道路勘测设计 第十三章 路线CAD课件.ppt

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1、第十三章路线CAD第一节概述计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称CAD）是世界公认的重大技术成就之一，深刻影响着当今工业和各个工程领域，已成为工程设计和科学研究不可缺少的组成部分。一、CAD的概念1.完整CAD系统的硬件部分：主机、图形输入设备、图形显示器及自动绘图仪。2.CAD需采用的主要技术有：计算机图形学；人机交互技术；数据库技术。3.道路CAD系统具有功能：科学计算功能；编制文件功能。二、道路CAD发展概况（一）国外发展状况1.20世纪60年代，计算机运用到道路设计主要是完成繁重的计算

2、任务，如多层路面结构力学计算、桥梁结构计算、平面和纵断面线形计算等。2.20世纪70年代，道路优化技术从单一的纵断面优化扩展到一定宽度范围内的平面线形优化和平纵面线形综合优化；数字地面模型开始应用；计算机绘图技术发展为实用阶段。3.20世80年代，道路CAD系统的发展更加完善，井逐步向系统化、集成化方向发展。很多国家建立了由航测设备、计算机和专用软件包组成的成套系统，可以完成从数据采集、建立数字地面模型、优化设计到设计文件编制的全部工作，系统都有成功的图形环境文撑，商品化程度很高，如英国的M0SS系统、德国的CARD

3、/1等。（二）国内发展状况1.20世纪70年代中后期，有关公路科研单位、高等院校和公路测设部门开始开发道路设计计算与优化程序，并取得了初步成果。2.1986年，交通部公路规划设计院、东南大学、长安大学等开发完成高等级公路综合优化及计算机辅助设计系统。3.目前公路路线CAD辅助设计系统开发已非常普及，应用十分广泛。比如纬地、海地等软件。第二节数字地形模型简介一、数字地面模型的概念及应用1.概念数字地面模型（DigitalTerrainModel，简称DTM）是按照某种数学模型表达地形特征的数值描述方式，它由许多规则或无

4、规则排列的地形点三维坐标x、y、z组成，是数字化了的地形资料存储于计算机的产物。2.用途（1）数字地面模型可用于道路设计的各个阶段。设计人员利用数字地面模型进行路线方案比选，只需输入少量的设计参数，计算机按照编好的程序自动完成设计和分析比较工作，输出比较结果。（2）数字地面模型还广泛地用于道路初步设计和技术设计中。设计者做一些必要的外业调查和实测，就可以直接利用计算机进行路线设计。（3）数字地面模型可用于绘制地形图、路线平面图和地形透视图，可以大大减轻设计人员的工作强度。二、数字地形模型的种类1．离散型数字地形模型离

5、散型数字地形模型，简称散点数模。是由随机分布的离散地形数据构成，是公路设计中常用的形式之一。可通过内插产生路线设计所需要的纵、横断面地面线资料。高程计算方法：采用移动曲面拟合法移动曲面拟合法的基本思想：以该待求点为圆心，选用一个半径内的地形数据点为依据进行曲面拟合，用一个多项式曲面逼近地形，而多项式的系数用最小二乘法来确定如图13-2。一般使用二次多项式和三次多项式两种曲面。二次多向式曲面：三次多向式曲面：计算任一内插点的高程时，总是先把坐标移到该内插点上，然后画一个以该点为圆心、以R为半径的圆，用圆内包括的若干地形

6、点，列出几个误差方程，用最小二乘法求解该点高程，如图13-3。在圆内二次曲面应大于6个点，三次曲面应大于10个点，如果点数不够，可以将圆扩大直到满足要求为止。根据圆内的几个地形点，可列出如下几个误差方程：对于二次曲面：对于三次曲面：参与内插的各地形点与待求点距离越近，对待求点高程影响越大，反之越小。因此按最小二乘法列法方程解算a0、a1、a2、……等待定系数时，要加入圆内各地形点的权Pi，权函数一般选用Pi=1/Ri，Ri

7、同地貌的地形较好的吻合。2.格网式数字地形模型格网式数字地形模型是将路中线左、右一定宽度内的地面划分成大小相等的方格或长方格，按一定次序读取网格点的高程，输入计算机而构成的数模。如图：高程计算方法：采用双线性内插法双线性是在矩形格网节点高程已知的情况下，内插格网范围内待定点高程的方法。假设某矩形四个节点的高程为zl、z2、z3、z4，则矩形内任一待求点的高程为：双线性内插适用于格网内无地形特征线的情况，否则将会造成不同程度的误差。另外其还具有运算速度快，占用内存小等优点。3.三角网式数字地形模型它是用许多平面三角形逼

8、近地形表面，即将地表面看成是由许多小三角形平面所组成的折面覆盖起来的，读取并储存三角形顶点的三维坐标，即构成三角网数字地形模型。高程计算方法：采用三角格网内插法它是以地形特征点为顶点组成三角形网格来逼近地形表面。即将各已知点看作不重叠地覆盖在内插区域的三角网的各顶点，各三角形被认为是一倾斜平面，在三角形内的待定点高程可采用线性内插求得。设待定点