道路路线CAD基础.ppt

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1、道路路线CAD基础,*年十一月,*大学*学院,*,建筑之家 荣誉整理,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，有人收集国外情报；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

2、院BASIC编写的公路路线CAD软件已出版、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 MOSS1.2 CARD/11.3 InRoads of Intergraph1.4 GeoPak ROAD2.国内2.1“七五”攻关成果 2.2 RIC

3、AD,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

4、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：1.NAVSTAR/GPS 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。2.GLONASS 前苏联，卫星颗数为24+1，1996年1月18日正常运行。3.NAVSAT 西欧欧洲空间局（

5、ESA）正在筹建。,GPS系统 组成：1.GPS工作卫星及其星座2.地面监控系统 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 10-92.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

6、,遥感器（收集、传递信息）,目标信息的处理、判释、应用,介质传输,人工辐射源,三、航测(一)象片的获取(二)对航摄的基本要求1、飞行质量(1)象片重叠度(2)象片倾斜角、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)影象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

7、在限差以内，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、人工制作二、地形图像数字化（利用数

8、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,D

9、igital 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）

10、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）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

11、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 Dela

12、unay(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

13、中的应用。,第四章 平面设计与绘图第一节 平面线形设计的理论方法一、导线法(直线型设计方法)三单元线法(不完整、不对称的回旋曲线)二、模式法（曲线型设计方法）第二节 平面线形组合设计一、形式12种二、适用性具体分析,第三节 动态、交互平面设计一、非交互设计“电算”“非交互”“交互”三个实现的发展阶段；二、交互设计特点：图形、数据的双向连接，一一对应动态：实现技术上锦上添花：拖曳、实时变化、所见即所谓，往往是通过分流资源，已提供的函数工具等加以完成。第四节 平面图绘制包括：平面线位图 平面设计后即可获得平面占地图 纵、横断面设计后平面布置图排水、防护工程等完成,第五节 平面线形优化理论一、原理变

14、量、约束条件、目标函数的概念二、方法1、动态规划法动态规划法：把整个路线划分成许多分段，在设法计算出每个分段目标函数值后，利用一种递推关系式一个分段一个分段地推出最优决策，以达到使整个路线最优的结果。fn(s)=min xn(s)ds,xn(s)fn-1xn(s),式中：n 阶段变量，优化过程中的分段数；s 状态变量，表示路线将在该点(亦即该变量)以前进行优化；xn(s)决策变量，表示在状态变量S被选定的情况下将对该变量xn(s)进行最优决策；ds,xn(s)目标函数增量，表示由状态变量得到决策变量xn(s)间这一分段的目标函数值；fn-1xn(s)表示从路线起点到决策变量xn(s)之间，共n

15、-1个分段构成的目标函数累计的最小值；fn(s)目标函数，表示以路线起点到状态变量s为止的共n个路线分段构成的目标函数累计的最小值。目标函数1、道路的建造费用：土方工程费、人工构造物2、征地费用；3、汽车营运费：包括汽车的油耗、磨损和折旧、道路养护费、汽车行驶速度和耗费时间的等效费用。,思考题：*了解平面线形设计的传统方法（导线法）以及新的曲线型方法的概念；*掌握改进的导线法设计过程；*掌握曲线型方法设计基本型、C型、S型等平面线形的原理；*了解平面线形设计的基本组合；*了解公路线形最优化设计的基本概念；*掌握一种方法的平面线形优化设计，并了解优化设计的难点是什么；*了解路线平面图绘制的类型和

16、基本思路。,第五章 纵断面设计与绘图第一节 动态、交互纵断面设计一、动态、交互式设计二、尽可能多地提供信息(平、纵配合，高程约束填挖、土方等积曲线、土方差和累积曲线)第二节 纵断面绘面一、用户化可定义图框、纵横比例尺、栏目、格网、线型、颜色、字高、精度、线宽第三节 纵断面优化一、降维法二、随机法三、动态规划法,思考题：*了解动态、交互式纵断面设计的方法与特点；*了解几种常见的纵断面线形优化设计方法；*了解路线纵断面图绘制的特点。,第六章 横断面设计与绘图第一节 标准横断面定义路基范围以内：简单路基范围以外：多变第二节 路槽挖除定义对称、不对称第三节 边沟、排水沟、挡墙定义及设置条件一、经济二、

17、占地、地面横坡,第四节 横断面设计与平面图布置、透视图的关系第五节 横断面绘图用户化：格网、注记内容、形式思考题：*了解标准横断面定义的作用；*了解挡土墙等构造物定义的作用；*了解超高、加宽方式的定义；*了解路基横断面图绘制的特点。,第七章 路线透视图的绘制第一节 2D Persperctive一、原理用二维表达三维视觉效果屏幕坐标系、视点坐标系、大地坐标系之间的变换关系二、方法第二节 3D Perspective一、原理3D Model和DTM关系密切二、方法对3D Model进行操作、渲染、动画(Render、Animation、Virtual Reality),思考题：*了解2D、3D透

18、视图的基本概念；*了解2D路线透视图与全景透视图的区别；*了解3D路线模型的生成及其渲染、动化制作的联系及过程。,第八章 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WPS，CCED，Word，Excel开发相对简单早期开发常见（需针对）直接驱动打印机，绘图仪，现在较流行生成各种检式的文件，打印管理交给系统。*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,*断面高程表*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。,思考题：*了解表格制作的基本概念及特点；*了解几种常用的表格（“直线

19、、曲线及转角表”、“路线特征点表”、“路线逐桩坐标表”、“道路占地面积表”、“路基设计表”、“土石方工程数量表”、“每公里土石方工程数量表”等）的制作。,第九章 路线CAD编程环境与语言简介第一节 DOS/BASICTRUE BASIC、FORTRAN：计算为主，简单的图形功能，非交互图形的输出：直接或间接（SCR、DWG、DXF）第二节 AutoCAD(Microstation)for DOS/Windows/C,C+AutoLISP ADS C/C+C(HighC/C+,Borland C/C+,Watcom C/C+,etc)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,第三节 AutoCAD for Winodws 95/NT趋势：Network(LAN,WAN),Internet,Multi-mediaVB,VC/C+,Delphi PowerBuild,etc,思考题：*了解路线CAD编程环境与语言的发展过程；*了解基于AutoCAD for DOS or Windows(95/98)环境下的开发工具；*了解基于Windows95/98环境下的开发工具。,