数字地面模型与其在路线设计中的应用分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1研究背景第1章绪论1958年，美国麻省理工学院摄影测量室主任米勒(C．L．MiUer)成功解决了道路工程的计算机辅助设计问题的同时，提出了一个一般性的概念：数字地面模型，英文名字是DigitalTerrainModels，缩写DTM。后来又出现了其它相近术语，DEM(DigitalElevationModel)，DTM趋向于表达比DEM更广意义上的内容。它的原始定义为：数字地面模型是利用任意坐标场中大量选择的已知点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面简单的数字表示u】。数字地面模型就是在这种背景下

2、被引入公路勘察设计领域的。近50年来，随着高速公路建设的快速发展，对高速公路勘察设计的速度与质量也相应地提出了较高的要求。在大规模地进行公路建设中，道路勘测设计是这一庞大系统工程的灵魂。公路质量的好坏、投资的多少、效益的高低往往取决于设计方案的优劣，取决于勘测设计工作的质量[21．交通部在《公路交通科技发展“九五”计划和到2010年长期规划》中提出：“为进一步提高规划、设计的效率、质量和科学性，．迫切需要利用计算机技术、电子信息技术和光电技术等高新技术改造规划、设计的传统技术构成，实现公路勘测设计自动化”，并将新一代数字地面模型与CAD系统的开发与

3、应用作为研究的重点之一。随着广大人民群众生活水平的提高，人们对出行质量要求越来越高，这就要求道路“安全、和谐、环保、舒适”。道路勘测设计的要求也因此提高；越来越重视线形协调、道路景观、线形安全性等问题。而现有的二维平面设计并不能很好地满足这些要求【3】。而且地形图作为高速公路勘察设计的基础地形资料，其传统的获取方式需通过野外实地测量，然后经过手工或计算机绘制而成，人力、时间消耗较大，而利用计算机进行高速公路勘察设计，就要让计算机能够认识和处理地形资料。因此，必须把地形图变成计算机能接受的信息一数字，即将地形图数字化。至今国内、外对数模的研究、开发与

4、应用已有近50年的历史，随着计算机软、硬件技术及其外围设备的发展，数字地面模型不仅在测绘地形图地学领域有着广泛的研究和应用，而且武汉理工大学硕士学位论文已逐步在铁路工程、公路工程、大型水利工程、机场工程等线型基础设旌工程建设领域均得到较为普遍的应用。因此，利用数字地面模型进行道路勘测设计，是提高道路勘测设计能力和提高设计质量的重要且有效的手段【4J。1．2研究目的和意义按常规的公路路线设计方法，地形数据的获取一般可从地形图上或航测模型上量测，也可直接从野外现场实测得到初定路线的纵、横断面地面线资料，然后进行路线设计。这种低效落后的地形数据获取方法，

5、与高效的CAD系统已不相适应，往往成为影响设计周期与质量的主要原因嘲。数字地面模型不同于地形图和立体模型这种直观表示地形的方法，而是一种易于被计算机处理的、以数字化地形资料来表示。数字地面模型作为路线CAD系统的基础。可以快速、准确地为路线设计提供所需要的一切地形资料。随着路线CAD技术和计算机技术的发展和日趋完善，数字地面模型技术也得到很大的发展，数字地面模型作为公路一体化的重要基础，做为连接野外地形数据采集和内业计算机辅助设计的纽带和桥梁，在应用中越来越显示出重要性明。(1)进一步提高道路勘测设计速度和质量。利用数字地面模型可以直接获取相关的路

6、线地面数据，不需要从地形图上逐桩读取等高线数据，就可获取路线中桩高程、横断面数据等相关路线原始数据。这就有利于选出最经济、最合理的路线方案，而不需要多次进行现场勘测，而且可以做到高效、快捷、方便、精度高。(2)设计过程更加形象直观。医学、心理学研究表明，人类日常生活中接受的信息800,4来自视觉，而图形是人类最容易接受的视觉信息。数字地面模型技术充分利用了人类的视觉潜能，把远远超出人脑分析解释能力的大量数据，用图形、图像来表示，这样可以迅速给人一个概貌，反映事物错综复杂的关系。因此数字地面模型使得交通路线的规划、起终点位置选择、中间控制点选择、交通

7、流集散点位置选择更加形象直观，更好地与周围景观协调，最大程度上建立以人为本的和谐交通。(3)数字地面模型实现道路三维可视化设计，为路线设计提供理论基础和技术平台。武汉理工大学硕士学位论文数字地面模型有助于专业鸿沟的跨越。选线设计是一项涉及面很广、政策性强的综合性工作，是认识自然和改造自然的创造性劳动。选线设计工作要贯彻群众路线，搞好各专业的配合协调。数字地面模型可视化为决策者提供更加直观的决策依据，同时方案评审者也可以参与到实际线路的设计过程中，凭借直观的三维地形提出自己的见解【41。1．3国内外发展状况1．3．1国外发展概况在国外，数字地面模型在

8、公路工程中的应用较早。20世纪50年代，米勒教授为解决道路勘测设计问题，首次应用数字地面模型进行道路勘测设计川。20世纪7