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2012年9月第9期城市道桥与防洪道路交通35数字地面模型DTM和CAD技术在公路路线设计中的应用和发展徐扬(贵州省公路勘察设计院，贵州铜仁554300)摘要：公路工程为带状构造物，其跨越地域广、穿越地形复杂，造成了公路选线设计任务量大，尤其是多方案比选的时候，现场定线从人力、物力、财力等方面都需要很大的投入。而数字地面模型和CAD技术为公路选线提供了一个方便快捷的手段，该文对数字地面模型DTM和CAD技术的应用现状进行了分析，并预见了其在公路选线领域的更多应用。关键词：数字地面模型；CAD技术；公路路线设计中图分类号：U412．3文献标识码：B文章编号：1009—7716(2012)09-0035-03题图等多种图解产品。0前言有了三维数字地面模型I后，在外业勘测前，目前，随着科学技术的迅速发展，各种公路测可以先在三维数字地形图上建立沿公路走向的带设新技术在公路测设中的应用越来越普及。以状三角网数字地面模型，为公路设计自动提供纵、“3s”等高新技术为主体的野外勘测，以数字地面横断面地面线数据，然后对公路进行纸上定线、纵模型(DTM)为基础的内业数据处理，以公路计算断面设计和横断面设计。这样，可以克服传统设计机辅助设计(CAD)为核心的覆盖公路测设全过程方法中存在的缺点，达到准确合理又省时省力的的设计一体化集成技术，代表了公路测设自动化目的。的发展方向，成为现代公路测设新技术的重要标1．1数字地面模型在道路设计中的实际应用志。同时，在各相关学科之间相互交叉和渗透、相在数字地面模型中，可以充分运用其数字化的互影响和促进中，也使公路测设技术得到了迅速特点，做到以下几点：的发展。本文根据现有研究成果和使用案例，介绍(1)在三维立体地面数字模型中，进行公路线数字地面模型DTM和CAD技术在公路路线设计形的选定。三维立体数字地面模型能够给设计者中的应用。提供所有可能的路线走廊，供设计者初定所有的可能路线。1数字地面模型DTM在公路测设中的应(2)在数字地面模型的基础上，比较初定的平用和发展面线形，进行路线平面的空问优化，确定最佳路线随着现代科技的发展，公路设计手段的提高，位置的方案。特别是三维数字地形图和三维数字地面模型在公(3)通过CAD系统提供的路线平面逐桩坐标，路中的广泛应用，为设计工作实现野外实测与公在数字地面模型上插值出路线的纵、横断面地面路设计一体化提供了有利条件，也为设计者在外线，利用插值得到的地面线进行纵、横断面设计生业勘测前对路线设计意图的总体把握提供了方成路线的纵、横断面图。便。(4)将设计好的路线或立交三维模型与路线数数字地面模型DTM(DigitalTerrainModels)．字地形三维模型叠加处理，消影，然后经过渲染和是地形起伏的数字表达，由对地形表面取样所得动画，可以得到整个路线或立交方案的三维真实到的一组点X，Y，Z坐标数据和一套对地面提供连模型。生成地面模型和路线三维真实模型后，设计续描述的算法组成。简单地说，数字地面模型是按人员可以用AutoCAD的命令从任意的角度来浏览一定结构组织在一起的数据组，它代表着地形特观察公路建成的景观。也可以从行车时驾驶员的征的空间分布。数字地面模型是建立地形数据库角度观察公路，从而检查模拟运行的公路设计是的基本数据，可以用来制作等高线图、坡度图、专否合理，视距等条件是否满足安全要求等。1．2三维数字地面模型的优势收稿日期：2012—06—14三维数字地面模型应用于模拟地形表面，便于作者简介：徐扬(1987一)，男，土家族，贵州印江人，助理工程师，市政道路分院设计室主任，从事城市道路勘察设计工作。存储、更新、传播和计算机自动处理，特别适合于 36道路交通城市道桥与防洪2012年9月第9期各种定量分析与三维建模，是公路工程勘察设计部分，它为道路的设计提供必要的基础资料。随着自动化、三维化、可视化不可缺少的工具，是实施测绘技术的发展，道路的勘测手段也发生了根本路线三维空间设计和进行全方位优化设计的前提性的变化，从经纬仪偏角法，到全站仪极坐标法，条件。由于DTM可是实现对数字地面模型进行各到全球定位系统GPS技术的应用，自动化程度越种计算和分析，在公路设计中与传统设计方法比来越高，速度越来越快。特别是GPS技术，在路线较，DTM作为地表信息的一种数字表达形式有着测量中采用分级布网方式和静态相对定位观测可无可比拟的优越性。以实现精确的数据处理。利用实时动态模式进行数字地面模型真实地模拟了地形表面，包含有中桩放样，同时应用于路线横断面测量，大大提高三维真实坐标数据，因此设计人员可以不用到现场了横断面测量效率和测量精度，大规模快速地向踏勘便可利用数模在计算机上完成公路的选线。公路CAD系统提供基础数据和三维地形基础信进行任意桩号或已知平面坐标点的高程插息数据。值。在数模边界内可以获得任意桩号或任意点的2．2内业设计高程值，也可以通过指任一个x，Y平面坐标，程序2．2．1路线设计目前用于路线设计的软件通过搜索，确定该平面点位于哪一个三角中，并通(1)东南大学李方教授推出的路线设计软件过插值计算准确得到该平面点在数模上的投影高“集成交互式道路路线设计EICAD综合版，简称程值。(EICAD)”。软件适应于AutoCADR14／200012002／完成路线任意方案的纵、横断面高程插值。设2004／2006平台，充分发挥了图形平台完备的系统计人员利用数模不需要通过现场放线、打中桩、测开放性和丰富的个性化能力，能够真正快速地访中平、测横断面即可准确方便地获得路线纵、横断问AutoCAD图形数据库，EICAD项目数据环境，面地面线数据，一方面大大节省了外业测量所需能够与AutoCAD环境，EICAD设计环境实现无缝耗费的人力、物力，提高了勘察设计的效率和精连接。嵌入Eicad项目数据环境，全面支持鼠标动度；另一方面也使大范围的路线方案比选成为可态拖动方式，大大简化了土石方调配工作，自动生能。设计人员每完成一条方案平面设计，即可得到成土石方调运图表。支持平面图参照分图，分图完该方案全套的纵、横断地面数据。成后，直接修改原始平面图，参照分图自动更新，设计人员在完成平、纵、横设计后，计算机利无须重新分图。在外业路线放线过程中，还可预先用这些数据可生成路线三维模型。该模型对原数计算好路线中桩、边桩坐标，大大提高了外业放线模进行沿边界挖空，之后先将地面模型三维实体效率。该软件主要包括：平面设计、纵断面、横断面形式输出到当前的AutoCAD图形窗口中，再生成设计三个部分。附加模块有EICAD项目数据环公路路基、边坡、边沟、排水沟、标线、护栏、桥梁等境、平交口设计模块和三维建模模块等。输出数据的三维实体，以便于进一步分析道路设计的合理可以直接供“道路、桥梁三维建模程序-3DRoad”性和实用性。使用，建立三维模型。EICAD主要技术性能如下：a．数字地面模型应用到公路设计中，方便了设采用动态交互方式完成设计Db．具有强大的方案管计者进行合理、安全的设计，极大地提高了公路设理能力。c．纵断面设计模块中，具有灵活的高程控计的效率，降低了设计成本，对于促进我国公路建制功能。d．方便的动态参数化设计功能。e．友好的设事业的发展，推进我国交通事业步人现代化具用户界面。f．强大的修改设计功能。g．丰富的设计查有重要的意义。询功能。h．适应性极强的设计图表绘制功能。软件的应用能够大大提高设计、出图效率，能够完成公2AutoCAD技术在公路测设中的应用和发展路、城市道路方案设计、初步设计和施工图设计。CAD技术在公路测设中的应用，使得传统的(2)公路工程辅助设计系统(HighwayEngineering公路设计手段、设计方法产生了重大变革，极大地AidedDesignSystem)西安海德HEAD6．0版，是由促进了公路交通行业的技术进步，成为公路测设上海中交海德交通科技股份有限公司推出的最新现代化的主要标志之一，充分体现了交通信息化版本。西安海德HEAD6。0版是基于AutoCAD2002特色，展现了交通信息化的水平和能力，在社会上的Windows版本，其设计方法采用轴线设计方法，引起良好反应。CAD技术主要应用在以下几方面。计算更加准确。其主要特色有：a．精确的回旋线实2．1外业测量体定义技术和完善的回旋线计算体系。b．合理的勘测工作是道路设计中不可或缺的重要组成NE坐标系(测量坐标系)定义技术和完善的坐标 2012年9月第9期城市道桥与防洪道路交通37转换体系。c．先进的断链处理技术和完善的桩号换上，不仅仅可以通过PCVX提供的路线引擎直接算体系。利用计算机辅助软件生成的平面、纵断采集，还可以通过路线CAD计算机辅助工程软件面、横断面、路基设计表、土石方数量表等均在直接生成路基的相关设计和测量参数，用户可以AutoCAD环境下，易于修改，操作使用方便，使工通过即时的协同交互和静态的文本交互采集原始程设计从工可一初步设计一施工图设计全部实现设计参数。计算机化。2．2．4其他工程设计(3)纬地路线设计及数字地面模型软件，纬地在设计中其他工程的图表均可在AUTOCAD运行速度测算分析系统(HintV85)基于环境下绘制。平面设计图、路基横断面图、路面结AumCAD2002为背景进行路线设计，贯彻“安全为构设计图、绿化设计图、防护工程设计图等等。利本”的设计理念，以车辆的实际运行速度作为线形用AUTOCAD的制图功能，编制图库、标准图，以设计主要依据之一，可以有效地保证路线平、纵、及通用设计图。可轻松方便地完成，并易于修改，横各主要设计参数以及相关要素如视距、超高等在以后设计中重复利用，使CAD技术应用于勘察指标与设计速度的合理搭配，以获得连续、一致的设计中的各个阶段，使设计文件的计算机出图率均衡设计。达到100％。2．2．2桥梁设计2．3AutoCAD技术发展方向公路桥梁的计算机辅助设计系统——桥梁通随着现在工业水平的发展，计算机技术和应CAD6．0，是对桥梁下部构造进行验算设计的一种用软件技术的发展，CAD技术也必将向着更加智软件，设计计算更灵活，为设计人员提供多方案比能化，更加实用，简单的方向发展。同时，作为最基选，达到优化设计的目的。同时，也可作为桥梁图础的应用软件，CAD必将为各行各业提供更加方库、标准图，以及通用设计图的工具软件，为桥梁便、合理、准确的应用环境。设计的标准化工作奠定基础。桥梁通CAD6．0依靠同时，对应于道路设计这一特殊的行业，未来的图形平台是AutoCAD，由桥梁通系统生成的图的道路设计也必将在CAD的基础上不断发展，借纸．scr必须通过AutoCAD的命令调入。为了方便助智能交通管理系统，数字地面模型系统，可以预用户对图纸的修改，对图纸的编辑、修改、存盘、绘见未来的道路设计将更加可视、方便、合理。设计图机打印等均在AutoCAD环境中进行，设计过程阶段设计者本身也将更多、更容易地考虑环境保遵循工程技术人员设计习惯，输出的计算书表格护、资源节约和安全设计。化，规范化，便于复核。设计与绘图全过程进行，计3总结算机自动化程度高；也可单独设计或单独绘图。2．2．3涵洞设计本文分析了数字地面模型DTM和AutoCAD重庆海特涵洞辅助设计PCVX软件，是一套技术在道路设计领域的发展现状，结合道路设计利用涵洞的设计理论与公路计算机辅助工程相结这一特殊的领域，分析了将两者合并使用给道路合的公路涵洞设计和成果图绘制软件系统，可与设计带来的有利影响。AumCAD共享内存地址空间，能够与AutoCAD环境浑然天成，可采用CAD快速的得到其成果图。参考文献[1】杨德麟擞字地面模型【J】．测绘通报，1998，(3)：45—46．支持新桥涵规范规定的荷载等级(包括汽车1、2[2】夏建华．数字地面模型在工程中的应用【J】．北京测绘，2001，级，城市道路荷载(城A和城B)等)的结构计算；(3)：66—67．支持新的标准图的规范、构造图的绘制；支持符合[3】黄桂兰．DTM在公路设计中的应用IJ1．武汉大学学报(信息科学新规范的布置图的绘制。PCVX能够通过数据库实版)，1989，(3)：102—103．[4】郑益民．公路工程CAD基础教程(M]．北京：人民交通出版社，体实现涵洞设计过程中设计图和细部构造图的绘20o8．制，PCVX在对原始的路基设计和测量数据的采集[5】许娅娅，雒应．公路测设新技术[M】．=jE京：人民交通出版社，2006．