數字地面模型DTM和CAD技術在公路路線設計中的應用

何兆照+李永華

摘要：為改善公路建設中線路設計任務量大的現狀，提升路線設計工作效率，公路路線設計中開始應用相關的科學技術手段，本文中具體分析了公路路線設計中數字地面模型DTM與CAD技術的應用。

關鍵詞：數字地面模型；CAD技術；公路路線設計

中圖分類號：U412.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0115-01

目前，我國大多數測設單位都在使用數字地面模型DTM和公路計算機輔助設計CAD技術進行測設工作，并不斷融入新的技術理念，促使公路路線測設工作的質量和效率快速提高。

1 數字地面模型DTM與CAD技術概述

1.1 數字地面模型DTM

數字地面模型DTM最早是由一家名為MIT的實驗室所發明的，將地面模型通過數字來進行表達，擺脫了傳統的二維空間設計的局限性，開始使用三維立體空間進行設計，通過X，Y，Z坐標軸所產生的測設數據進行計算和分析，將所得的數值代替地理空間數據，從而形成數字地面模型DTM。在特定情況下，數字地面模型DTM會形成高程模型DEM，即當數字地面模型DTM的數字存在絕對高程時則會形成高程模型DEM，其具備存儲地形屬性數據和地理空間數據的能力，可有效用數字表達地理空間特點。

數字地面模型DTM的工作流程為：一是，可使用野外直接測量法或其他測量法等，將測距內絕對高程或平面位置上的點進行測量；二是，根據方格網的形式，在之前測量的點中加入高程點，使其成為一個完整的網絡框架，采用一定的公式使用計算機進行求解。這些點的總值就是數字地面模型DTM，用三維坐標表示為：X，Y坐標值為平面位置，Z坐標值為地形特征。

1.2 CAD技術

計算機輔助設計CAD主要有硬件和軟件系統構成，其中，軟件系統主要承擔數據的計算工作，主要由以下三部分組成：第一，圖形系統，在進行測設工作時，常常需要幾何圖形、繪制函數曲線、制定表格以及測設地形的模擬等工作，都需要圖形系統進行工作。第二，數據庫系統，主要就是將所測試的數據信息通過數據庫進行存儲，并將數據進行有機整合，使其形成固定的資料，便于存儲和提取，除此之外，數據庫也可用來存儲資料、數據、計算結果等。第三，科學計算系統，就是通過運用計算機的計算程序或函數運算，將所得到的測設數據進行科學計算，并對計算結果進行分析、設計。

計算機輔助設計CAD的硬件系統主要是為了操作和顯示結果，其硬件設備為顯示器、繪圖機、計算機、打印機等，將所得到的結果進行修改后進行打印，完成整體的設計。

2 數字地面模型DTM與CAD技術在公路路線設計中的應用

2.1 數字地面模型DTM在公路路線設計中的應用

公路路線設計中應用DTM模型后，地形表面即可利用其模擬，便于計算機自動處理相應的數據，實現三維空間設計公路路線，并進行全方位優化設計。具體應用時，主要應用在以下幾個方面：第一，通過數模辯解，可將任意樁號或任意點的高程值獲得，也可對x，y平面坐標中的任何一個做出指定，程序搜索后，確定哪個三角中包含此平面，并利用插值，使平面點的投影高程值準確計算出來；第二，在DTM模型輔助下，設計過程中，現場放線、打中樁等操作并不需要進行，路線的縱斷面、橫斷面地面數據均可通過數模獲得，且準確性較好，不僅節省資源，而且設計工作效率得到提升，也簡化了方案比選工作，使方案比選可以在大范圍內進行；第三，公路路線平、縱、橫設計完成后，數據輸入計算機中，三維模型可自動生成，沿著邊界，模型挖空原數模，之后以實體形式，將地面模型輸出到CAD軟件中，將三維實體生成[1]。三維實體生成之后，公路建成后的景觀可叢任意角度觀察，而且可以從駕駛員視角進行，保證公路路線設計的合理性。

2.2 CAD技術在公路路線設計中的應用

（1）外業測量：公路路線設計中，重要組成部分之一即為勘測，在勘測數據基礎上，完成相應的設計工作。道路勘測工作在測繪技術水平提高的作用下，發生了很大的變化，逐漸的提升勘測工作的自動化程度及工作效率，尤其是應用GPS技術后，路線測量中的數據得以精確處理。中樁放樣、測量路線橫斷面時，采用實時動態模式，促進測量效率及精度有效提升，而測定數據經CAD處理后，可使地形基礎信息以三維形式顯示出來，便于設計工作的開展，也提升了設計的科學性[2]。

（2）內業設計：外業測量工作完成后，即需要根據測量數據完成內業設計工作。內業設計的工作量比較大，應用CAD技術后，可提升設計工作的自動化程度，并提升設計的精確度。在進行橋梁設計時，可采用橋梁通CAD6.0軟件，主要用于驗算設計橋橋梁下部構造，靈活性比較強，而且可比選多種方案，保證設計的優化性，設計人員設計過程中，在AutoCAD環境中調入軟件生成的圖紙，并根據實際情況做出適當的編輯、修改等，使路線設計與實際情況更為符合。

3 結語

公路路線設計中應用數字地面模型DTM與CAD技術后，可提升設計工作的科學性與合理性，同時，能夠提高設計效率及設計質量，保證設計出的公路路線與實際情況相符合，進而提高公路建設的質量。

參考文獻

[1]鐘斌，董剛.數字地面模型技術在公路測設中的應用[J].山西建筑，2015，（29）：347-348.

[2]朱愛民，唐勇.GIS技術在建立數字地面模型和路線CAD中的應用研究[J].工程勘察，2013，（05）：49-51.endprint