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数字测图在公路工程中的应用1

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道路勘测设计论文

论文题目：浅谈:数字测图在公路工程中的应用

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浅谈:数字测图在公路工程中的应用

摘要:本文首先论述了数字化测图的概念及方法，进而论述了数字化地形图的特点，然后阐述了数字化地形图的作业流程，最后分析了野外数字化测图应注意的事项，以及数字化测图在公路工程中的应用

关键词:数字化地形图；道路勘测;应用

　 1 引言：

近年来，随着我国经济的发展和数字时代的来临,在公路、电力、石油管线等诸多勘测设计领域出现了一种新的设计理念，即利用数字地形图进行勘测成为了一个新的研究课题.将数字地形图应用于公路勘察设计,可使公路测设过程发生质的变化,可减少野外工作量、降低劳动强度、缩短设计周期、提高设计质量和设计水平等,使道路设计从采集、数据的处理到设计的优化实现自动化，从而推进公路测量设计科技化进程。

2 数字测图

2。1 数字化地形图的优点
（1） 点位精度高
数字化测图的精度高，距离在300m以内时测定地物点误差约为±15mm，测定地形点高程误差约为±18mm。全站仪的测量数据作为电子信息可以自动传输、记录、存储、处理和成图。在这全过程中原始测量数据的精度毫无损失，从而获得高精度（与仪器测量同精度）的测量成果。
（2） 改进了作业方式
数字测图则使野外测量达到自动记录、自动解算处理、自动成图,并且提供了方便使用的数字地图软盘.数字测图自动化的程度高,出错(读错、记错、展错）的概率小，能自动提取坐标、距离、方位和面积等.绘制的地形图精确、规范、美观。
（3） 增加了地图的表现力
计算机与显示器、打印机联机,可以显示或打印各种资料信息;与绘图机联机时，可以绘制各种比例尺的地形图,也可以分层输出各类专题地图，满足不同的用户的需要。
（4） 方便成果的深加工利用
数字化测图的成果是分层存放，从而便于成果的加工利用。比如EPSW软件定义11层（用户还可以根据需要定义新层），房屋、电力线、铁路、道路、水系、地貌等存于不同的层中,通过打开或关闭不同的层得到所需的各类专题图，如管线图、水系图、道路图和房屋图等。还能综合相关的内容补充加工成城市规划图、城市建设图、房地产图、以及各类管理用图。还可以在数字图上进行各类工程设计（CAD计算机辅助设计）。
(5) 可作为GIS的重要信息源
地理信息系统(GIS）具有方便的信息查询检索功能、空间分析功能、以及辅助决策功能,在国民经济、办公自动化及人们日常生活中都有广泛的应用.要建立起地理信息系统,数据采集的工作是重要的一环。数字化测图作为GIS的信息源，能及时准确地提供各类基础数据更新GIS的数据库，保证地理信息的可靠性和现势性，为GIS的辅助决策和空间分析发挥作用。
2.2 测图控制网的建立
控制网的概念：在测区范围内选择若干有控制意义的点（称为控制点）,按一定的规律和要求构成网状几何图形，称为控制网.控制网分这平面控制网和高程控制网。
在选取控制网点位的时候应尽量靠近路线位置以方便公路施工时候的使用.路线平面控制网是公路平面控制测量的首级控制网，沿线平面控制网应联系于首级控制网上，首级控制网宜全线贯通，统一平差。
2。2。1 控制网的布设层次
一种是在各项工程建设的规划设计阶段,为测绘大比例尺地形图而建立的控制网,叫做测图控制网；另一种是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的控制网,我们称其为专用控制网。
2.2.2 建立这两种控制网时亦应遵守布网原则：“从整体到局部”、“先控制后碎部"、“从高级到低级"。
2.2.2。1 分级布网、逐级控制
对于工程控制网，通常先布设控制工程全局的首级控制网，随后根据工程具体项目的需要,再用布设加密控制网.
2.2。2.2 要有足够的精度
以工测平面控制网为例，一般要求最低一级控制网的点位中误差能满足大比例尺1:500的测图要求.按图上0.lmm的绘制精度计算，这相当于地面上的点位精度为0。1×500=5（cm）。
2。2.2。3 要有足够的密度
不论是工测控制网或专用控制网，都要求在测区内有足够多的控制点.如前所述,控制点的密度通常是用边长来要求的.《城市测量规范》中对于城市三角网平均边长的规定列于表1—1中。
表1-1 三角网的主要技术要求
等级
平均边长(km）
测角中误差（″）
起算边相对中误差
最弱边相对中误差
二等
9
±1。0
1/300000
1/120000
三等
5
±1.8
1/200000（首级）
1/120000(加密)
1/80000
四等
2
±2.5
1/120000（首级）
1/80000(加密）
1/45000
一级小三角
二级小三角
1
0.5
±5
±10
1/40000
1/20000
1/20000
1/10000
2.2。2.4 要有统一的规格
为了使不同的工测部门施测的控制网能够互相利用、互相协调，也应制定统一的规范，如现行的《城市测量规范》和《工程测量规范》。
2。2.3 选点、埋石
选点:选点应选在视野开阔,土地坚实，便于安置仪器和施测（测角、测距）；相邻点要通视,边长大致相等;公路测量中所选点应尽量接近路线位置；在桥位和隧道要设置点.
埋石:由于控制点要长期、经常性地使用,一般要埋设标石和标志。标石和标志应保证稳定、安全和长期保存，应尽可能避开外界的影响，尽可能埋设在稳定的基岩上。
三、四等三角测量，要求标石分两层埋设。上面的一块称柱石，下面的一块称磐石。磐石和柱石一般用混凝土预制，运到实地埋设。磐石和柱石中央均埋有中心标志。中心标一般刻有十字线交点（或小孔），代表点的精确位置.
2。2。4 图跟点的加密
控制点的密度应按测图比例尺和地区难易程度等级确定。当视距长度超过规定，或地形复杂、隐蔽及建筑群密集等，不能满足测图要求时，应进行图根加密控制测量。
2.3 数字地形图的测量
2.3.1 数字化测图简介
数字化测图是近20年发展起来的一种全新的测绘地形图方法。从广义上说，数字化测图应包括：利用电子全站仪或其他测量仪器进行野外数字化测图；利用手扶数字化仪或扫描数字化仪对传统方法测绘的原图进行数字化；以及借助解析测图仪或立体坐标量测仪对航空摄影、遥感像片进行数字化测图等技术.利用上述技术将采集到的地形数据传输到计算机,并由功能齐全的成图软件进行数据处理、成图显示，再经过编辑、修改，生成符合国标的地形图.最后将地形数据和地形图分类建立数据库,并用数控绘图仪或打印机完成地形图和相关数据的输出.具体流程见图1-1。
2。3.2 数据采集
数字化测图就是用全站仪或GPS RTK实测野外的各种有关地物和地貌的点位信息和特征信息。点位信息就是碎部点的三维坐标，特征信息就是碎部点的信息编码。
2。3。3 数据处理
将野外实测数据输入计算机后,成图系统首先将三维坐标和编码进行初处理,形成控制点数据、地物数据、地貌数据，然后分别对这些数据分类处理，形成图形数据文件，包括带有点号和编码的坐标文件和含有点的连接信息文件。绘图程序根据输入的比例尺、图廓坐标、已生成的坐标文件和连接信息文件，按编码分类，分层进入地物、地貌等各层进行绘图处理，生成绘图文件，并在屏幕上显示所绘图形。根据实际地形对屏幕图形进行必要的编辑、修改，生成修改后的图形.
2.3。4 数据输出
经过修改后所形成的图形数据文件可将数字地形图存储在计算机内或其他介质上，或者由计算机控制绘图仪绘制地形图。这样就完成了全野外数字地形图的测绘,提供道路设计部门使用.

3 数字地形图的应用

3.1 运用数字地图进行道路选线设计
数字化地图在道路初始设计时进行道路选线设计。由于现在的CAD的普遍使用，传统的在图纸上进行道路选线已经逐步被现在的数字化地图所替代。CAD进行道路选线设计可以进行实时修改,便于保存,直观显示等特点被广泛的接受并使用。
路线基本走向的选择,应根据指定的路线走向（路线起、终点和中间主要控制点)和公路等级，及其在公路网中的作用，结合铁路、航运、空运、管道的布局和城镇、工矿企业、资源状况，以及水文、气象、地质、地形等自然条件,由面到带,从所有可能的路线方案中,通过调查、分析、比选，确定一条最优路线方案。在路线设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案.
路线设计应在保证行车安全、舒适，迅速的前提下，使工程数量小，造价低，营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小指标或低限指标，也不应片面追求高指标。选线应同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等.通过名胜、风景、古迹地区的公路，应与周围环境、景观相协调，并适当照顾美观。注意保护原有自然状态和重要历史文物遗址。
在数字地形图上就能方便、快速地完成线路的优选工作。
3.2 纵、横断面的应用
由于数字化地图可以直接在图上读出点位的坐标和高程，而且现在的CASS 7.1中可以直接进行纵、横断面的绘制。
由CASS 7。1绘制断面图有两种方法，一种是图面生成，一种是由里程文件生成.
3。3 进行土石方量的计算
3。3。1 方格网法土方计算
由方格网来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X,Y,Z)和设计高程，通过生成方格网来计算每一个长方体的填挖方量,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。
系统首先将方格的四个角上的高程相加(如果角上没有高程点，通过周围高程点内插得出其高程)，取平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得到每个方格的面积，再用长方体的体积计算公式得到填挖方量。因此，用这种方法算出来的土石方量与用其它方法得出的结果会有较大的差异，一般说来，这种方法得出的结果精度不太高,这是由于这种方法“先天不足”—— 算法的局限性，但是方格网法简便直观，加上土方的计算本身对精度要求不是很高，因此这一方法在道路工程实际工作中还是非常实用的。
3。3.2 等高线法土方计算
用户将白纸图扫描矢量化后可以得到图形。但这样的图都没有高程数据文件，所以无法用前面的几种方法计算土方量。
一般来说，这些图上都会有等高线，所以,CASS 7.1开发了由等高线计算土方量的功能,专为这类用户设计。
用此功能可计算任两条等高线之间的土方量，但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可求，两条等高线之间的高差已知,可求出这两条等高线之间的土方量。
3。3。3 DTM法土方计算
由DTM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z)和设计高程,通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。
DTM法土方计算共有两种方法,一种是进行完全计算，一种是依照图上的三角网进行计算。完全计算法包含重新建立三角网的过程,又分为“根据坐标计算"和“根据图上高程点计算”两种方法；依照图上三角网法直接采用图上已有的三角形，不再重建三角网.
4 结束语
由于数字化图可以更好地描述和显示地形图中各要素间的联系；可以任意变更与选择成图比例尺；可方便地进行存储、检索与更新。本文介绍了数字化图在公路工程中的应用。对数字化测图开始时控制网的建立时应该注意的问题，到数字化测图的流程做了介绍。介绍了传统的公路纵、横断面的测量方法，和使用数字化图在CASS软件中进行纵、横断面的测量；进行土方量的计算;进行道路选线设计。但是也有介绍不足的地方,数字化图在公路中还有很多的应用比如，进行面积的计算，进行道路放样元素的计算等等.因此数字化图在公路工程中具有广泛的应用前景。

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