教案——道路路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

1、265授課時(shí)間2009年5月29日1，2節(jié)授課方式課堂授課授課學(xué)時(shí)no. 362學(xué)時(shí)授課題目第36講：道路路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。cad技術(shù)與道路cad系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行路線平縱橫設(shè)計(jì)；數(shù)字地形模型與道路選線設(shè)計(jì)自動(dòng)化。目的與要求：1. 了解cad技術(shù)與道路cad系統(tǒng)基本內(nèi)容；2. 了解計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行路線平縱橫設(shè)計(jì)的思路和程序；3了解數(shù)字地形模型與道路選線設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的原理和方法。重點(diǎn)與難點(diǎn)：重 點(diǎn)：1路線平縱橫設(shè)計(jì)的cad技術(shù)； 2數(shù)字定型模型概念難 點(diǎn)：授課內(nèi)容摘要：第13章 道路路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 13.1 cad技術(shù)與道路cad系統(tǒng) 13.2 計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行路線平縱橫設(shè)計(jì) 13.3 數(shù)

2、字地形模型與道路選線設(shè)計(jì)自動(dòng)化參考文獻(xiàn)：1公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)jtg b01-20032公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范jtg d20-2006 3道路勘測(cè)設(shè)計(jì). 張雨化主編，人民交通出版社出版教 具課 件ppt課件習(xí) 題作 業(yè)作業(yè)： 課后小結(jié)：第13章 道路路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)第36講：2學(xué)時(shí)13.1 cad技術(shù)及道路cad系統(tǒng)13.1.1 cad的基本概念 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，簡(jiǎn)稱cad）是近年來(lái)工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速、最引人注目的高技術(shù)之一。它將計(jì)算機(jī)迅速、準(zhǔn)確地處理信息的特點(diǎn)與人類的創(chuàng)造思維能力及推理判斷能力巧妙地結(jié)合起來(lái)，為現(xiàn)代設(shè)計(jì)提供了理想的手段。1963年，美

3、國(guó)麻省理工學(xué)院（mit）首次建立cad的概念，三十多年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子學(xué)的發(fā)展，價(jià)格低廉，性能優(yōu)良的cad軟硬件系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。13.1.2 道路cad系統(tǒng)組成及目標(biāo)（1）cad軟件系統(tǒng)組成： 科學(xué)計(jì)算：包括通用的數(shù)學(xué)函數(shù)和計(jì)算程序，以及在設(shè)計(jì)中占有很大比例的常規(guī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等，即cad的應(yīng)用軟件包。 圖形系統(tǒng)：包括幾何構(gòu)型；繪制工程設(shè)計(jì)圖；繪制各種函數(shù)曲線；繪制各種數(shù)據(jù)表格；在圖形顯示裝置上進(jìn)行圖形變換（即圖形進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、對(duì)稱刪除和修改）；以及分析和模擬等。 數(shù)據(jù)庫(kù)：包括設(shè)計(jì)原始資料、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終成果等。 （2）cad硬件系統(tǒng)組成： 硬件系統(tǒng)的基本配

4、置是由計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)及繪圖機(jī)四大件組成。（3）道路cad系統(tǒng)的系統(tǒng)目標(biāo)野外勘查、測(cè)量資料的處理：常規(guī)測(cè)量、 gps觀測(cè)、航測(cè) 路線幾何設(shè)計(jì)及計(jì)算道路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算：路基、路面、小橋涵、交叉工程概、預(yù)算編制工程設(shè)計(jì)文件的自動(dòng)編制與輸出。 13.1.3 實(shí)用道路cad系統(tǒng)簡(jiǎn)述（1）國(guó)外道路cad的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)最初用于道路設(shè)計(jì)主要是完成繁重的計(jì)算任務(wù)，如路線平面、縱斷面設(shè)計(jì)計(jì)算、路面結(jié)構(gòu)分析計(jì)算等。從70年代開始，隨著研究的深入，西方國(guó)家相繼進(jìn)行了縱斷面優(yōu)化方面的研究與軟件研制工作。 在縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，許多國(guó)家對(duì)一定寬度范圍內(nèi)的道路平面線形和空間立體線形的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了研究

5、。 隨著計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的發(fā)展，從70年代未開始，在道路工程設(shè)計(jì)中引入了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）系統(tǒng)。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成判別和設(shè)計(jì)計(jì)算，直接提供設(shè)計(jì)圖表。目前，許多國(guó)家建立了由航測(cè)設(shè)備、計(jì)算機(jī)和專用軟件包形成的組合系統(tǒng)，可以完成從數(shù)據(jù)采集、建立數(shù)學(xué)地形模型（dtm）、線形優(yōu)化和道路平、縱、橫設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的全過(guò)程，從而大大提高了道路工程設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量。德國(guó)card1軟件：勘測(cè)、設(shè)計(jì)和繪圖的一體化 英國(guó)mxroad軟件 ：moss軟件。公路設(shè)計(jì)，平面和環(huán)型交叉，互通式立交，山嶺地區(qū)和沙漠地區(qū)道路設(shè)計(jì)，城市道路設(shè)計(jì)，路面改建和加寬，公路景觀設(shè)計(jì)，礦山工程，鐵路、機(jī)場(chǎng)和港口設(shè)計(jì)，排水設(shè)計(jì)，建筑景

6、觀造型設(shè)計(jì)等； 美國(guó)intergraph公司的inroads軟件。交通規(guī)劃和設(shè)計(jì)的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化美國(guó)的eagle point軟件 ：適用于道路規(guī)劃和設(shè)計(jì)、測(cè)量工程、建筑景觀設(shè)計(jì)、地理信息系統(tǒng)和地圖測(cè)繪等。 挪威的novacad軟件 ：以交通地理信息系統(tǒng)trafgis為基礎(chǔ)的多模塊集成系統(tǒng) 加拿大的gwn-road軟件 ：專事研究開發(fā)運(yùn)用于市政建設(shè)和土木工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)軟件 。 （2）我國(guó)道路cad的應(yīng)用概況 20世紀(jì)70年代中后期，有關(guān)公路科研單位、高等院校和公路測(cè)設(shè)部門開始研制與開發(fā)道路設(shè)計(jì)計(jì)算與優(yōu)化程序，并取得了初步成果。 1986年，交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)、東南大學(xué)、西安公路交通大學(xué)

7、等開發(fā)完成高等級(jí)公路綜合優(yōu)化及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng) 。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)硬件的快速更新和降價(jià)，功能的快速提高，使得在微機(jī)平臺(tái)上開發(fā)的道路cad軟件占有一定的優(yōu)勢(shì)。 目前公路路線cad輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)已非常普及，應(yīng)用十分廣泛。發(fā)展前景：在應(yīng)用范圍方面，除了傳統(tǒng)的道路路線、橋梁、互通式立交等的cad技術(shù)有很大的發(fā)展外，在以下各方面，如：道路與橋梁的三維造型和動(dòng)畫技術(shù)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)和信息采集新技術(shù)和gps與gis的應(yīng)用、道路工程庫(kù)和道路信息系統(tǒng)的建立、工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)在道路施工管理與營(yíng)運(yùn)等方面的應(yīng)用等等，新成果不斷推出。黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目：道路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化技

8、術(shù)研發(fā)。課題編號(hào)：gz04a124 13.2 計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行路線平縱橫設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的道路路線設(shè)計(jì)一般是在路線平面位置確定以后進(jìn)行的。利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行路線設(shè)計(jì)，有兩種作法：（1）利用數(shù)字地形模型進(jìn)行路線設(shè)計(jì)在數(shù)字地形模型支持下，借助數(shù)學(xué)方法，由計(jì)算機(jī)初定路線平面位置，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算機(jī)選擇的最優(yōu)方案和數(shù)模提供的地形資料，完成整個(gè)路線設(shè)計(jì)工作。這種方法實(shí)現(xiàn)的cad系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，但是，由于平面線形優(yōu)化涉及到許多復(fù)雜因素，用該方法實(shí)現(xiàn)的cad系統(tǒng)，目前在國(guó)內(nèi)外尚處于研究開發(fā)和完善階段，（2）人工設(shè)計(jì)路線，輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)完成計(jì)算與成圖設(shè)計(jì)人員根據(jù)地形和環(huán)境條件，實(shí)地或在地形圖上1：100

9、0或1：2000），首先確定路線平面位置，將平面設(shè)計(jì)資料輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)逐一完成或人機(jī)采用交互方式共同完成路線平面設(shè)計(jì)，輸入平面設(shè)計(jì)方案所對(duì)應(yīng)的縱、橫斷面資料，由計(jì)算機(jī)完成整個(gè)路線設(shè)計(jì)（如內(nèi)業(yè)計(jì)算和有關(guān)圖表的繪制等），設(shè)計(jì)所需地形資料可由野外實(shí)測(cè)獲得，也可以從地形圖上采集或者在數(shù)模支持下通過(guò)程序提供。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的公路路線輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，大部分是采用這種方法開發(fā)的。13.2.1 路線平面設(shè)計(jì) 路線方案確定以后，設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際地形條件在實(shí)地或紙上確定路線平面線形，將平面設(shè)計(jì)資料輸入計(jì)算機(jī)，例如交點(diǎn)坐標(biāo)（一次定測(cè)時(shí)可輸入交點(diǎn)樁號(hào)和轉(zhuǎn)角）、平曲線半徑、平曲線類型、緩和曲線長(zhǎng)度等，計(jì)算機(jī)依據(jù)這些資料

10、按照程序計(jì)算路線里程、平曲線要素和曲線上各特征點(diǎn)的樁號(hào)以及逐樁坐標(biāo)。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，反復(fù)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，直至滿意為止。這是在路線平面位置完全確定的情況下進(jìn)行的，設(shè)計(jì)者基本上不參與路線平面設(shè)計(jì)的過(guò)程，為了充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，讓設(shè)計(jì)者更多地參與平面設(shè)計(jì)，也可以采用人機(jī)交互的方式，在屏幕上進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，其過(guò)程簡(jiǎn)單描述如下：在路線平面方案確定的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化儀將路線導(dǎo)線圖或線形草圖輸入計(jì)算機(jī)，作為平面設(shè)計(jì)的依據(jù)。在圖形編輯軟件的支持下，設(shè)計(jì)者利用直線、圓曲線和緩和曲線擬合出理想的平面線位，計(jì)算機(jī)輸出該線形的設(shè)計(jì)結(jié)果，若不滿足要求，可以反復(fù)調(diào)整上述元素的設(shè)計(jì)參數(shù)，直至滿意為止。平面設(shè)計(jì)完成

11、以后，自動(dòng)將設(shè)計(jì)結(jié)果以數(shù)據(jù)文件的方式存貯在計(jì)算機(jī)中，供后續(xù)工作調(diào)用。也可以通過(guò)專用程序，繪制路線平面設(shè)計(jì)圖和有關(guān)表格。輸入數(shù)據(jù)：交點(diǎn)坐標(biāo)（或交點(diǎn)樁號(hào)及轉(zhuǎn)角）； 平曲線半徑； 平曲線類型； 緩和曲線長(zhǎng)度。計(jì)算內(nèi)容：路線里程； 平曲線要素； 曲線上各特征點(diǎn)的樁號(hào)； 逐樁坐標(biāo)。輸出結(jié)果：編制直線、曲線轉(zhuǎn)角表（excel文件） 繪制路線平面圖（輸出圖形文件）。 平面設(shè)計(jì)工作框圖如圖12-6。13.2.2 路線縱斷面設(shè)計(jì) 1縱斷面地面高程的獲取 （1）實(shí)地進(jìn)行路中線水準(zhǔn)測(cè)量（2）紙上定線時(shí)在地形圖上人工讀取中樁高程（3）利用建立的帶狀數(shù)模，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)模內(nèi)插，得到道路中線上任一點(diǎn)的高程值，從而獲得縱斷面

12、地面線。道路平面位置確定以后，實(shí)地對(duì)道路中線進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量或根據(jù)紙上定線的結(jié)果在地形圖上人工讀取中樁高程，鍵盤輸入計(jì)算機(jī)，得到地面高程資料。這也是傳統(tǒng)的獲取縱斷面地面線的方法。另一種方法是利用建立的帶狀數(shù)模，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)模內(nèi)插，得到道路中線上任一點(diǎn)的高程值，從而獲得縱斷面地面線，這一方法可以局部或全部代替人工測(cè)量輸入工作。 2縱斷面設(shè)計(jì)線的確定 （1）計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生道路的最優(yōu)縱斷面； （2）設(shè)計(jì)者進(jìn)行手工拉坡。路線平面設(shè)計(jì)方案確定以后，如何讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生道路的最優(yōu)縱斷面，這是從事道路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的人所感興趣的。從六十年代起，各國(guó)把研究重點(diǎn)也都集中到了這方面來(lái)，提出了許多縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并

13、取得了一定的成果。國(guó)內(nèi)有關(guān)科研單位、高等院校等也進(jìn)行了大量的研究，并獲得初步成果，但是，都是在初始縱斷面給定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，仍需要人工給出初始方案。 3. 繪制縱斷面圖（輸出圖形文件）。目前，國(guó)內(nèi)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，仍采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。即計(jì)算機(jī)將輸入的地面資料處理后由繪圖機(jī)輸出或由屏幕顯示一張縱斷面地面線圖，設(shè)計(jì)者在上面進(jìn)行手工拉坡，然后將縱坡設(shè)計(jì)信息送回計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成縱斷面設(shè)計(jì)的計(jì)算與輸出工作。 其工作框圖見圖12-。13.2.3 道路橫斷面設(shè)計(jì) 在整個(gè)道路設(shè)計(jì)中，橫斷面設(shè)計(jì)的工作量是相當(dāng)繁重的，并且大部分工作是重復(fù)性的，例如橫斷面面積計(jì)算、繪圖等，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，既

14、能提高設(shè)計(jì)速度，又可提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)，需要處理大量的橫斷面地面線數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)若靠人工鍵盤輸入，工作量是很大的，并且容易出錯(cuò)。一般是利用數(shù)字化儀將實(shí)測(cè)橫斷面地面線輸入或通過(guò)數(shù)字地形模型自動(dòng)產(chǎn)主。 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)，工作過(guò)程可描述如下：設(shè)計(jì)者根據(jù)路線所經(jīng)地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣候等條件，歸納可能出現(xiàn)的橫斷面形式和處理方式，確定各段的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)橫斷面型式及構(gòu)造物布置型式，計(jì)算機(jī)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面自動(dòng)進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果通過(guò)計(jì)算機(jī)逐個(gè)顯示在屏幕上，設(shè)計(jì)者可根據(jù)地形、地質(zhì)條件等在屏幕上修改下合理的設(shè)計(jì)斷面。計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取并存入修改后的數(shù)據(jù)，計(jì)算土石方工程數(shù)量和土石方累積

15、數(shù)據(jù)，根據(jù)土石方累積曲線，進(jìn)行土石方調(diào)配。最后輸出橫斷面設(shè)計(jì)圖和有關(guān)圖表。13.3 數(shù)字地形模型與道路選線設(shè)計(jì)自動(dòng)化13.3.1 數(shù)字地形模型的基本概念與工程應(yīng)用1. 基本概念： 數(shù)字地形模型（digital terrain model，簡(jiǎn)稱dtm）是按照某種數(shù)學(xué)模型表達(dá)地形特征的數(shù)值描述方式。它由許多規(guī)則或無(wú)規(guī)則排列的地形點(diǎn)三維坐標(biāo)x、y、z組成。 數(shù)字地形模型是路線優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是道路自動(dòng)化設(shè)計(jì)不可缺少的工具。利用數(shù)字地形模型進(jìn)行路線方案比選，只需輸入少量的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算機(jī)按照編好的程序，自動(dòng)完成設(shè)計(jì)和分析比較工作，輸出全部成果。 2. 工程應(yīng)用： 公路路線選線 其他工程設(shè)計(jì)，如水壩等

16、發(fā)展：gis 地形資料是道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料之一。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般用地形圖或斷面圖來(lái)表示地形。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，就要讓計(jì)算機(jī)能認(rèn)識(shí)和處理地形資料。為此，必須把地形圖變成計(jì)算機(jī)能接受的信息數(shù)字，即將地形數(shù)字化。數(shù)字地形模型就是在這種背景下被引入道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的。道路是一種帶狀構(gòu)造物。其設(shè)計(jì)或方案比選一般只需要左、右具有一定寬度的帶狀區(qū)域內(nèi)的地形資料，所用的數(shù)模，是與這個(gè)帶狀區(qū)域相對(duì)應(yīng)的帶狀數(shù)字地形模型，在建立數(shù)模的基礎(chǔ)上，按照某種數(shù)學(xué)內(nèi)插方法，把帶狀地形信息擬合成一張空間光滑曲面，例如z=f（x,y），在道路設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)者提供的已知點(diǎn)坐標(biāo)，內(nèi)插出所需的地面高程。數(shù)字地形模型是路線優(yōu)化設(shè)計(jì)的

17、基礎(chǔ)，是道路自動(dòng)化設(shè)計(jì)不可缺少的工具。利用數(shù)字地形模型進(jìn)行路線方案比選，只需輸入少量的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算機(jī)按照編好的程序，自動(dòng)完成設(shè)計(jì)和分析比較工作，輸出全部成果。設(shè)計(jì)者可以輕而易舉地對(duì)所做方案進(jìn)行比較，選擇較優(yōu)方案，而不需重測(cè)。除此之外，數(shù)字地形模型還廣泛地用在道路初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)中。另外，數(shù)字地型模型用于繪制地形圖和地形透視圖可以大大減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。13.3.2 數(shù)字地形模型的種類道路設(shè)計(jì)常用的數(shù)字地形模型有離散型數(shù)字地形模型、(方)格網(wǎng)式數(shù)字地形模型、三角網(wǎng)式數(shù)字地形模型和魚骨式數(shù)字地形模型。1離散型數(shù)字地形模型離散型數(shù)字地形模型，簡(jiǎn)稱散點(diǎn)數(shù)模。是由隨機(jī)分布的離散地形數(shù)據(jù)構(gòu)成，是公

18、路設(shè)計(jì)中常用的形式之一?？赏ㄟ^(guò)內(nèi)插產(chǎn)生路線設(shè)計(jì)所需要的縱、橫斷面地面線資料。散點(diǎn)數(shù)模中任一待定點(diǎn)的高程，一般采用移動(dòng)曲面擬合法，進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算求得。其基本思想是：在地面某個(gè)小范圍內(nèi)，認(rèn)為可用一圓滑曲線面表示之。即用一曲面去擬合地面。因此，對(duì)每一待定點(diǎn)，從存儲(chǔ)的地形點(diǎn)中選擇該點(diǎn)附近若干個(gè)地形，按距離遠(yuǎn)近考慮其相應(yīng)權(quán)值，確定一擬合曲面z=f(x，y)。道路設(shè)計(jì)中常用二次多項(xiàng)式曲面作為擬合曲面，計(jì)算公式為： z=ax+bxy+cy2+dx+ey+f任一點(diǎn)高程，都可作為這一曲面上的一點(diǎn)，根據(jù)上式求得。上式中的系數(shù)是按照最小二乘原理，即該曲面到各已知點(diǎn)的距離的帶權(quán)平方和為最小的原則確定的。為了保證散點(diǎn)數(shù)模

19、中內(nèi)插高程的精度與運(yùn)算速度，待定點(diǎn)附近參加擬合的點(diǎn)的總數(shù)不能太少和太多，實(shí)踐證明，參加擬合的點(diǎn)控制在1525個(gè)之間，內(nèi)插精度較高，計(jì)算速度也快。散點(diǎn)數(shù)模的優(yōu)點(diǎn)是地形點(diǎn)可以任意布置，能夠適應(yīng)地形的變化；缺點(diǎn)是地形點(diǎn)的選擇要依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存多，計(jì)算速度相對(duì)較慢。2. 格網(wǎng)式數(shù)字地形模型是將路中線左、右一定寬度內(nèi)的地面劃分成大小相等的方格或長(zhǎng)方格，按一定次序讀取網(wǎng)格點(diǎn)的高程，輸入計(jì)算機(jī)而構(gòu)成的數(shù)模。如圖12-2。可通過(guò)內(nèi)插產(chǎn)生路線縱、橫斷面地面線資料，并為搜索地形等高線提供依據(jù)。格網(wǎng)內(nèi)的待定點(diǎn)高程，根據(jù)格網(wǎng)四個(gè)節(jié)點(diǎn)高程，采用雙線形多項(xiàng)式內(nèi)插求得。假設(shè)某方格四個(gè)節(jié)點(diǎn)的高程為z1，

20、z2，z3和z4，則，方格內(nèi)任一地形點(diǎn)p(x,y)的高程為： 即用四個(gè)節(jié)點(diǎn)的高程擬合一個(gè)雙曲拋物面。 為了提高格網(wǎng)數(shù)模的使用精度，可根據(jù)不同的地形類別及設(shè)計(jì)階段的精度要求，在不同區(qū)段選用不同的方格大小。平坦地區(qū)邊長(zhǎng)可長(zhǎng)些，陡峻地區(qū)邊長(zhǎng)宜短些，初步設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)可長(zhǎng)些，技術(shù)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)應(yīng)短些。一般在520m之間為宜。 格網(wǎng)數(shù)模的優(yōu)點(diǎn)是只需存儲(chǔ)格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的高程而不需儲(chǔ)存平面坐標(biāo)值，檢索和內(nèi)插簡(jiǎn)單、快速，數(shù)據(jù)采集方便，選點(diǎn)不依賴于經(jīng)驗(yàn)，并且輸出格式良好，便于應(yīng)用。缺點(diǎn)是不易適應(yīng)地形的突然變化，節(jié)點(diǎn)不一定是地形變化點(diǎn)，因此，地形變化大的地方精度低。 3三角網(wǎng)式數(shù)字地形模型 三角網(wǎng)式數(shù)字地形模型簡(jiǎn)稱三角網(wǎng)數(shù)模。它是

21、用許多平面三角形逼近地形表面，即將地表面看成是由許多小三角形干面所組成的折面覆蓋起來(lái)的，讀取并儲(chǔ)存三角形頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即構(gòu)成三角網(wǎng)數(shù)字地形模型，如圖12-3。三角網(wǎng)數(shù)模內(nèi)插產(chǎn)生設(shè)計(jì)所需的路線縱、橫斷面資料，并為搜索地形等高線提供依據(jù)。三角網(wǎng)數(shù)模中在一待定點(diǎn)的高程，由該點(diǎn)所處的三角形平面而定，而每個(gè)三角形平面可用方程 ax+by+cz+do 表示 待定點(diǎn)的高程可用線形內(nèi)插求得，即 z=ax+by+cz 式中系數(shù)a，b，c均為三角形三頂點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)。 三角網(wǎng)數(shù)字地形模型的特點(diǎn)是：占用內(nèi)存較少，數(shù)模內(nèi)插的精度完全取決于采樣點(diǎn)的分布及聯(lián)網(wǎng)的合理與否，所以，要求操作者具有一定的經(jīng)驗(yàn)。 為了保證三角網(wǎng)數(shù)模的內(nèi)插精度，數(shù)據(jù)采集時(shí)，建議沿地形特征線采集，在坡面上適當(dāng)?shù)剡x擇控制點(diǎn)；構(gòu)造三角網(wǎng)時(shí)，應(yīng)盡可能地確保每個(gè)三角形都是銳角三角形，或者三角形三邊的長(zhǎng)度近似相等，避免出現(xiàn)過(guò)大的鈍角和過(guò)小的銳角；并應(yīng)盡量使三角形的周邊以內(nèi)，所有等高線都呈直線，而且相互平行。 4魚骨式數(shù)字地形模型 魚骨式數(shù)字地形模型是在路線方案確定以后，沿路線方向和垂直于路線方向上采集地形點(diǎn)而構(gòu)成的數(shù)字地形模型。如圖12-4，這種數(shù)模是數(shù)字地形模型的最初方案，與傳統(tǒng)的人工計(jì)算方法相同。 這種數(shù)字地形模型的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)采集方法簡(jiǎn)便，容易從航測(cè)