随着我国交通事业飞速发展,各等级公路的大规模建设带来了巨大的经济效益,公路的设计、施工与维护工作也面临更高的要求。与此同时,由于部分地区近年来受到极端天气影响,譬如暴雨引发的洪涝灾害,大量雨水对公路的排水系统形成巨大考验,一些公路在设计阶段未充分考虑公路本身以及相关排水设施的设计规格,使得此类灾害给人民的生命财产安全带来威胁。针对以上问题,公路工程可通过公路三维建模技术在公路设计阶段综合考虑公路地形与排水设施,改善公路排水能力,减少灾害损失。然而,目前公路模型缺失排水设施的完整表达,且汇水分析绝大部分仅用于自然地表模型,无法支持公路完整的汇水分析。因此,本文在公路模型中充分考虑包含排水设施要素在内的公路实体要素,旨在为公路的汇水分析设计专有的公路三维模型,使之既能满足三维可视化表达,又能满足汇水分析。本文利用公路排水设计在内的公路设计数据,构建面向可视化表达与汇水分析统一表达的公路三维模型,以此为基础开展汇水要素约束下的公路汇水分析。本文的研究内容与成果主要包括:(1)面向汇水分析的公路三维数据模型构建在现有的公路模型的基础上,提取模型中公路实体要素以及排水设施要素,综合考虑汇水分析需求所含要素,设计一套包含各类排水设施的完整公路模型,并明确描述各个公路实体要素的语义、几何、属性、空间定位与关系信息。(2)基于公路设计数据的公路三维建模以全套公路设计数据(图纸集)为数据源,理清施工图数据特征,关注排水设施在设计数据中的表达以及在将来模型中的表达。探索如何在公路三角网中加入汇水要素,研究并实现公路实体要素与汇水要素均完整的,且能够面向汇水分析的公路表面三维模型,使其不仅满足于三维可视化,更做到汇水分析的功能。(3)基于公路三维模型的汇水分析在完整表达公路实体以及相关排水设施的公路三维模型上,研究基于该模型的汇水分析方法,即在公路表面三角网中实现汇水要素约束下的汇水分析。最后以汇水径流网络,讨论不同状态下公路的汇水情况与其影响。研究结果表明,本文基于公路设计数据,提出面向汇水分析的公路三维建模方法,可以满足公路三维模型可视化与可分析的双重需求,克服了目前公路模型无法支持汇水分析的短板,对我国公路的设计、建设、运行及维护等方面做出贡献。