路线CAD简介.ppt

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1、路线CAD简介,第一章 绪论,一、历史 1. 国外 60年代 平、纵线形要素计算，横断面、土石方计算，平、纵线形优化； 70年代 数字地面模型、图形显示及计算机绘图； 80年代 系统化（航测设备+计算机硬件+计算机软件的组合系统）、集成化（数据采集+设计、分析+三维显示与成图+优化技术） 90年代 国际化、多元化、系统的深化及柔软性的提高；智能化CAD（AI+CAD）；数据采集运用GPS+航测或全站仪建立数模。,2. 国内 70年代中期：收集国外资料； 79年：公路、铁路纵断面优化。同济大学开办培训班、研讨班，形成国内路线CAD的“火种”； 85年：武汉二院BASIC编写的公路路线CAD软件已

2、出版、推广，李方、张雨化亦有类似软件； 80-90年：交通部“七五”攻关项目“高等级公路路线综合优化及CAD系统”，基于Apollo工作站、DDM图形系统，获部一等奖； 90年代：单兵作战，在DOS, AutoCAD, Windows3.x, Windows95/98及网络环境下，利用BASIC, FORTRAN, C/C+, VB, VC, AutoLISP等语言开发，但无一能与国外同类软件相比。,二、现状 1. 国外 1.1 MOSS 1.2 CARD/1 1.3 InRoads of Intergraph 1.4 GeoPak ROAD 2. 国内 2.1 “七五”攻关成果 2.2 RI

3、CAD, HEAD, Road for Windows95/98, AHCAD,. 问题：(1) 越是工程早期，CAD/CAE的支持越无力； (2) 很难做到勘测、设计一体化，效率不高。,三、发展趋势 1. 勘测、设计一体化； 2. 3D技术、Virtual Reality（虚拟现实）技术； 3. 多媒体技术； 4. 数据库技术、人工智能； 5. 集成化技术； 3S、5S、 xS 思考题： * 了解路线CAD的基本内容； * 了解国内、外路线CAD的发展历史及现状； * 了解路线CAD的发展趋势。,第二章 数据采集系统 第一节 野外数据采集 一、传统测量与全站仪(Total Station)测

4、量 仪器设备的电子化； 记录存储在磁介质或内存里； 数据的编码交换，为后续工作直接提供服务。 二、GPS与RS GPS(Global Positioning System) 对测量产生了革命性 的影响；,GPS系统： Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System 美国，经方案论证（1974-1978）、系统论证（1979-1987）、生产试验（1988-1993），卫星颗数为21+3，卫星轨道面数为6，高度为20220公里。耗资200亿美圆。,GPS系统 组成： 1. GPS工作卫星及其星座 2. 地面监控系

5、统 3. GPS信号接受机,GPS的特点： 1. 定位精度高 50公里内 10-6 100-500公里 10-7 1000公里以上 10-9 2. 观测时间短 相对静态定位，20公里内：15-20分钟 快速静态定位，15公里内：1-2分钟 动态相对定位：几秒 3. 测站间无需通视 4. 可提供三维坐标 GPS水准可满足四等水准精度 5. 操作简便 6. 全天候作业 7. 功能多，应用广 测量、导航、测速、测时,RS(Remote Sensing) 对路线综合优化设计提供基础数据的支撑。“遥感”一词产生于60年代初期，意思是遥远的感知。,目标辐 射信息,遥感器 （收集、传递信息）,目标信息的 处

6、理、判释、 应用,介质 传输,人工辐射源,三、航测 (一)像片的获取 (二)对航摄的基本要求 1、飞行质量 (1)像片重叠度 (2)像片倾斜角、航向重叠度 (3)航偏角 (4)航线弯曲度航线弯曲处最大偏离值与航线全长之比应小于3% (5)摄影航高,2、对摄影质量的要求 (1)灰雾密度小于0.2，应小于0.3、 (2)影像的最小密度至少应比灰雾密度大0.2 (3)最大密度应在1.51.8以内，应大于1.0 (4)最大反差一般地区应在1.11.4之间，应大于0.6 (5)光学框标的影象应清晰、齐全 (6)底片上不应有云、云影、划痕、划伤及药膜损伤 (7)定影和水洗要充分 (8)底片的压平误差应在限

7、差以内，压平线的弯曲不应超过0.1mm,(三)航摄成果的验收与移交 (四)航片的特点 1.航片是地面的中心投影； 2.在同一张航片上，构象比例尺是不均匀的； 3.航片上的影象存在象点的位移和方向的偏差； 4.在一定条件下，航片上的象点坐标可以转换为地面测量坐标系坐标； 5.利用航片可以实现摄影过程的几何反转； (五)航测的测图方法及为道路勘测设计提供的图种 1、航测可行性过程 (1)外业 野外控制测量和象片判读调绘 (2)内业 室内控制点加密和测图,2、四种测图方法 (1)综合法 航测+普通测量 (2)分工法 (3)全能法 (4)解析法 3、为道路设计提供的图种 第二节 室内数据采集 一、人工

8、制作 二、地形图像数字化（利用数字化仪、利用扫描图象） 三、栅格图像矢量化 （ GeoScan，GeoStar吉奥之星 ) EPSW, CASS, READ 四、数字摄影测量(DPS),思考题： * 正确理解路线CAD中勘测阶段与设计阶段的关系，树立“勘测设计一体化”的思想； * 了解野外数据采集的手段（传统测量、全站仪测量、航空摄影测量、GPS、RS等）及特点； * 全站仪测量的主要内容与过程； * 航空摄影测量的主要内容与过程； * 了解室内数据采集的手段（人工制作、地形图数字化、栅格图象矢量化、数字摄影测量等）及特点； * 了解地形图数字化的方法； * 了解栅格图象矢量化的方法； * 了

9、解数字摄影测量的方法。,第三章 数字地面模型 第一节 概述 数字地面模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是美国麻省理工学院Miller教授为了高速公路的自动设计与1956年提出的。此后，它被广泛用于各种线路（铁路、公路、输电线）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算，任意两点间的可视性判断及绘制任意断面图。,第三章 数字地面模型,1、定义：数模是以数字形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征的空间分布模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。 2、组成：数据的获取、转换、预处理、构网建模、存贮和管理；数模的应用。 3、性能：精度、计算速度、处理的数据量，数据采集

10、工作量、用户界面等,第二节 DTM类型,按数据结构形式分 面状（格网、三角网、空间多边形） 线状（等高线、断裂线） 点状（散点） 按几何形状分 规则数模（方格、矩形、正三角形网） 半规则数模（等高线、地形断面） 不规则数模（散点、三角网TIN）,第二节 DTM类型 一、方格网 路中线两侧一定范围内划分成大小相等的方格或长方格、按次读取格网交(节)点的高程。 二、带状格网三角网： 鱼骨式：沿路中线及法线方向选取地形点，桩号支距+高程。 随意鱼骨式：几乎路中线法线方向选取地形点，相邻鱼骨线联成三角网。 三、区域三角网 TIN（ Triangulation Irregular Networks ）

11、可包含路线走廊的较大区域的三角网,方格网数模,鱼骨式三角网数模,随意鱼骨式三角网数模,第三节 DTM的构造与高程的插值算法 一、方格网 1、构造 2、插值算法 双曲抛物面 Z=A0+A1x+A2y+A3xy A0=Z1, A1=(Z2-Z1)/dx, A2=(Z3-Z1)dy, A3=(Z1-Z2- Z3+Z4)/(dxdy) 3、特点 (1)优点：计算简单，数据组织与管理简单； (2)缺点：不能真实地反映地形；,二、带状格网、三角网 (一)鱼骨式 1、构成 2、插值 3、特点 (1)优点：构网简单，插值算法简单，数据量少； (2)缺点：不能很好地反映地形。 (二)随意鱼骨式 1、构成 2、插

12、值 3、特点 (1)优点：构网简单，插值算法简单，数据量少，比鱼骨式能更 好地反映地形； (2)缺点：仍不能很好地反映地形。,三、区域三角网 1、构成 自动联网 Delaunay(Thiessen)、最小边长和 2、插值 3、特点 (1)优点：能较好地反映地形，插值算法简单，支持路线多方案 比选； (2)缺点：构网较复杂，数据处理量大，耗时较长。 第四节 DTM的应用 一、输出纵横地面线、平面图 二、3Dface、 3D辅助生成 三、渲染、动画(真三维模型 AutoCAD、3DMax),思考题： 数字地面模型是连接勘测阶段与设计阶段的桥梁，是提高设计质量与效率的核心。 * 树立数模在路线CAD

13、中的核心地位的思想； * 了解数模的种类及适用条件； * 了解鱼骨式及随意鱼骨式数模的构网方法； * 掌握方格网数模的构网方法与高程插值算法； * 掌握三角网数模的构网方法与高程插值算法； * 了解数模在路线CAD中的应用。,第四章 平面设计与绘图 路线平面图的作用：表达路线的方向、平面线性、一定范围的 地形地物情况 。 1. 地形部分 （1）比例；（2）坐标网格或者指北针；（3）地形图的表示（等高线和图例）。,2. 路线部分 （1）路线中心线的表示（粗线） （2）路线长度的表示（里程）公里桩和百米桩的表示和画法， 文字的方向 （3）路线的平面线形的表示方法 （4）标注导线点和水准点,画路线平

14、面图应注意的几点 （1）先画地形图，然后画路线中心线 （2）路线平面图应从左到右绘制，桩号为左小右大 （3）平面图的植物图例朝上或向北绘制 （4）平面图中字体的方向，应根据图标的位置来定,公路平面总体设计图 高速公路和一级公路的总体设计文件中应绘制公路平面总体设计图。图中应绘出地形、地物、导线点，示出坐标网格、路线位置、桥梁、涵洞、隧道、路线交叉、沿线排水系统及主要沿线设施的布设。路线位置应标出桩号、断链、路中心线、路基边线、坡角或坡顶线及示坡曲线的主要桩位。,第四章 平面设计与绘图,第五章 纵断面设计与绘图,路线纵断面图的作用：表达路线中心纵向线型以及地面起伏、地质和沿线设置构造物的情况 。

15、 1. 图样部分 （1）水平向表示长度，竖直方向表示高程 （2）水平和竖直的比例一般不一致。 （3）地面线的表示 （4）纵断面设计线的表示（粗实线），竖曲线的表示和竖曲线要素的表示 （5）桥涵、立体交叉和通道等人工构造物的标注 （6）竖曲线高程的读取,第五章 纵断面设计与绘图,2. 资料（测设数据）表部分 资料表一般有：1地质概况；2设计高程；3地面高程；4坡度及坡长；5里程桩号；6直线及平曲线；7超高。而且注意各种内容的对应。 （1）坡度的表示 （2）平纵的简略表示（平纵组合） （3）超高问题,3. 注意事项 （1）方格网上画图 （2）从左至右按里程画 （3）标题栏和页数的表示,第六章 横断

16、面设计与绘图 路基横断面图的作用：表达各中心桩处横向地面起伏以及设计 路基横断面情况 。 横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道等设施。,路基横断面的形式：（1）填方路基（2）挖方路基（3）半填半挖路基,横断面图：（1）标准横断面（2）路基横断面图 注意问题：（1）使用方格网（2）图沿着桩号从下到上，从左至右布置在一张图内（3）线形的表示（4）页码、张数的表示,第七章 表格制作 表格制作是在几何设计完成的基础上，按要求生成一定带格式的文件，如Word、Excel、Autocad开发相对简单 * 直线、曲线转角表 * 平曲线特征点表 * 逐桩坐标表 * 路基设计表 * 土石方工程数量表 * 公里土石方表 * 道路占地表,* 测量导线成果表、放样数据表、砍树挖根表、拆迁表等，仍以手工输入为主。,第八章 路线CAD编程环境与语言 编程语言多样 大多基于AutoCAD开发 强有力的图形环境及数据管理功能 非交互、交互取决于开发者的要求及实现手段,