数字地面模型与道路CAD新技术

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1、第四篇数字地面模型与道路CAD新技术3S(GIS，GPS，RS)技术集成;4D(DEM(DigitalElevationModel)—数字高程模型;DOM(DigitalOrthophotoMap)—数字正射图;DRG(DigitalRastarGraphic)—数字栅格地图;DLG（DigitalLineGraphic）—数字线划图。1.1．地形数据的采集与处理地形数据是进行公路设计的基础，数据采集是指选取构造数模的数据点及量取其坐标值的过程，是建立数字地形模型的基础工作。传统的数据采集方式已不能满足现代道路测设

2、的需要，并且是影响设计周期及质量的关键，因此，获取高速、精确的地形数据是现代道路测设中急需解决的问题。1.1形数据采集的分类与特点公路设计原始地形数据的来源，通常有三种方法：利用航空摄影测量和遥感方法采集地形数据；利用已有的图形数字化、矢量化；野外实测采集地形数据。对于以上每种方法，根据设备及手段的不同又有多种数据采集形式。比如航测数据采集按设备不同又可分为模拟法测图、解析法测图及数字测图等方式。地形图数字化有人工手扶跟踪数字化仪输入法和全自动数字化仪(扫描仪)输入法两种；野外实测数据有采用常规的野外测量方式、由人

3、工实测和记录获得地形数据，也可用电子速测仪从野外实测获得地形数据，还有采用全球卫星定位系统GPS从野外采集地形数据等。或利用GIS和DTM直接与CAD嫁接，地形数据采集分类如图1-1-1。2．数字地形模型及应用数字地形模型是根据地表面上一些地形点的三维大地坐标（X，Y，Z）的集合以及在集合中配有的内插规则，而建立起来的一个数字化的地形模型。所谓数字化就是说地形模型不是实物而是用一组数据来构建的；所谓内插就是通过构成DTM的一组数据来求算地面上任意一个给定了平面坐标（X，Y）的地形点的高程（Z）的数学方法。2.1数模

4、的发展及研究状况DTM最初是由美国麻省理工学院Miller为了高速公路的自动设计于1956年提出来的。此后，对它的研究经历了四个时期：50年代末是其概念形成时期；60一70年代对DTM内插问题进行了大量的研究，如Schut提出的移动曲面拟合法，Arthur和Hardy提出的多面函数内插法，Kraus和Mikhail提出的最小二乘内插法及Ebner等提出的有限元内插法。70年代中、后期对采样方法进行了研究，其代表为Makarovic提出的渐近采样(ProgressiveSampling)、混合采样(Composite

5、Sampling)。80年代以来，对DTM研究已经涉及到DTM系统的各个环节，其中包括用DTM表示地形的精度、地形分类数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、DTM数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等等。2.2内插方法与数模的表现形态(1)内插方法原始地形数据采集，经处理后以散点数据的形式存储在计算机内，如何形成数字地形模型呢？简单的说，在计算机中，根据合适数量的已知点的X，Y，Z坐标用各种适合的面，如三角平面、双曲抛物面、二次多项式曲面、双曲面、三次曲面按照一定的原则比如最小二乘原理（各点到拟合

6、面的距离平方和最小）来拟合地表面，在拟合面的方程中代入各已知点的X，Y，Z坐标，解方程组求出方程中的待定系数，这样就相当于确定地表面方程，由此拟合方程即可根据此方程范围内的任意一点X，Y坐标求出该点Z坐标，即高程值，达到利用数字地形模型获取地面上任意点高程产生纵、横断面地面线资料的目的，进行纵、横断面设计。DTM是将地面上无数的地形点压缩后，选取一些有代表性的离散点来反映地形起伏的，实际应用中必须用插值的方法重建原地面，以便获得地表面任一点的高程值。DTM内插就是根据已知点上的高程求出其他待定点上的高程。由于所采集

7、的原始数据一般是不规则的，为了得到规则格网的DTM，内插是必不可少的。所以DTM内插是DTM生产中的一个核心问题。按内插点的分布范围，可将内插分为三类：局部内插，逐点内插和整体内插。而按二元函数附近数学面和参考点的关系，内插又可分为纯二维内插和曲面拟合内插两种。1)整体函数内插对整个区域(或一个子区)应用一个数学模型(一般以地形特征线将整个测区划分成若干个子区)，由区域内所有已知点的数据求解待定参数来定义整体函数。其基本思想是：任何一个规则或不规则面均可以由若干个简单面，如二次曲面、三次曲面等叠加到任意精度等级。2

8、)局部函数内插用一个函数式拟合一个局部地表面，通常只在格网小范围内使用。如线性内插、双线性多项式内插、有限元法等。3)逐点内插以任意待定点为中心，以邻近的已知点定义内插函数，拟合该点邻近的地表面形态。内插函数的选择应以能最好地反映插值区的地形为准。内插的关键是处理好地形特征点、线。整体函数内插计算量大，速度慢，一般用于大范围的航测建模。（2）数模的表现形态常