數(shù)字地面模型DTM和CAD技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

何兆照+李永華

摘要：為改善公路建設(shè)中線路設(shè)計(jì)任務(wù)量大的現(xiàn)狀，提升路線設(shè)計(jì)工作效率，公路路線設(shè)計(jì)中開(kāi)始應(yīng)用相關(guān)的科學(xué)技術(shù)手段，本文中具體分析了公路路線設(shè)計(jì)中數(shù)字地面模型DTM與CAD技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字地面模型；CAD技術(shù)；公路路線設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0115-01

目前，我國(guó)大多數(shù)測(cè)設(shè)單位都在使用數(shù)字地面模型DTM和公路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)進(jìn)行測(cè)設(shè)工作，并不斷融入新的技術(shù)理念，促使公路路線測(cè)設(shè)工作的質(zhì)量和效率快速提高。

1 數(shù)字地面模型DTM與CAD技術(shù)概述

1.1 數(shù)字地面模型DTM

數(shù)字地面模型DTM最早是由一家名為MIT的實(shí)驗(yàn)室所發(fā)明的，將地面模型通過(guò)數(shù)字來(lái)進(jìn)行表達(dá)，擺脫了傳統(tǒng)的二維空間設(shè)計(jì)的局限性，開(kāi)始使用三維立體空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)X，Y，Z坐標(biāo)軸所產(chǎn)生的測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，將所得的數(shù)值代替地理空間數(shù)據(jù)，從而形成數(shù)字地面模型DTM。在特定情況下，數(shù)字地面模型DTM會(huì)形成高程模型DEM，即當(dāng)數(shù)字地面模型DTM的數(shù)字存在絕對(duì)高程時(shí)則會(huì)形成高程模型DEM，其具備存儲(chǔ)地形屬性數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)的能力，可有效用數(shù)字表達(dá)地理空間特點(diǎn)。

數(shù)字地面模型DTM的工作流程為：一是，可使用野外直接測(cè)量法或其他測(cè)量法等，將測(cè)距內(nèi)絕對(duì)高程或平面位置上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；二是，根據(jù)方格網(wǎng)的形式，在之前測(cè)量的點(diǎn)中加入高程點(diǎn)，使其成為一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)框架，采用一定的公式使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。這些點(diǎn)的總值就是數(shù)字地面模型DTM，用三維坐標(biāo)表示為：X，Y坐標(biāo)值為平面位置，Z坐標(biāo)值為地形特征。

1.2 CAD技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD主要有硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其中，軟件系統(tǒng)主要承擔(dān)數(shù)據(jù)的計(jì)算工作，主要由以下三部分組成：第一，圖形系統(tǒng)，在進(jìn)行測(cè)設(shè)工作時(shí)，常常需要幾何圖形、繪制函數(shù)曲線、制定表格以及測(cè)設(shè)地形的模擬等工作，都需要圖形系統(tǒng)進(jìn)行工作。第二，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要就是將所測(cè)試的數(shù)據(jù)信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)整合，使其形成固定的資料，便于存儲(chǔ)和提取，除此之外，數(shù)據(jù)庫(kù)也可用來(lái)存儲(chǔ)資料、數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等。第三，科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)，就是通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)的計(jì)算程序或函數(shù)運(yùn)算，將所得到的測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的硬件系統(tǒng)主要是為了操作和顯示結(jié)果，其硬件設(shè)備為顯示器、繪圖機(jī)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，將所得到的結(jié)果進(jìn)行修改后進(jìn)行打印，完成整體的設(shè)計(jì)。

2 數(shù)字地面模型DTM與CAD技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 數(shù)字地面模型DTM在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

公路路線設(shè)計(jì)中應(yīng)用DTM模型后，地形表面即可利用其模擬，便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維空間設(shè)計(jì)公路路線，并進(jìn)行全方位優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體應(yīng)用時(shí)，主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：第一，通過(guò)數(shù)模辯解，可將任意樁號(hào)或任意點(diǎn)的高程值獲得，也可對(duì)x，y平面坐標(biāo)中的任何一個(gè)做出指定，程序搜索后，確定哪個(gè)三角中包含此平面，并利用插值，使平面點(diǎn)的投影高程值準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)；第二，在DTM模型輔助下，設(shè)計(jì)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)放線、打中樁等操作并不需要進(jìn)行，路線的縱斷面、橫斷面地面數(shù)據(jù)均可通過(guò)數(shù)模獲得，且準(zhǔn)確性較好，不僅節(jié)省資源，而且設(shè)計(jì)工作效率得到提升，也簡(jiǎn)化了方案比選工作，使方案比選可以在大范圍內(nèi)進(jìn)行；第三，公路路線平、縱、橫設(shè)計(jì)完成后，數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，三維模型可自動(dòng)生成，沿著邊界，模型挖空原數(shù)模，之后以實(shí)體形式，將地面模型輸出到CAD軟件中，將三維實(shí)體生成[1]。三維實(shí)體生成之后，公路建成后的景觀可叢任意角度觀察，而且可以從駕駛員視角進(jìn)行，保證公路路線設(shè)計(jì)的合理性。

2.2 CAD技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（1）外業(yè)測(cè)量：公路路線設(shè)計(jì)中，重要組成部分之一即為勘測(cè)，在勘測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。道路勘測(cè)工作在測(cè)繪技術(shù)水平提高的作用下，發(fā)生了很大的變化，逐漸的提升勘測(cè)工作的自動(dòng)化程度及工作效率，尤其是應(yīng)用GPS技術(shù)后，路線測(cè)量中的數(shù)據(jù)得以精確處理。中樁放樣、測(cè)量路線橫斷面時(shí)，采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模式，促進(jìn)測(cè)量效率及精度有效提升，而測(cè)定數(shù)據(jù)經(jīng)CAD處理后，可使地形基礎(chǔ)信息以三維形式顯示出來(lái)，便于設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展，也提升了設(shè)計(jì)的科學(xué)性[2]。

（2）內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)：外業(yè)測(cè)量工作完成后，即需要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)完成內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)工作。內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)的工作量比較大，應(yīng)用CAD技術(shù)后，可提升設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化程度，并提升設(shè)計(jì)的精確度。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，可采用橋梁通CAD6.0軟件，主要用于驗(yàn)算設(shè)計(jì)橋橋梁下部構(gòu)造，靈活性比較強(qiáng)，而且可比選多種方案，保證設(shè)計(jì)的優(yōu)化性，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過(guò)程中，在AutoCAD環(huán)境中調(diào)入軟件生成的圖紙，并根據(jù)實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)木庉嫛⑿薷牡龋孤肪€設(shè)計(jì)與實(shí)際情況更為符合。

3 結(jié)語(yǔ)

公路路線設(shè)計(jì)中應(yīng)用數(shù)字地面模型DTM與CAD技術(shù)后，可提升設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性與合理性，同時(shí)，能夠提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證設(shè)計(jì)出的公路路線與實(shí)際情況相符合，進(jìn)而提高公路建設(shè)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘斌，董剛.數(shù)字地面模型技術(shù)在公路測(cè)設(shè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2015，（29）：347-348.

[2]朱愛(ài)民，唐勇.GIS技術(shù)在建立數(shù)字地面模型和路線CAD中的應(yīng)用研究[J].工程勘察，2013，（05）：49-51.endprint