍说。

  “其次是技术集成上的创新,通过三维技术来实现公路建设的全过程管理。在公路建设过程中,我们发现很多数据都是由不同部门分别掌管,致使各部门之间难以实现高效协作以及多种数据的有效衔接。这样,决策者就很难通过统一的信息窗口,及时全面地掌握整条公路不同路段在不同时期的基本情况。此外,由于传统地图上只能显示方位信息,却不能显示详细的公路沿线环境信息与公路本身的信息。一旦发生自然灾害,就很难满足决策指挥的需求。”

  鉴于此,中交宇科的研究人员设想:如果能够开发出一套软件,将工可、设计、建设、运营、养护等阶段有机地连贯在一起,使公路建设与信息管理相融合,以三维可视化形式把公路建设从工可开始的全过程一一演示出来,这样不就能大大方便公路建设过程中各阶段的监控与管理了吗?

  为了将这一想法变为现实,中交宇科两年内投入了近200万元人民币进行技术研发。终于在2010年6月底,主打品牌ChinaTrans可视化系列产品诞生了。据研发人员介绍,“这个产品是行业内第一个公路建设全过程真实信息共享的管理信息系统,它的功能很强大,能够更好地辅助决策,使用起来也更加直观、方便。”

  “真三维呈现每个环节”

  “入了门以后,发现其实挺有意思的。”聊起交通空间信息技术的应用开发,郭力兴致大增,“我们的ChinaTrans可视化系列产品能够为交通行业提供勘测、设计、管理、维护、决策分析的全流程一体化解决方案。”

  交通建设一般分为工程可行性研究(简称工可阶段)、初步设计与施工图设计(简称设计阶段)、工程建设、运营管理和养护管理等五个阶段。在传统技术中,这五个阶段只能体现在纸质数据上,很难进行准确、直观、立体的测量与监控。

  而中交宇科将空间信息技术贯穿于交通建设的整个过程,所研发的工可和设计阶段的三维公路设计辅助系统,以及可视化公路工程建设管理与道路养护管理、路政管理、运输管理等应用系统,能够将每个阶段的每个环节呈现出可视的、真实的、三维的效果。

  例如,在工可阶段使用可视化公路工可辅助分析系统,通过分析设计公路线路的人文与地理环境(沿工可设计线路周边的居民点、工业区、自然保护区和风景区等)、自然条件(地形、地质、水文等)、工程经济(道路路线长度、土地征用和房屋拆迁情况等)、道路设计规范、道路辅助设施布设合理性、发展预留预测等影响因素,利用系统中的道路选线评价模型对线路方案的合理性进行综合评估,给予公路选线最优线路推荐方案,为工程立项进行可行性分析提供参考。

  另外,“在设计阶段使用的真三维道路智能设计系统,它能把立项阶段道路的设计数据摆到‘拼盘’里面,进行真三维的可视化计算和应用。从而把原来的纸质图样变成真三维的道路设计图样,将道路设计数据和‘拼盘’数据进行叠加,通过这个平台展示后的结果,还可以导回专业道路设计软件中,然后再进行详细设计。”

  据郭力介绍,为提高道路桥梁养护管理水平,中交宇科开发了“可视化道路桥梁养护管理系统”,在实现道路桥梁养护管理业务基础上,结合激光雷达测绘技术和真三维可视化空间信息技术,建立了路况基础数据、真三维道路实景、动态检测数据、养护工程管理数据于一体的可视化养护管理信息平台。该平台将道路、桥梁养护信息与真三维道路桥梁数据进行关联绑定,使养护数据实现真三维表达,增强了养护信息的可视化表现力,降低了实际养护作业人员的劳动强度,为道路、桥梁管养工作实现采集自动化、管理可视化、决策科学化奠定了技术基础,提升了道路桥梁管养工作的管理水平。

  “我们开发的可视化交通运营管理系统,以数字化、智能化、网络化、可视化为目标,建立可视化的交通运营综合管理运行服务系统。该系统实现了采集、整合和集中处理各类交通运营管理信息资源,使数据充分共享,并可以对交通路网和重点场所(如事故多发路段、重点桥隧、大型客货运场站等)进行实时监控和交通业务数据分析,以提高公路运营和管理工作的规范性和可控性。”该系统的建立不仅有利于提升交通行业管理水平和公众服务水平,而且有助于促进交通行业的信息化发展。

  “光听我这样说不够形象,走!我带你去看看案例演示。”郭力似乎觉得只凭口头的语言表述并不能充分展现ChinaTrans可视化系列产品的优势所在。于是,在他的热情邀约下,我们来到了位于楼层中间的会议室。

  “每个细节都是动态的”

  “真三维道路智能设计系统,是我们研发的人员通过人机交互界面修改路线平、纵、横和边坡参数,自动计算土石方量和调配量,并能够迅速得到多个路线比较方案的主要工程量和工程造价,它不仅可以大大减少施工图设计阶段的野外测量工作,还能加快工程进度,节省工程造价,保证设计结果的精确性和可追溯性。”

  随着技术人员的讲解,大屏幕上呈现出了一系列全线公路交互漫游的三维动画,犹如坐在直升飞机上近距离俯视地面上的画面,其逼真程度令人叹为观止。

  “这些都是实景。”郭力笑道,“你所看到的场景是我们利用机载激光技术快速获取的高精度三维背景数据,它是将野外地形地物实景搬到了室内。设计人员可以再利用真三维道路智能设计系统实时测量地形地物,自动提取高精度平横纵地面线,在真三维地形实景上进行平、纵、横设计。这样就实现了设计过程、设计结果的真三维可视化,并且可以与通用道路设计软件进行双向数据交换。这改变了传统基于二维地形图设计的理念,充分考虑并真实再现了地形地貌、社会经济和生态环境等影响因素,实现了道路设计的智能化与可视化。”

  “从不同角度鸟瞰或浏览路线的三维设计方案,实现路基、桥涵、隧道、标识牌等设计实体的三维展现。根椐视觉、运动感觉和时间变化,通过模拟驾驶来检测、评价线形与周围环境的协调性,优化线型组合。除了可以预览工程建成后的效果,还可以对工程建设的全过程进行可视化监控。”技术人员边介绍边演示一座大桥的施工过程,“我们可以看到每个细节都是动态的,每天的施工进展情况在这个平台上都有一个真实的体现。”

  “道路建设中有很多隐蔽工程,例如,桥梁的桥墩、桥基、桩基等,这些地方平常除了施工方以外,其他人是很难看见的。我们在施工的过程中进行全程拍摄,然后转化成可视画面进行视频监控。如果最后发现桥墩或桥基、桩基等有问题,把三维数据拿出来一对比,就能知道问题的所在。因此,三维可视化反映了工程项目的综合信息和设计思想,为项目评审和决策提供了有力依椐。”郭力补充道。

  在这个基础上,中交宇科建立了道路建设所用的整个数据体系,把这些数据作为基础数据,并在可视化平台支持下开展后期的运营及其他维护等一系列的应用。

  “利用机载激光雷达技术为道路桥梁建设项目的可视化管理提供数据支持,以三维可视化技术为手段,融入现代项目管理方法,将项目管理信息化系统应用到工程管理实践中,提高工程建设项目管理水平。通过施工组织的方案优化、施工过程的可视化、施工的进度控制等实现工程进度与质量的监督控制,同时最大限度地减少工程安全隐患。”技术人员讲解的同时将可视化道路建设项目管理系统的应用演示在投影上。

  “可视化路政管理系统是由面向社会公众的路政政务公开网、路政所(队)的路政业务办公系统和路政移动业务办公系统组成,为规范执法行为程序、统一执法文书、推行政务公开提供了一整套专业化的解决方案。”考虑到我国是一个多民族的国家,中交宇科研发的这套系统不仅支持汉语,而且还支持维语等多种语言文字,这有助于路政队伍整体业务素质的提高,也为路政网络集成管理系统的建立打下了坚实基础。

  “长远发展首先练内功”

  在进行传统测量时,需要做很多辅助工作,不但花费大量人力、物力,而且每次测量只能用于一个阶段。然而,利用机载激光雷达测量,一次可以应用到工可和设计两个阶段,能够有效地实现“一次投入两次收获”。

  “尽管如此,这项先进的技术推广起来也并不如人意。”中交宇科副总经理孟庆昕是中交宇科的创业元老之一,她说,“虽然我们的技术在应用成本上比传统测量具有更大的优势,但它同样也有作为高新技术很无奈的一面。正是由于它的先进性,才会给很多当地测绘、设计部门带来巨大的冲击:他们原来的工作完全是靠人工测量,现在用了机载激光雷达,只要几个人就可以完成几十人甚至上百人的工作。这样一来,传统行业里的那些工作人员怎么安置?很多单位都有自己长期的合作伙伴,引来新技术,人家原有的固定运营模式怎么改革?这些因素都促使新技术在推广时困难重重。”

  任何新生事物和旧事物之间,都是一个相互抵触、交替更迭的过程,而且人们的思维意识里都有一些固有的观念,这些观念会在不自觉地情况下,对新生事物产生排斥。“更何况是在一个既没有行业规范又没有国家规范的新兴领域里,从理念上来推广一项高新技术的产品,难度之大可想而知。”

  “因此得慢慢来,一点点地渗透,就像滴水穿石一样。”郭力的话一针即瘥。

  以坚韧不拔的信念为筋,用锲而不舍的执着作脊,中交宇科终会迎来“金诚所至,金石为开”的一天。

  “通过一年多的努力,我们让很多公路设计单位、交通行业管理单位对激光雷达公路测绘有了更好的认识,并给予了一定的认可。很多沿海城市则已逐步开始规模化应用,现在广州几乎所有的设计项目都在使用我们的系统。”

  “现在正是我们韬光养晦的阶段”。目前,中交宇科一方面要提高自身素质和修养,通过企业品牌建设,营造一个良好的社会声誉和外部环境;另一方面要加强企业内部管理,促进团队磨合,保证资产平稳上升。

  对于经营性的企业,管理从哪些方面着手,脑子里首先要有一个清晰的认识。郭力说,“就像家庭一样,要持好家,就要先学会勤俭节约。只有知道钱来的不容易,才会懂得节省。如果钱是天上掉下来的,那么花光它也很快。所以,要重点培养员工这方面的意识。”

  “把这些‘内功’练好了,企业自然而然地就发展起来了。”质朴的语言,却表达出了深刻的道理。

  “以社会效益带动经济效益。”正是在这样的严格要求和目标导向下,2010年5月,中交宇科作为交通空间信息技术领域唯一一家企业,和陕西西安测绘局、国家测绘科研所一起参与国家标准的制定。

  随着我国国民经济发展速度的加快,对空间信息技术的重视程度越来越高,郭力预测:未来5~10年,虚拟地球技术、分布式大型网络空间信息技术与传统的空间信息管理技术、空间分析技术相结合必将是下一代空间信息技术的发展趋势。新的空间信息技术中的三维产品就是顺应这个发展趋势,尤其在三维数据获取和海量数据动态可视化方面具有鲜明的特色,呈现出良好的发展前景。

  唯有运筹帷幄,方能决胜千里。一个企业的快速、稳定发展与其管理者的敏锐洞察及准确决策密不可分。

标签:中交郭力交通GIS
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