道路路线计算机辅助设计.ppt

CAD技术与道路CAD系统 计算机辅助进行路线平纵横设计 数字地形模型与道路选线设计自动化,道路路线计算机辅助设计,教学内容:,（第36讲）,1. CAD系统软件系统的基本构成有哪些？ 2. 计算机辅助进行路线平纵横设计的基本原理是什么？ 3. 数字地形模型在道路选线中的如何合理应用？,重点解决的问题:,13.1.1 CAD基本概念 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能力及推理判断能力巧妙地结合起来，为现代设计提供了理想的手段。 1963年，美国麻省理工学院（MIT）首次建立CAD的概念，四十年来，随着计算机技术和微电子学的发展，价格低廉，性能优良的CAD软硬件系统得到广泛的应用。,第13章 道路路线计算机辅助设计 13.1 CAD技术与道路CAD系统,13.1.2 道路CAD系统组成及目标,CAD系统的组成: 软件系统 硬件系统 1. CAD软件系统组成： 科学计算：包括通用的数学函数和计算程序，以及在设计中占有很大比例的常规设计、优化设计等，即CAD的应用软件包。 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（即图形进行平移、旋转、对称删除和修改）；以及分析和模拟等。 数据库：包括设计原始资料、设计标准与规范数据、中间结果、最终成果等。 2. CAD硬件系统组成： 硬件系统的基本配置：计算机、显示器、打印机及绘图机等。,13.1.2 道路CAD系统组成及目标,3. 道路CAD系统的系统目标 (1)野外勘查、测量资料的处理：常规测量、 GPS观测、航测 (2)路线几何设计及计算 (3)道路工程结构设计及计算：路基、路面、小桥涵、路线交叉 (4)工程概、预算编制 (5)工程设计文件的自动编制与输出。,（1）计算机最初用于道路设计主要是完成繁重的计算任务 如路线平面、纵断面设计计算、路面结构分析计算等。 （2）纵断面优化优化设计： 从70年代开始，随着研究的深入，西方国家相继进行了纵断面优化方面的研究与软件研制工作。 （3）道路平面线形和空间立体线形的优化： 在纵断面优化设计技术的基础上，许多国家对一定宽度范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。 （4）计算机辅助设计（CAD）系统的引入： 从70年代未开始，在道路工程设计中引入了计算机辅助设计（CAD）系统。由计算机自动完成判别和设计计算，直接提供设计图表。 （5）数字地面模型应用与内外业一体化设计,13.1.3 实用道路CAD系统简述,1. 道路CAD的发展历程,德国CARD1软件：勘测、设计和绘图的一体化 ； 英国MXRoad软件 ：MOSS软件。公路设计，平面和环型交叉，互通式立交，山岭地区和沙漠地区道路设计，城市道路设计，路面改建和加宽，公路景观设计，矿山工程，铁路、机场和港口设计，排水设计，建筑景观造型设计等； 美国Intergraph公司的InRoads软件。交通规划和设计的全过程实现了自动化； 美国的Eagle Point软件 ：适用于道路规划和设计、测量工程、建筑景观设计、地理信息系统和地图测绘等； 挪威的NovaCAD软件 ：以交通地理信息系统TrafGIS为基础的多模块集成系统 ； 加拿大的GWN-ROAD软件 ：专事研究开发运用于市政建设和土木工程场地设计的计算机软件 。,2. 国外道路CAD的发展概况,13.1.3 实用道路CAD系统简述,3. 我国道路CAD的应用概况,70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，并取得了初步成果。 1986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 。 进入20世纪90年代以来，计算机硬件的快速更新和降价，功能的快速提高，使得在微机平台上开发的道路CAD软件占有一定的优势。 目前公路路线CAD辅助设计系统开发已非常普及，应用十分广泛。,13.1.3 实用道路CAD系统简述,同济大学道路计算机辅助设计TJBD软件系统 东南大学道路CAD软件（立体交叉设计） 交通部第二公路勘察设计院开发的微机公路路线设计 中交西安第一勘测设计研究院纬地道路辅助设计系统HintCAD 以及各设计单位自行开发或基于AutoCAD支撑软件作二次开发的各种软件等 黑龙江工程学院道路勘测设计一体化集成系统软件开发（HSDIS） 省科技攻关项目GZ04A124，国家专利受理20081013195.9,4. 发展前景,传统的道路路线、桥梁、互通式立交等的CAD技术发展与改进 道路与桥梁的三维造型和动画技术 计算机局域网络建设与应用 数据和信息采集新技术和GPS与GIS、遥感、摄影测量等技术的应用 道路工程库和道路信息系统的建立 工程项目管理系统和计算机在道路施工管理与营运等方面的应用 智能化设计技术研究,13.1.3 实用道路CAD系统简述,13.2 计算机辅助进行路线平纵横设计,（1）利用数字地形模型进行路线设计 在数字地形模型支持下，借助数学方法，由初定路线平面位置，进行数字地模的自动查询，获取平纵横设计数据，由计算机完成整个路线设计工作。 （2）人工设计路线，输入设计数据，计算机完成计算与成图 首先由设计人员确定路线平面位置，将平面设计资料输入计算机，由计算机完成路线平面设计，输入平面设计方案所对应的纵、横断面资料，由计算机完成整个路线设计（如内业计算和有关图表的绘制等） 。,路线方案确定以后，设计者根据实际地形条件在实地或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。 输入数据：交点坐标（或交点桩号及转角）； 平曲线半径； 平曲线类型； 缓和曲线长度。 计算内容：路线里程； 平曲线要素； 曲线上各特征点的桩号； 逐桩坐标。 输出结果：编制直线、曲线转角表（Excel文件） 绘制路线平面图（输出图形文件）。,13.2.1 路线平面设计,路线平面设计流程框图,13.2.2 路线纵断面设计,1纵断面地面高程的获取 （1）实地进行路中线水准测量 （2）纸上定线时在地形图上人工读取中桩高程 （3）利用建立的带状数模，计算机进行数模内插，得到道路中线上任一点的高程值，从而获得纵断面地面线。 2纵断面设计线的确定 （1）计算机自动产生道路的最优纵断面； （2）设计者进行手工拉坡。 3. 绘制纵断面图（输出图形文件）。,路线纵断面设计流程框图,13.2.3 道路横断面设计,设计流程： （1）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，确定各段的标准设计横断面型式及构造物布置型式。 （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。 （3）计算机自动提取已存入修改后的数据，计算土石方工程数量，并进行土石方调配。 （4）输出横断面设计图和有关图表。,调平、纵面设计成果,横断面设计及面积计算,屏幕显示检查,土石方数量计算及调配,绘制横断面设计图,编制路基设计表、土石方表等,修改横断面,保存修改数据,No,Yes,路线横断面设计流程框图,13.3 数字地形模型与道路选线设计自动化,数字地形模型（DigitaI Terrain Model，简称DTM）是按照某种数学模型表达地形特征的数值描述方式。它由许多规则或无规则排列的地形点三维坐标x、y、z组成。 数字地形模型是路线优化设计的基础，是道路自动化设计不可缺少的工具。,13.3.1 数字地形模型的基本概念与工程应用,1. 基本概念,公路路线选线 其他工程设计，如水坝等 发展：GIS,2. 工程应用,13.3.2 数字地形模型的种类,离散型数字地形模型，简称散点数模。是由随机分布的离散地形数据构成，是公路设计中常用的形式之一。可通过内插产生路线设计所需要的纵、横断面地面线资料。 离散型三角点地面模型,1离散型数字地形模型,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，输入计算机而构成的数模。,13.3.2 数字地形模型的种类,离散型数字地形模型，简称散点数模。是由随机分布的离散地形数据构成，是公路设计中常用的形式之一。可通过内插产生路线设计所需要的纵、横断面地面线资料。 离散型三角点地面模型,1离散型数字地形模型,2. 格网式数字地形模型,3鱼骨式数字地形模型,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。,13.3.2 数字地形模型的种类,4. 随意鱼骨式数字地形模型,13.3.2 数字地形模型的种类,13.3.3 数字地形模型的数据采集,地形数据采集是指选取构造数模的数据点及量取其坐标值的过程，是建立数字地形模型的基础工作。 地形数据构成：点号、属性、x坐标、y坐标、地面高程 1地形图矢量化 通过对已有地形图进行扫描，获得照片格式文件，利用专门的地形图矢量化软件识别等高线及高程点，形成数字地形图。 2航空摄影测量技术应用 任何一种立体测图仪都可以从航空照片上进行数据采集。 3全站仪、GPS等仪器进行人工野外实测获取。,13.3.4 道路勘测设计一体化技术应用 （内外业一体化）,（1）在路线带范围内获取带状地形数据； （2）计算机生成沿路线导线走向的数字地面模型DTM； （3）计算机自动采集路线中线的地面高程及横断面地面线的高程； （4）由设计人员提出路线设计方案（平、纵、横）； （5）计算机完成路线的平、纵、横综合设计，并以规范要求的设计图表形式输出设计成果。,技术路线,（外业）,（内业）,（外业工作内业完成）,（内业）,（内业）,航空摄影测量技术,常规测量技术,地形图矢量化技术,路线平面设计 （施工图设计阶段） 实地定线实测路线中线,纵断面设计人工拉坡，确定纵断面设计线,道路勘测 设计一体化 集成系统 流程框图,平曲线要素及里程桩号,路线逐桩坐标,路线逐桩设计高程,路基横断面尺寸、土石方数量计算与调配,公路用地数量,直线曲线及转角表,路基设计表,路基土石方数量表,每公里土石方数量表,公路用地表,逐桩坐标表,路线平面图,路线纵断面图,路线横断面图,路线总体布置图,路线平纵面缩图,路线排水系统平面图,公路用地图,计 算,绘 图,1. CAD系统软件系统的基本构成有哪些？ 软件系统由科学计算、图形系统和数据库三部分组成。 科学计算：包括通用的数学函数和计算程序，以及CAD的应用软件包等。 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（即图形进行平移、旋转、对称删除和修改）；以及分析和模拟等。 数据库：包括设计原始资料、设计标准与规范数据、中间结果、最终成果等。 2. 计算机辅助进行路线平纵横设计的基本原理是什么？ 一般路线CAD辅助设计的原理