公路CAD完整教程——3n

1、公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院1第一節(jié) 數(shù)據(jù)的采集一、概述原始數(shù)據(jù)是指反映公路設(shè)計區(qū)域地形、地質(zhì)、水文、地物的圖形、符號、數(shù)值等數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)是指反映擬建公路沿線區(qū)域地形特征的各類數(shù)據(jù)，它是進行公路設(shè)計的根底數(shù)據(jù)采集是指選取構(gòu)造數(shù)模的數(shù)據(jù)點及量取其值的過程，是建立數(shù)字地形模型的根底工作。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院2 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式已不能滿足現(xiàn)代道路測設(shè)的需要，并且是影響設(shè)計周期及質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，獲取高速、精確的地形數(shù)據(jù)是現(xiàn)代道路測設(shè)中急需解決的問題。 3S(GIS，GPS，RS)技術(shù)集成; 4D技術(shù)DEM(Digital Elevation Model)數(shù)字高程模型;DO

2、M(Digital Orthophoto Map)數(shù)字正射圖;DRG(Digital Rastar Graphic)數(shù)字柵格地圖;DLGDigital Line Graphic數(shù)字線劃圖。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院3二、 地形數(shù)據(jù)采集的分類與特點 公路設(shè)計原始地形數(shù)據(jù)的來源，通常有三種方法：利用航空攝影測量和遙感方法采集地形數(shù)據(jù)；利用已有的圖形數(shù)字化、矢量化；野外實測采集地形數(shù)據(jù)。 對于以上每種方法，根據(jù)設(shè)備及手段的不同又有多種數(shù)據(jù)采集形式。比方航測數(shù)據(jù)采集按設(shè)備不同又可分為模擬法測圖、解析法測圖及數(shù)字測圖等方式。地形圖數(shù)字化有人工手扶跟蹤數(shù)字化儀輸入法和全自動數(shù)字化儀(掃描儀)輸入

3、法兩種；公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院4 野外實測數(shù)據(jù)有采用常規(guī)的野外測量方式、由人工實測和記錄獲得地形數(shù)據(jù)，也可用電子速測儀從野外實測獲得地形數(shù)據(jù)，還有采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS從野外采集地形數(shù)據(jù)等?；蚶肎IS和DTM直接與CAD嫁接，地形數(shù)據(jù)采集分類如圖4-1。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院5第一節(jié)數(shù)據(jù)的采集公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院61、航測法采集地形數(shù)據(jù) 攝影測量是利用攝影所得的像片，研究和確定被攝物體形狀、大小、位置、屬性相互關(guān)系的一種技術(shù)。 由于航測方法采集數(shù)據(jù)能直觀地觀察地表形態(tài)，控制地形點的分布和密度，信息可靠，精度高。是理想的地形數(shù)據(jù)采集手段。 在公路

4、設(shè)計中的應(yīng)用： 航測地形數(shù)據(jù)采集步驟：公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院7遙感技術(shù)Remote Sensing 2、RS(Remote Sensing) 對路線綜合優(yōu)化設(shè)計提供根底數(shù)據(jù)的支撐?！斑b感一詞產(chǎn)生于60年代初期，意思是遙遠的感知遙感RS是利用航片或衛(wèi)星照片上含有的豐富地表信息，通過立體觀察和相片判釋并經(jīng)過計算機的自動處理、自動識別，獲得與路線相關(guān)的各種地質(zhì)、水文、建材等資料的一個計算機軟硬件系統(tǒng)。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院8原理目標(biāo)輻射信息遙感器收集、傳遞信息目標(biāo)信息的處理、判釋、應(yīng)用介質(zhì)傳輸人工輻射源公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院9遙感技術(shù)Remote Sensi

5、ng 遙感技術(shù)在公路勘測設(shè)計中有以下優(yōu)點： 1它可以幫助設(shè)計人員對路線所經(jīng)區(qū)域的地形、地貌、河流、居民點以及交通網(wǎng)系等進行概要判讀，以了解其對路線的影響，有助于對路線方案的優(yōu)化。 2同時它提供詳細的地質(zhì)、水文、植被資料，幫助設(shè)計人員了解不良工程地質(zhì)現(xiàn)象對路線的影響程度，以便提早改線，防止不必要的損害和事故發(fā)生。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院10 3通過遙感資料，可以幫助設(shè)計人員了解沿線土壤和植被類型，了解農(nóng)作物及經(jīng)濟作物的分布情況，以便為綠化設(shè)計作準(zhǔn)備。 4通過遙感資料，還可以幫助設(shè)計人員了解沿線建筑材料的分布、儲量 、開挖、運輸條件，為施工創(chuàng)造良好便利條件。 5同時通過遙感資料，可以對

6、所選路線線形進行三維透視，可以幫助設(shè)計人員了解路線線形是否順暢，行車視距是否良好，與周圍景觀是否協(xié)調(diào)一致。 公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院113、地形數(shù)字化1技術(shù)手段 *人工制作 *地形圖像數(shù)字化利用數(shù)字化儀、利用掃描圖象 *柵格圖像矢量化 GeoScan，GeoStar吉奧之星 ) EPSW, CASS, READ *數(shù)字?jǐn)z影測量(DPS) 2根本原理P210公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院12第一節(jié)數(shù)據(jù)的采集4、野外測量方法 野外數(shù)據(jù)采集測量人員利用所帶測量儀器經(jīng)緯儀或全站儀在野外實測地形數(shù)據(jù)，是種切實可行的野外地形數(shù)據(jù)采集方式。 技術(shù)手段： * 常規(guī)測量法 *全站儀測圖法 *

7、GPS測圖法 公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院13傳統(tǒng)測量與全站儀(Total Station)測量區(qū)別 *儀器設(shè)備的電子化； *記錄存儲在磁介質(zhì)或內(nèi)存里； *數(shù)據(jù)的編碼交換，為后續(xù)工作直接提供效勞。 GPS測量 GPS(Global Positioning System) 對測量產(chǎn)生了革命性 的影響；第三章公路CAD數(shù)據(jù)的采集公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院14全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System) GPS全球定位系統(tǒng) 衛(wèi)星定位是依靠空間衛(wèi)星傳送到地面接收機的信號，從電磁波的時間和速度或是波長與相位判斷距離。 它是全球性的衛(wèi)星定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，它能向全世

8、界任何地方的用戶觀測站提供連續(xù)的、實時的位置即三維坐標(biāo)，速度、和時間等信息。全球定位系統(tǒng)是美國從 20世紀(jì)70年代開始研制歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院15應(yīng)用領(lǐng)域GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已普及國民經(jīng)濟

9、各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院16GPS的組成 目前世界上已有的三大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在運行：一是美國的全球定位系統(tǒng)GPS，二是俄羅斯的“格魯納斯GLONASS,三是中國的“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。但是這兩個系統(tǒng)受到美、俄兩國軍方的嚴(yán)密控制，其信號的可靠性無法得到保證。長期以來歐洲只能在美、俄的授權(quán)下從事接收機制造、導(dǎo)航效勞等附屬性的工作?？扑魑謶?zhàn)爭時，歐洲完全依賴美國的全球定位系統(tǒng)。當(dāng)這個系統(tǒng)出于軍事目的而停止運作時，一些歐洲企業(yè)的許多事務(wù)被迫中斷。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院17 為了能在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中占有一席之地，歐洲認識到建立擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的

10、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性。同時在歐洲一體化的進程中，建立歐洲自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將會全面加強歐盟諸成員國間的聯(lián)系和合作。在這種背景下，歐盟決定啟動一個軍民兩用的與現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相兼容的全球衛(wèi)星導(dǎo)航方案 “伽利略GALILEO方案。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院18組成： GPS系統(tǒng)包括三大局部：空間局部(GPS衛(wèi)星星座)、地面控制局部(地面監(jiān)控系統(tǒng))、用戶設(shè)備局部(GPS信號接收機)。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院19GPS的特點：1. 定位精度高 gps:7.5m 北斗：10m2. 觀測時間短 相對靜態(tài)定位，20公里內(nèi)：15-20分鐘 快速靜態(tài)定位，15公里內(nèi)：1-2分鐘 動態(tài)相對

11、定位：幾秒公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院203. 測站間無需通視4. 可提供三維坐標(biāo) GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)精度5. 操作簡便6. 全天候作業(yè)7. 功能多，應(yīng)用廣 測量、導(dǎo)航、測速、測時公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院21GPS在道路設(shè)計中的應(yīng)用1繪制大比例尺地形圖公路選線多是在大比例尺(11000或12000)帶狀地形圖上進行。用傳統(tǒng)方法測圖，先要建立控制點，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大，速度慢，花費時間長。用實時GPS動態(tài)測量可以完全克服這個缺點，只需在沿線每個碎部點上停留一兩分鐘，即可獲得每點的坐標(biāo)、高程。結(jié)合輸入的點特征編碼及屬性信息，構(gòu)成帶狀所

12、有碎部點的數(shù)據(jù)，在室內(nèi)即可用繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，而且采集速度快，因此大大降低了測圖難度。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院222公路中線放樣 設(shè)計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標(biāo)定出來。采用實時GPS測量，只需將中樁點坐標(biāo)輸入到GPS電子手簿中，系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的，不會產(chǎn)生累計誤差，各點放樣精度趨于一致。 公路路線主要是由直線、緩和曲線、圓曲線構(gòu)成。放樣時，只要先輸入各主點樁號(ZH、HY、QZ、YH、HZ)，然后輸入起終點的方位角a1、a2，直線段距離D1、D2，緩和曲線長度LS1、L

13、S2，圓曲線半徑R，即可進行放樣操作。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院23 這種方法簡單實用，比起傳統(tǒng)的弦線撥角法要快速得多。另外，如果需要在各直線段和曲線段間加樁，只需輸入加樁點的樁號就能自動計算放樣元素。3公路的橫、縱斷面放樣和土石方數(shù)量計算 縱斷面放樣時，先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如：各變坡點樁號、直線正負坡度值、豎曲線半徑)，生成一個施工測設(shè)放樣點文件，并儲存起來，隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。 橫斷面放樣時，先確定出橫斷面形式(填、挖、半填半挖)，然后把橫斷面設(shè)計數(shù)據(jù)輸入到 電子手簿中(如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設(shè)計高)，生成一個施工測設(shè)放樣點文件，儲存起來

14、，并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院24 同時軟件可以自動與地面線銜接進行戴帽工作，并利用斷面法進行土石方數(shù)量計算。通過繪圖軟件，可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集而來的，不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量，大大減少了外業(yè)工作。必要時可用動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復(fù)合，這與傳統(tǒng)方法相比，既經(jīng)濟又實用，前景又廣闊。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院25 4橋梁結(jié)構(gòu)物放樣 對于在江河上修建的大跨徑橋梁，采用傳統(tǒng)光學(xué)儀器和全站儀來定位是比較困難的，因為江面過寬、霧氣較大，易造成儀器讀數(shù)誤差。另外，江面情況變化多端、觀測浮標(biāo)位置飄浮不定，影響定位精

15、度。由于GPS在這方面發(fā)揮了一定的優(yōu)勢。因為GPS采用的是空間三點前方距離交會法原理來定位，不受江面外界情況干擾，點與點之間不要求必須通視，簡捷方便，精度高，大大提高了作業(yè)效率。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院26地理信息系統(tǒng)Geographic Information System 1地理信息系統(tǒng)Geographic Information System簡稱GIS：是地理學(xué)科和計算機學(xué)科運用測繪遙感、衛(wèi)星定位、信息傳遞等高新技術(shù)而開展起來的。它具有三維地理空間系統(tǒng)為骨架，包含有與該地理空間系統(tǒng)有關(guān)的各種屬性信息，并隨時間進程不斷更新，為國民經(jīng)濟各行各業(yè)效勞。地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可以分為如

16、下3大類公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院271專題型：是具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)，是效勞特定的專門目的的，如水資源地理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源地理信息系統(tǒng)等。2區(qū)域型：主要以某一特定的研究區(qū)域綜合研究和全面效勞為目標(biāo)，可以有不同規(guī)模的，如國家級、地區(qū)級等。3工具型：它是具有地理信息系統(tǒng)功能的軟件包，是一種工具平臺。目前這類工具型的地理信息系統(tǒng)還不是很成熟。在功能覆蓋、應(yīng)用程序接口、硬件適應(yīng)面和使用靈活性上還不能滿足不同領(lǐng)域的不同層次需要。目前地理信息系統(tǒng)平臺主要應(yīng)用在資源普查、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境管理、宏觀決策等方面。 公路GIS是綜合處理三維公路信息的一個計算機軟硬件系統(tǒng)，數(shù)字

17、化地理信息系統(tǒng)應(yīng)該具備詳細的地形數(shù)據(jù)資料，包括平面點的坐標(biāo)、高程，已建道路和橋梁的位置、名稱，道路沿線的民宅、工礦企事業(yè)單位、田地、果林、魚塘、水渠、河流、電力管線等詳細地面資料。應(yīng)用GIS，可以方便翻開某一個區(qū)域或某設(shè)計路段數(shù)字化地形圖，通過鼠標(biāo)在地形圖上選取控制點，控制點的屬性也同時顯示(包括點的坐標(biāo)、高程)，控制點連線后，路線的走向就根本確定，輸入一些平曲線要素，一條路線方案很快就選定。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院29 如果對所選路線方案不滿意，可隨時用鼠標(biāo)修改，同時地形圖比例也可以根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)。在路線方案選定的同時，可以從地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取其它相關(guān)信息資料，如最正確路

18、徑、最短出行時間、交通流量、道路沿線地區(qū)人口數(shù)量、經(jīng)濟狀況、建材分布與儲量、運輸條件、土壤、地質(zhì)和植被情況等。同時設(shè)計人員對于同一起終點的路線，可以選取不同的路線方案進行分析、比照、篩選直至獲得最正確滿意方案為止。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院30 GIS在道路前期規(guī)劃中發(fā)揮了巨大作用。占地拆遷做為前期規(guī)劃工作中的一項重要工作，它的估算準(zhǔn)確與否直接影響到工程總造價的上下和經(jīng)濟評價的好壞。在GIS電子地圖上準(zhǔn)確定出占地線寬度，自動算出占地畝數(shù)，算出占地線范圍內(nèi)的魚塘、麥地、果樹、電線桿、水井和電力管線等分項拆遷工程量，減輕了前期規(guī)劃人員外業(yè)工作強度，提高了工作效率。公路CAD西華大學(xué)交通與

19、汽車工程學(xué)院31 可以隨時到現(xiàn)場進行碎部測量并采集數(shù)據(jù)，以補充更新原有的GIS數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)在許多省、市，嘗試把GIS技術(shù)引入到初步設(shè)計和施工圖設(shè)計中，并且已經(jīng)取得了良好地效果。美國、英國、瑞典等國家已經(jīng)把GIS技術(shù)引入到施工圖設(shè)計階段中，并處于領(lǐng)先地位，開發(fā)和推出了不少關(guān)于這方面的軟件，如INROADS和MOSS、CARD/1。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院32第二節(jié)數(shù)字地形模型及應(yīng)用 數(shù)字地形模型是根據(jù)地外表上一些地形點的三維大地坐標(biāo)X，Y，Z的集合以及在集合中配有的內(nèi)插規(guī)那么，而建立起來的一個數(shù)字化的地形模型。 所謂數(shù)字化就是說地形模型不是實物而是用一組數(shù)據(jù)來構(gòu)建的；所謂內(nèi)插就是通過構(gòu)

20、成DTM的一組數(shù)據(jù)來求算地面上任意一個給定了平面坐標(biāo)X，Y的地形點的高程Z的數(shù)學(xué)方法。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院33 一、數(shù)模的開展及研究狀況 DTM最初是由美國麻省理工學(xué)院Miller為了高速公路的自動設(shè)計于1956年提出來的。此后，對它的研究經(jīng)歷了四個時期：50年代末是其概念形成時期；60一70年代對DTM內(nèi)插問題進行了大量的研究，如Schut提出的移動曲面擬合法，Arthur和Hardy提出的多面函數(shù)內(nèi)插法，Kraus和Mikhail提出的最小二乘內(nèi)插法及Ebner等提出的有限元內(nèi)插法。70年代中、后期對采樣方法進行了研究，其代表為Makarovic提出的漸近采樣(Progre

21、ssive Sampling)、混合采樣(Composite Sampling)。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院34 80年代以來，對DTM研究已經(jīng)涉及到DTM系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，其中包括用DTM表示地形的精度、地形分類數(shù)據(jù)采集、DTM的粗差探測、質(zhì)量控制、DTM數(shù)據(jù)壓縮、DTM應(yīng)用以及不規(guī)那么三角網(wǎng)DTM的建立與應(yīng)用等等。二、內(nèi)插方法與數(shù)模的表現(xiàn)形態(tài) 1、 內(nèi)插方法 原始地形數(shù)據(jù)采集，經(jīng)處理后以散點數(shù)據(jù)的形式存儲在計算機內(nèi)，如何形成數(shù)字地形模型呢？簡單的說，在計算機中，公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院35 三角網(wǎng)數(shù)字地面模型簡稱三角網(wǎng)數(shù)模。它是用許多平面三角形逼近地形外表，即將地外表看

22、成是由許多小三角形平面所組成的折面覆蓋起來的，讀取并存儲三角形頂點的三維坐標(biāo)，即構(gòu)成三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，如以下圖。三角網(wǎng)數(shù)模內(nèi)插產(chǎn)生設(shè)計所需的路線縱、橫斷面資料，并為搜索地形等高線提供依據(jù)。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院36 這種數(shù)字地形模型雖然要儲存各三角形頂點的三維坐標(biāo)，但為了到達同樣的使用精度，其網(wǎng)點數(shù)可以遠小于方格網(wǎng)數(shù)字地形模型所需要的網(wǎng)點數(shù)，因而能節(jié)省很多的計算機內(nèi)存。如果是采用數(shù)字化儀等自動坐標(biāo)輸入裝置，獲取原始數(shù)據(jù)亦頗為方便，只是要求操作者應(yīng)有一定的工作經(jīng)驗，以免取點不當(dāng)，降低計算精度。此外，為了有效地查詢，還應(yīng)將所有三角形按一定規(guī)律編號排列起來。公路CAD西華大學(xué)交通與汽

23、車工程學(xué)院37 三角網(wǎng)數(shù)模的特點是精度較高，成網(wǎng)速度較快，但要求采樣點分布均勻。適用于由野外實測數(shù)據(jù)建立模型。 為了保證三角網(wǎng)數(shù)模的內(nèi)插精度，數(shù)據(jù)采集時，建議沿地形特征線采集，在坡面適當(dāng)?shù)剡x擇控制點；公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院38 構(gòu)造三角網(wǎng)時，應(yīng)盡可能確實保每個三角形都是銳角三角形，或者三角形三邊的長度近似相等，防止出現(xiàn)過大的鈍角和過小的銳角；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。 三角網(wǎng)數(shù)模通常是由散點按照一定的規(guī)那么連接而成，在聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)插及等高線繪制時均應(yīng)考慮地形特征。對于雙高程斷裂線，三角形聯(lián)網(wǎng)時只考慮平面位置，且不應(yīng)跨越斷裂線，內(nèi)插計算時需判斷待插點所

24、在三角形的三頂點高程。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院393方格網(wǎng)數(shù)模 方格網(wǎng)式數(shù)字地形模型時將路中線左、右一定寬度內(nèi)的地面劃分成大小相等的方格或長方格，按一定次序讀取網(wǎng)格點的高程，輸入計算機而構(gòu)成的數(shù)模。如P222圖4-7(a)和P223圖4-8。可通過內(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)的待定點高程，根據(jù)網(wǎng)格四個節(jié)點高程，采用雙線性多項式內(nèi)插求得。假設(shè)某個方格四個節(jié)點的高程為z1，z2，z3，z4，那么方格任意地形點PX，Y的高程為：公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院40內(nèi)插方法是雙線性多項式內(nèi)插，其插值公式為，式中系數(shù)可寫成格網(wǎng)結(jié)點高程的函數(shù)公路CA

25、D西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院41其中，dx和dy為格網(wǎng)兩邊的邊長。這個公式相當(dāng)于把四個頂點擬合成一個雙曲拋物面。為了提高格網(wǎng)數(shù)模的精度，可根據(jù)不同的地形類別及設(shè)計階段的精度要求，在不同區(qū)段選用不同的方格大小。平坦地區(qū)邊長可長些，陡峻地區(qū)邊長宜短些，初步設(shè)計邊長可長些，技術(shù)設(shè)計邊長應(yīng)短些。一般在520m之間為宜。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院42三、數(shù)字地形模型用于路線設(shè)計的根本方法 1、繪制等高線地形圖 DTM是一個人眼看不見的非視覺模型，因而首先應(yīng)據(jù)DTM繪制出人們習(xí)慣使用的等高線地形圖，這步工作通常由自動繪圖系統(tǒng)據(jù)專門的等高線繪制程序來完成。2、 擬定路線平面位置 由于道路選線的復(fù)雜

26、性，該項工作主要還是由人來進行的。設(shè)計人員在繪出的等高線地形圖上，同常規(guī)紙上定線一樣，進行平曲線設(shè)計，然后根據(jù)數(shù)字地形模型自動確定各中樁里程、逐樁坐標(biāo)、各曲線要素等。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院433、建立路中線及橫斷面方向線的參數(shù)方程 路線坐標(biāo)系與DTM坐標(biāo)系統(tǒng)相同，通常采用高斯投影的大地坐標(biāo)系，路線方程即在大地坐標(biāo)系中確定。 以路線里程樁號I參數(shù)，路中線方程可表示為： 路線平面可分解為直線、圓、緩和曲線三種計算單元，各單元的參數(shù)方程可分別定義。有了路中線方程后，求出路中線上各點的法線方程，即可得到橫斷面方向線參數(shù)方程。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院444、路線縱、橫斷面地面高

27、程內(nèi)插 路線方程可求得路中線上各中樁點及其橫斷面地面線上各點的平面大地坐標(biāo)x，y，再由下述DTM高程內(nèi)插方法即可求得路線各點的地面高程值Z，從而可由繪圖機自動繪出路線縱斷面地面線和橫斷面地面線。圖2-3-1中，路線上某樁號為L的中樁號點P的大地坐標(biāo)X，Y已經(jīng)求出，根據(jù)X，Y可以判斷點P所在格網(wǎng)，然后計算點P所在網(wǎng)格左下角的行、列號數(shù)I，J：公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院45 式中X0，Y0為格網(wǎng)左下角的大地坐標(biāo)，dl為格網(wǎng)間距。 有了行列號I，J后，就可以把點P所在網(wǎng)格提出來單獨加以討論。如圖2-3-2，點P所在網(wǎng)格的四個格網(wǎng)點的高程分別為Z(I，J)、Z(I+1，J、Z(I+1，J=1

28、)、Z(I，J+1)，我們建立以網(wǎng)格左下角為原點的坐標(biāo)系，并設(shè)格網(wǎng)間距為l，那么四個網(wǎng)格點的平面坐標(biāo)分別為0，0)、 (0，1)、l，1)、(1，0)。將網(wǎng)格對應(yīng)的曲面即地外表)擬合為一個雙曲拋物面，曲面函數(shù)為：公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院46(5)路線平縱橫設(shè)計 使用電子三維地形圖或?qū)㈦娮佣S地形圖三維化，或?qū)⒓堎|(zhì)地形圖掃描，并用矢量化軟件進行矢量化處理得到電子地形圖，然后再將得到的二維地形圖三維化。建立數(shù)字地面模型，在數(shù)字地形模型支持下，借助數(shù)學(xué)方法，由計算機初定路線平面位置，進行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)計算機選擇的最優(yōu)方案和數(shù)模提供的地形資料。完成整個路線設(shè)計工作。這種方法實現(xiàn)的CAD系統(tǒng)

29、，自動化程度高 道路平面位置確定以后，利用數(shù)模，計算機進行數(shù)模內(nèi)插，得到道路中線上任意點的高程值，從而獲得縱斷面地面線。進行縱斷面優(yōu)化設(shè)計。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院47 利用數(shù)字地形模型內(nèi)插獲得橫斷面地面線，進行橫斷面設(shè)計。 當(dāng)然數(shù)字地形模型在路線平縱橫設(shè)計中是否能夠較好的應(yīng)用，取決于地形特征點、變化點數(shù)據(jù)的處理、內(nèi)插方法、數(shù)據(jù)采集的點的分布是否合理、點的密度是否足夠、點的精度等，通常都需要用其它方法，比方實地補測等來補充數(shù)據(jù)和人的判斷等。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院486、設(shè)計成果評價與設(shè)計方案優(yōu)化 計算機向設(shè)計人員提供路線平、縱、橫設(shè)計圖、路線透視圖、工程量、工程造價等

30、目標(biāo)函數(shù)值，由設(shè)計人員最后決定設(shè)計方案的可行與否。假設(shè)方案欠佳，那么調(diào)整縱面設(shè)計甚至修改平面設(shè)計后重新計算；反之，采用該設(shè)計方案。 這步工作最能發(fā)揮DTM的作用。對常規(guī)設(shè)計而言，路線平面位置的每一次變動，都要求重新進行縱、橫斷面測量以獲得新的地面高程，這實際上是很難辦到的，采用DTM，只需重新計算路線平面大地坐標(biāo)，由計算機輸出路線平、縱、橫設(shè)計圖，路線線形透視圖或路線全景透視圖，計算表格和有關(guān)說明文件。公路CAD西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院49然后通過DTM高程內(nèi)插得到新的高程值，而這個過程可由計算機輕而易舉地反復(fù)循環(huán)完成，有了DTM，路線平面優(yōu)化就有了實際應(yīng)用的可能。(7)編制工程設(shè)計文件公路CAD西華大學(xué)交通與汽