道路勘測(cè)設(shè)計(jì)道路路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1道路勘測(cè)設(shè)計(jì)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)(shj)道路路線計(jì)算機(jī)輔助道路路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(shj)第一頁，共19頁。n （一）國(guó)外道路（一）國(guó)外道路CAD的發(fā)展概況的發(fā)展概況n 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。平面、縱斷面設(shè)計(jì)計(jì)算、路面結(jié)構(gòu)分析計(jì)算等。n 從從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。優(yōu)化方面的研究與軟件研制工作。 n 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)一定寬度在縱斷

2、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(kund)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。研究。 n 隨著計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的發(fā)展，從隨著計(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)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)（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）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。別和設(shè)計(jì)計(jì)算，直接提供設(shè)計(jì)圖表。 二、國(guó)內(nèi)外道路二、國(guó)內(nèi)外道路(dol)CAD的現(xiàn)狀與發(fā)的現(xiàn)狀與發(fā)展展n 目前，許多國(guó)家建立了由航測(cè)設(shè)備、計(jì)算機(jī)和專用軟件包形目前，許多國(guó)家建立了

3、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（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）、線形(xin xn)優(yōu)化和道路平、縱、橫設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)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)的全過程，從而大大提高了道路工程設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)輔助設(shè)計(jì)的全過程，從而大大提高了道路工程設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量。量。 第1頁/共19頁第二頁，共19頁。（二）我國(guó)道路（二）我國(guó)道路CAD的應(yīng)用的應(yīng)用(yngyng)概況概況 n 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

4、設(shè)計(jì)計(jì)算與優(yōu)化程序，并取得了初步成果。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。 n 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)等開發(fā)完年，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)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)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)(xtng) 。n 目前公路路線目前公路路線CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(xtng)開發(fā)已非常普及，應(yīng)用十分廣泛開發(fā)已非常普及，應(yīng)用十分廣泛。第2頁/共19頁第三頁，共19頁。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)(shz)地形模型簡(jiǎn)地形模型簡(jiǎn)介介 n 一、數(shù)字地形模型及其道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一、數(shù)字地形模型及

5、其道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用n 數(shù)字地形模型（數(shù)字地形模型（DigitaI Terrain Model，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱DTM）是按照某種數(shù)）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。學(xué)模型表達(dá)地形特征的數(shù)值描述方式。n 它由許多規(guī)則或無規(guī)則排列的地形點(diǎn)三維坐標(biāo)它由許多規(guī)則或無規(guī)則排列的地形點(diǎn)三維坐標(biāo)x、y、z組成。組成。 n 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。的工具。n 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)，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

6、計(jì)算機(jī)按照編好的程序，自動(dòng)完成(wn chng)設(shè)計(jì)和分析比較工作，輸設(shè)計(jì)和分析比較工作，輸出全部成果。出全部成果。 第3頁/共19頁第四頁，共19頁。二、數(shù)字二、數(shù)字(shz)地形模型的種類地形模型的種類n 1離散型數(shù)字地形模型離散型數(shù)字地形模型n 離散型數(shù)字地形模型，簡(jiǎn)稱散點(diǎn)數(shù)模。離散型數(shù)字地形模型，簡(jiǎn)稱散點(diǎn)數(shù)模。n 是由隨機(jī)分布的離散地形數(shù)據(jù)構(gòu)成，是公路設(shè)計(jì)中常用的形式之是由隨機(jī)分布的離散地形數(shù)據(jù)構(gòu)成，是公路設(shè)計(jì)中常用的形式之一。可通過內(nèi)插產(chǎn)生路線設(shè)計(jì)所需要一。可通過內(nèi)插產(chǎn)生路線設(shè)計(jì)所需要(xyo)的縱、橫斷面地面線資料的縱、橫斷面地面線資料。n 道路設(shè)計(jì)中常用二次多項(xiàng)式曲面作為擬合曲面

7、，計(jì)算公式為：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：n Z=ax2+bxy+cy2+dx+ey+fn 2. 格網(wǎng)式數(shù)字格網(wǎng)式數(shù)字(shz)地形模型地形模型 n 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。入計(jì)算機(jī)而構(gòu)成的數(shù)模。 第4頁/共19頁第五頁，共19頁。第5頁/共19頁第六頁，共19頁。3三角網(wǎng)式數(shù)字三角網(wǎng)式數(shù)字(shz)地形模型地形模型 第6頁/共19頁第七頁，共19頁。

8、4魚骨式數(shù)字魚骨式數(shù)字(shz)地形模型地形模型n 魚骨式數(shù)字地形模型是在路線方案確定魚骨式數(shù)字地形模型是在路線方案確定(qudng)以后，沿路線方向和以后，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。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。 第7頁/共19頁第八頁，共19頁。隨意隨意(su y)魚骨式數(shù)字地形模型魚骨式數(shù)字地形模型第8頁/共19頁第九頁，共19頁。第9頁/共19頁第十頁，共19頁。第10頁/共19頁第十一頁，共19頁。三、數(shù)字三、數(shù)字(shz)地形模型的數(shù)據(jù)采集地形模型的數(shù)據(jù)采集n 數(shù)據(jù)采集是指選取構(gòu)造數(shù)模的數(shù)據(jù)點(diǎn)及量取其坐標(biāo)值的過程數(shù)據(jù)采集是指選取構(gòu)

9、造數(shù)模的數(shù)據(jù)點(diǎn)及量取其坐標(biāo)值的過程，是建立數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)工作。，是建立數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)工作。n 1由數(shù)字化儀從已有地形圖上采集由數(shù)字化儀從已有地形圖上采集n 由數(shù)字化儀沿等高線獲取地形點(diǎn)坐標(biāo)，該條等高線的高程值由數(shù)字化儀沿等高線獲取地形點(diǎn)坐標(biāo)，該條等高線的高程值則由人工讀取。則由人工讀取。n 2由航測(cè)儀器從航空照片上獲取由航測(cè)儀器從航空照片上獲取n 任何一種立體任何一種立體(lt)測(cè)圖儀都可以從航空照片上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集測(cè)圖儀都可以從航空照片上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。n 3用電子經(jīng)緯儀、全站式速測(cè)儀等儀器由人工野外實(shí)測(cè)獲用電子經(jīng)緯儀、全站式速測(cè)儀等儀器由人工野外實(shí)測(cè)獲取。取。第11頁/共19頁第十二頁

10、，共19頁。第三節(jié)第三節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行(jnxng)路線平縱橫設(shè)計(jì)路線平縱橫設(shè)計(jì) n （1）利用數(shù)字地形模型進(jìn)行路線設(shè)計(jì)）利用數(shù)字地形模型進(jìn)行路線設(shè)計(jì)n 自動(dòng)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)初定自動(dòng)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)模提供的地形資料數(shù)模提供的地形資料(zlio)，完成整個(gè)路線設(shè)計(jì)工作。，完成整個(gè)路線設(shè)計(jì)工作。n n（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）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n 首先由設(shè)

11、計(jì)人員確定路線平面位置，將平面設(shè)計(jì)資料首先由設(shè)計(jì)人員確定路線平面位置，將平面設(shè)計(jì)資料(zlio)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成路線平面設(shè)計(jì)，輸入平面設(shè)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)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、橫斷面資料計(jì)方案所對(duì)應(yīng)的縱、橫斷面資料(zlio)，由計(jì)算機(jī)完成整個(gè)路，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）線設(shè)計(jì)（如內(nèi)業(yè)計(jì)算和有關(guān)圖表的繪制等） 。 第12頁/共19頁第十三頁，共19頁。一、路線一、路線(lxin)平面設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì) 第13頁/共19頁第十四頁，共19頁。一、路線一、路線(lxin)平面設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì) 第14頁/共19頁第十五頁，共19頁。n1縱斷面地

12、面高程的獲取縱斷面地面高程的獲取n（1）實(shí)地進(jìn)行）實(shí)地進(jìn)行(jnxng)路中線水準(zhǔn)測(cè)量路中線水準(zhǔn)測(cè)量n（2）紙上定線時(shí)在地形圖上人工讀取中樁高程）紙上定線時(shí)在地形圖上人工讀取中樁高程n （3）利用建立的帶狀數(shù)模，計(jì)算機(jī)進(jìn)行）利用建立的帶狀數(shù)模，計(jì)算機(jī)進(jìn)行(jnxng)數(shù)模內(nèi)插，得數(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。到道路中線上任一點(diǎn)的高程值，從而獲得縱斷面地面線。 n 2縱斷面設(shè)計(jì)線的確定縱斷面設(shè)計(jì)線的確定 n （1）計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生道路的最優(yōu)縱斷面；）計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生道路的最優(yōu)縱斷面；n （2）設(shè)計(jì)者進(jìn)行）設(shè)計(jì)者進(jìn)行(jnxng)手工拉坡。手工拉坡。 第15頁/共19頁

13、第十六頁，共19頁。第16頁/共19頁第十七頁，共19頁。n設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：n（1）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）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)可能出現(xiàn)(chxin)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。型式及構(gòu)造物布置型式。n（2）計(jì)算機(jī)自動(dòng)套用標(biāo)準(zhǔn)橫斷面逐樁進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)，并可根據(jù)需要顯）計(jì)算機(jī)自動(dòng)套用標(biāo)準(zhǔn)橫斷面逐樁進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)，并可根據(jù)需要顯示在屏幕上。設(shè)計(jì)者可在屏幕上修改不合理的設(shè)計(jì)斷面。示在屏幕上。設(shè)計(jì)者可在屏幕上修改不合理的設(shè)計(jì)斷面。n（3）計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取已存入修改后的數(shù)據(jù)，計(jì)算土石方工程數(shù)量，并進(jìn)）計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取已存入修改后的數(shù)據(jù)，計(jì)算土石方工程數(shù)量，并進(jìn)行土石方調(diào)配。行土石方調(diào)配。 n（4）輸出橫斷面設(shè)計(jì)圖和有關(guān)圖表。）輸出橫斷面設(shè)計(jì)圖和有關(guān)圖表。 第17頁/共19頁第十八頁，共19頁。開開