云南交通技术学院doc.doc

云 南 交 通 技 术 学 院教 案 首 页No：31 授课时间授课班级课 题：第九章 公路测设新技术1、公路路线CAD技术简介 2、数字地面模型 课 型：讲授 教学内容摘要：了解公路路线计算机辅助设计（CAD）系统组成、数字地形模型及在公路设计中的应用。 重 点：CAD系统的应用 难 点：CAD系统的应用 课外作业：复习本次课程内容；课后分析： 注：一次（2学时）为一个教案，要求每个教案附首页。第一节 公路路线CAD技术一、CAD技术简介（一）CAD的概念计算机辅助设计(Computer Aided Design)简称CAD，是近年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的高技术之一。它将计算机迅速、准确地处理信息的特点与人类的创造思维相结合，为现代设计提供了理想手段。（二）CAD系统的组成CAD系统软件系统数据库一个通用性的、综合性的以及减少数据重复存储的“数据集合”。包括设计原始资料、设计标准与规范数据、中间结果、最终结果等。图形系统包括几何构型、绘制工程设计图、绘制各种函数曲线、绘制各种数据表格、在图形显示装置上进行图形变换以及分析和模拟等，是CAD技术的基础。科学计算包括通用的数学函数和计算程序，以及在设计中所包括的常规设计和优化设计等，即CAD的应用软件包。是实现工程设计、计算、分析、绘图等具体专用功能的程序，是CAD技术应用于工程实践的保证。硬件系统计算机进行数据的处理显示器其处理的结果由显示器进行显示，供设计者判断、修改，打印机输出数据处理的结果绘图机输出所需的图形（三）CAD技术在工程上的应用系统组成：数字地面模型子系统，路线平、纵优化子系统，路线设计子系统，立体交叉口设计子系统，公路中、小桥涵设计子系统，公路工程造价分析子系统。该系统覆盖了地形数据采集建立数据地面模型人机交互地进行路线平、纵、横设计，线形优化设计和人工构造物的设计图和表屏幕编辑，并最终完成图纸的绘制以及工程造价分析等成套CAD技术。二、公路路线CAD功能和特点公路路线CAD软件系统包含六个模块：1、野外线路平面测量和高程测量数据的录入、编辑和存储模块；2、平面设计、纵断面设计及横断面设计数据的录入、编辑和存储模块；3、根据路线平面设计，绘制路线平面图；4、根据路线纵断面设计，绘制路线纵断面图；5、根据路线横断面设计，绘制路线横断面图；6、路基构件的绘制。三、公路路线CAD组成系统（一）公路CAD系统总体结构公路CAD系统总体结构如下图所示；道路路线 CAD 模块化程序系统示意图（二）数据采集公路路线设计必须依靠大量的地面信息和地形数据。1、用现代化的手段航空摄影测量建立数字地面模型。2用全站仪或红外线测距仪地面实测的方法，直接建立三维的数字地面模型。3用传统的经纬仪、水准仪、和小平板实测。数 据 采 集 方 法 分 类（三）路线优化设计方 法：第一类：对于平面或纵断面各种比较方案，快速准确地完成路线设计，并计算出各方案的总费用和各项比较指标，由设计者根据自己的经验选出最佳方案。第二类：根据路线的初始方案，利用最优化理论的数字方案，利用最优化理论的数字方法，由计算机寻找最优设计方案。即输入一个可行方案，通过数字迭代方法来完成最优方案的求解。公路CAD系统的人机分工子系统人机平面 导线位置的确定；平曲线设计参数平面设计中各细部的修改；规范检查 平曲线计算或验算；桩号自动生成及逐桩坐标计算；规范数据查询；平面图显示与绘图纵断面“拉坡”及竖曲线半径确定；控制标高检查；修改纵断面图；竖曲线要素计算及逐桩设计标高计算；工程量估算；控制高程验算； 规范数据查询；纵断面图显示与绘图；横断面横断面形式及各部分参数确定；检查设计横端面；特殊断面设计旧路结构利用设计横断面自动设计；土石方数量计算；防护结构标准图检索；规范数据查询；旧路结构利用数量计算；横断面图显示与绘图各阶段适宜优化方法：1、在可行性分析阶段，适宜于采用在宽带范围内路线走向方案的优化。2在初步设计阶段宜采用在平面或空间一定范围内移线以改善设计方案的优化技。3在技术设计阶段宜于采用多个目标函数的公路纵断面优化程序系统。4对已完成的公路路线技术设计运用连续绘制的透视图（或动态透视图）进行评价。（四）计算机辅助设计、绘图和制表第二节 数字地面模型一、数字地形模型及在公路设计中的应用数字地形模型（DTM）将地形按照某种数字模型对已知平面坐标的地形点进行高程计算，是一个表示地形特征的、空间分布的、有许许多多有规则或无规则的数字阵列，也就是将地形表面用密集的三维地形点坐标（X，Y，Z）组成。数字地面模型的特点：地表形态表示抽象、不直观，但计算机可以从中直接、快捷、准确地识别，进行数据处理，提供出方便的地形数据，以实现各项作业的自动化。 数字地形模型的应用 数字地形模型的应用二、地形模型的种类1、方格网式数字地形模型将工程用地的一定范围划分成相等大小的方格或长方格，按一定次序读取网格点的高程即可。 优点：只需要储存网格点的高程值而无需储存平面坐标值，内插和检索简单，节省计算机时，采集数据方便，选点不依赖于经验。 缺点：地形变化大的地方精度较低，常常漏掉了地形的真正变化点。2、三角网式数字地形模型 由所有三角形顶点的三维坐标组成，并把每个三角形看成是由三顶点高程构成的一个平面，因而划分三角网时，应尽量使三角形的周边以内所有等高线都呈直线，而且相互平行，间距相等。 在同样的使用精度下，网点数可以远小于方格网数字地形模型所需要的网点数，能节省很多的计算机内存。三、数字地形模型数据点的获取1、从现有的地形