第34讲-道路路线计算机辅助设计121.pptx

CAD系统的组成系统的组成:软件系统软件系统n 硬件系统硬件系统n（1）CAD软件系统组成：软件系统组成：n 科科学学计计算算：包包括括通通用用的的数数学学函函数数和和计计算算程程序序，以以及及在在设设计计中中占占有很大比例的常规设计、优化设计等，即有很大比例的常规设计、优化设计等，即CAD的应用软件包。的应用软件包。n 图图形形系系统统：包包括括几几何何构构型型；绘绘制制工工程程设设计计图图；绘绘制制各各种种函函数数曲曲线线；绘绘制制各各种种数数据据表表格格；在在图图形形显显示示装装置置上上进进行行图图形形变变换换（即即图图形进行平移、旋转、对称删除和修改）；以及分析和模拟等。形进行平移、旋转、对称删除和修改）；以及分析和模拟等。n 数数据据库库：包包括括设设计计原原始始资资料料、设设计计标标准准与与规规范范数数据据、中中间间结结果果、最终成果等。最终成果等。n（2）CAD硬件系统组成：硬件系统组成：n 硬件系统的基本配置是由计算机、显示器、打印机及绘图机硬件系统的基本配置是由计算机、显示器、打印机及绘图机四大件组成。四大件组成。n （一）国外道路（一）国外道路CAD的发展概况的发展概况n 计计算算机机最最初初用用于于道道路路设设计计主主要要是是完完成成繁繁重重的的计计算算任任务务，如如路线平面、纵断面设计计算、路面结构分析计算等。路线平面、纵断面设计计算、路面结构分析计算等。n 从从70年年代代开开始始，随随着着研研究究的的深深入入，西西方方国国家家相相继继进进行行了了纵纵断面优化方面的研究与软件研制工作。断面优化方面的研究与软件研制工作。n 在在纵纵断断面面优优化化设设计计技技术术的的基基础础上上，许许多多国国家家对对一一定定宽宽度度范范围围内的道路平面线形和空间立体线形的优化技术进行了研究。内的道路平面线形和空间立体线形的优化技术进行了研究。n 随随着着计计算算机机绘绘图图技技术术的的发发展展，从从70年年代代未未开开始始，在在道道路路工工程程设设计计中中引引入入了了计计算算机机辅辅助助设设计计（CAD）系系统统。由由计计算算机机自自动动完成判别和设计计算，直接提供设计图表。完成判别和设计计算，直接提供设计图表。二、国内外道路二、国内外道路CAD的现状与发展的现状与发展n 目目前前，许许多多国国家家建建立立了了由由航航测测设设备备、计计算算机机和和专专用用软软件件包包形形成成的的组组合合系系统统，可可以以完完成成从从数数据据采采集集、建建立立数数学学地地形形模模型型（DTM）、线线形形优优化化和和道道路路平平、纵纵、横横设设计计的的计计算算机机辅辅助助设设计计的全过程，从而大大提高了道路工程设计的速度和质量。的全过程，从而大大提高了道路工程设计的速度和质量。（二）我国道路（二）我国道路CAD的应用概况的应用概况 n 70年代中后期，有关公路科研单位、高等院校和公路测设年代中后期，有关公路科研单位、高等院校和公路测设部门开始研制与开发道路设计计算与优化程序，并取得了初步部门开始研制与开发道路设计计算与优化程序，并取得了初步成果。成果。n 1986年，交通部公路规划设计、东南大学、西安公路交通年，交通部公路规划设计、东南大学、西安公路交通大学等开发完成高等级公路综合优化及计算机辅助设计系统大学等开发完成高等级公路综合优化及计算机辅助设计系统。n 目前公路路线目前公路路线CAD辅助设计系统开发已非常普及，应用十分辅助设计系统开发已非常普及，应用十分广泛。广泛。第二节第二节 数字地形模型简介数字地形模型简介 n 一、数字地形模型及其道路设计中的应用一、数字地形模型及其道路设计中的应用n 数数字字地地形形模模型型（DigitaI Terrain Model，简简称称DTM）是是按按照照某某种种数数学学模模型型表表达达地地形形特特征征的的数数值值描描述述方方式式。它它由由许许多多规则或无规则排列的地形点三维坐标规则或无规则排列的地形点三维坐标x、y、z组成。组成。n 数数字字地地形形模模型型是是路路线线优优化化设设计计的的基基础础，是是道道路路自自动动化化设设计计不不可可缺缺少少的的工工具具。利利用用数数字字地地形形模模型型进进行行路路线线方方案案比比选选，只只需需输输入入少少量量的的设设计计参参数数，计计算算机机按按照照编编好好的的程程序序，自自动动完完成成设计和分析比较工作，输出全部成果。设计和分析比较工作，输出全部成果。二、数字地形模型的种类二、数字地形模型的种类n 1离散型数字地形模型离散型数字地形模型n 离离散散型型数数字字地地形形模模型型，简简称称散散点点数数模模。是是由由随随机机分分布布的的离离散散地地形形数数据据构构成成，是是公公路路设设计计中中常常用用的的形形式式之之一一。可可通通过过内内插插产产生路线设计所需要的纵、横断面地面线资料。生路线设计所需要的纵、横断面地面线资料。n 道路设计中常用二次多项式曲面作为拟合曲面，计算公式为：道路设计中常用二次多项式曲面作为拟合曲面，计算公式为：n Z=ax2+bxy+cy2+dx+ey+fn 2.格网式数字地形模型格网式数字地形模型 n格网式数字地形模型是将路中线左、右一定宽度内的地面划格网式数字地形模型是将路中线左、右一定宽度内的地面划分成大小相等的方格或长方格，按一定次序读取网格点的高程，分成大小相等的方格或长方格，按一定次序读取网格点的高程，输入计算机而构成的数模。输入计算机而构成的数模。l它它是是用用许许多多平平面面三三角角形形逼逼近近地地形形表表面面，即即将将地地表表面面看看成成是是由由许许多多小小三三角角形形干干面面所所组组成成的的折折面面覆覆盖盖起起来来的的，读读取取并并储储存存三三角形顶点的三维坐标，即构成三角网数字地形模型角形顶点的三维坐标，即构成三角网数字地形模型。3三角网式数字地形模型三角网式数字地形模型 4鱼骨式数字地形模型鱼骨式数字地形模型n 鱼骨式数字地形模型是在路线方案确定以后，沿路线方向鱼骨式数字地形模型是在路线方案确定以后，沿路线方向和垂直于路线方向上采集地形点而构成的数字地形模型。和垂直于路线方向上采集地形点而构成的数字地形模型。随意鱼骨式数字地形模型随意鱼骨式数字地形模型三、数字地形模型的数据采集三、数字地形模型的数据采集n 数数据据采采集集是是指指选选取取构构造造数数模模的的数数据据点点及及量量取取其其坐坐标标值值的的过过程，是建立数字地形模型的基础工作。程，是建立数字地形模型的基础工作。n 1由数字化仪从已有地形图上采集由数字化仪从已有地形图上采集n 由由数数字字化化仪仪沿沿等等高高线线获获取取地地形形点点坐坐标标，该该条条等等高高线线的的高高程程值则由人工读取。值则由人工读取。n 2由航测仪器从航空照片上获取由航测仪器从航空照片上获取n 任何一种立体测图仪都可以从航空照片上进行数据采集。任何一种立体测图仪都可以从航空照片上进行数据采集。n 3用用电电子子经经纬纬仪仪、全全站站式式速速测测仪仪等等仪仪器器由由人人工工野野外外实实测测获获取。取。第三节第三节 计算机辅助进行路线平纵横设计计算机辅助进行路线平纵横设计 n （1）利用数字地形模型进行路线设计）利用数字地形模型进行路线设计n 自自动动在在数数字字地地形形模模型型支支持持下下，借借助助数数学学方方法法，由由计计算算机机初初定定路路线线平平面面位位置置，进进行行优优化化设设计计，根根据据计计算算机机选选择择的的最最优优方方案案和数模提供的地形资料，完成整个路线设计工作。和数模提供的地形资料，完成整个路线设计工作。n（2）人工设计路线，输入设计数据，计算机完成计算与成图）人工设计路线，输入设计数据，计算机完成计算与成图n 首首先先由由设设计计人人员员确确定定路路线线平平面面位位置置，将将平平面面设设计计资资料料输输入入计计算算机机，由由计计算算机机完完成成路路线线平平面面设设计计，输输入入平平面面设设计计方方案案所所对对应应的的纵纵、横横断断面面资资料料，由由计计算算机机完完成成整整个个路路线线设设计计（如如内内业业计计算和有关图表的绘制等）算和有关图表的绘制等）。l 路路线线方方案案确确定定以以后后，设设计计者者根根据据实实际际地地形形条条件件在在实实地地或或纸纸上确定路线平面线形，将平面设计资料输入计算机进行处理。上确定路线平面线形，将平面设计资料输入计算机进行处理。l输入数据：输入数据：交点坐标（或交点桩号及转角）；交点坐标（或交点桩号及转角）；l 平曲线半径；平曲线半径；l 平曲线类型；平曲线类型；l 缓和曲线长度。缓和曲线长度。l计算内容：计算内容：路线里程；路线里程；l 平曲线要素；平曲线要素；l 曲线上各特征点的桩号；曲线上各特征点的桩号；l 逐桩坐标。逐桩坐标。一、路线平面设计一、路线平面设计 一、路线平面设计一、路线平面设计 二、路线纵断面设计二、路线纵断面设计n1纵断面地面高程的获取纵断面地面高程的获取n（1）实地进行路中线水准测量）实地进行路中线水准测量n（2）纸上定线时在地形图上人工读取中桩高程）纸上定线时在地形图上人工读取中桩高程n（3）利利用用建建立立的的带带状状数数模模，计计算算机机进进行行数数模模内内插插，得得到到道道路中线上任一点的高程值，从而获得纵断面地面线。路中线上任一点的高程值，从而获得纵断面地面线。n 2纵断面设计线的确定纵断面设计线的确定 n（1）计算机自动产生道路的最优纵断面；）计算机自动产生道路的最优纵断面；n（2）设计者进行手工拉坡。）设计者进行手工拉坡。三、道路横断面设计三、道路横断面设计 n设计步骤：设计步骤：n（1）设计者根据路线所经地区的地形、地质、水文、气候等条）设计者根据路线所经地区的地形、地质、水文、气候等条件，归纳可能出现的横断面形式和处理方式，确定各段的标准件，归纳可能出现的横断面形式和处理方式，确定各段的标准设计横断面型式及构造物布置型式。设计横断面型式及构造物布置型式。n（2）计算机自动套用标准横断面逐桩进行横断面设计，并可根）计算机自动套用标准横断面逐桩进行横断面设计，并可根据需要显示在屏幕上。设计者可在屏幕上修改不合理的设计断据需要显示在屏幕上。设计者可在屏幕上修改不合理的设计断面。面。n（3）计算机自动提取已存入修改后的数据，计算土石方工程数）计算机自动提取已存入修改后的数据，计算土石方工程数量，并进行土石方调配。量，并进行土石方调配。n（4）输出横断面设计图和有关图表。）输出横断面设计图和有关图表。开开 始始调平、纵面设计成果调平、纵面设计成果横断面设计及面积计算横断面设计及面积计算屏幕显示检查屏幕显示检查满意否满意否土石方数量计算及调配土石方数量计算及调配绘横断面图绘横断面图编制设计表编制设计表修改横断面修改横断面保存修改数据保存修改数据输入横断面地面线输入横断面地面线输入地质资料输入地质资料定义标准横断面形式定义标准横断面形式NoYes结结 束束