浅谈成图软件CIVIL3D与CASS在工程建设中的应用差异

1、浅谈成图软件CIVIL 3D与CASS在工程建设中的应用差异吕东强 （中国水利水电第七工程局有限公司三分局 四川温江 611130）摘要：我国的测绘科学与技术已实现了由传统测绘向数字化测绘的转化和跨越，新技术、新方法不断涌现。本文针对在工程建设中地形数字化测绘成图的方法，对比、分析了成图软件CASS与成图软件CIVIL 3D在数字化成图处理过程中，对点、三角网（数字地面模型）、等高线、断面生成的人工修正方法及二者之间的应用差异。关键词：数字化成图 点 三角网 等高线 断面 应用差异 1 引言在工程建设中，各阶段的地形图及断面图是工程量计算及工程结算的依据。工程开工前，必须实测工程部位的原始地形

2、图或断面图。随着测绘科学技术及电脑技术的飞速发展，数字化成图软件能很方便的绘制出地形图并转化出断面图来进行工程量的计算，现在大家更多的愿意选择测绘原始地形图。这是因为：测绘原始断面的方法，首先要布置断面，但由于断面的布置必须要结合工程部位的形状特性（如变坡线、转折线）及地形特征来布置确定。而工程刚开工之际，很多项目的施工详图不全，局部设计修改的可能性很大，这样，一旦动工后，若遇修改，必定造成断面布置不合理，无法再次测绘，就不能真实的计算工程量。而测绘原始地形就能避免因以上不确定因素造成的问题，也能直观的反映出地形形态，断面布置可以随时根据需要在地形图上剖绘，因而更容易精确的计算工程量，同时也大

3、大地提高了工作效率。目前用于测绘成图的主要软件是CASS地形地藉成图软件和CIVIL 3D软件。CASS地形地藉成图软件是南方测绘仪器公司基于AutoCAD平台技术而开发的数字化测绘成图软件，地貌、地理信息丰富，主要应用于地形成图、地藉成图、工程测量等领域，工程建设单位的测绘成图现在基本上是采用此软件。而CIVIL 3D软件是Autodesk®公司近年来针对土木工程设计而开发的，提供了完全革新的解决方案，将 AutoCAD 软件的绘图功能与基于对象动态交互土木工程功能相集成的成图软件，现主要应用于土木工程设计领域，工程建设单位很少应用。对计算机硬件及软件的要求，CIVIL 3D比CA

4、SS要求要高一些，但现在的计算机主流配置、操作系统等都能满足要求。2 两种数字化测绘成图软件的差异数字化测绘成图操作流程：点三角网等高线断面图，两种软件看似较相近，但在软件应用中发现有很多显著的差异。2.1 展绘点点的坐标数据文件是成图软件最基础的数据文件。在数字化成图前，都需要在记事本状态下先准备成图软件支持的数据文件。CASS支持扩展名是.dat格式文件，数据格式排列必须为“点号，编码，东坐标，北坐标，高程”形式，而CIVIL 3D支持扩展名是.txt格式文件，数据格式排列灵活，除了可以为“点号，东坐标，北坐标，高程”形式外，还支持空格分隔、不需要点号、坐标顺序颠倒等组合形式。展绘测量点时

5、，CASS需要先确定绘图比例来设置点号、高程及注记的字体大小，点号、高程点的绘制是分别展绘，而CIVIL 3D不需要确定比例，点号及高程注记是作为点的标签样式，字体大小、显示控制由更改标签样式来决定，应用起来相对灵活。2.2 三角网（数字地面模型）三角网生成是等高线生成的关键步骤。一般情况下，由于地形条件的限制在外业采集的碎部点很难一次性生成理想的等高线，另外还因现实地貌的多样性和复杂性，自动构成的数字地面模型与实际地貌不太一致，这时通过修改三角网来修改这些局部不合理的地方。三角网的生成都是根据点数据文件来生成。自动生成的三角网需要根据实际地形特征（特别是坡顶、坡脚处）来修改，否则绘制出的地形

6、图出现局部严重错误，很多工程建设单位的测绘人员都忽视了这一点。三角网的修改功能很多，如CASS提供的删除三角形、增加三角形、重组三角形、三角形内插点、删三角形顶点等功能；CIVIL 3D提供的删除直线、增加直线、交换边界、增加点、删除点等功能。CASS对三角网的修改，需要先绘制出等高线，找出等高线与实际地貌不不符的地方来进行修改，如修改那些不是同一地形类别的特征点所组成三角形等，修改后执行存盘，把以前的等高线删除后重新绘制，再重复以上步骤，直至绘出理想的等高线。从以上操作流程可以看出，等高线与三角网不是动态关联的，修改三角网后不能自动更新等高线，步骤繁琐。而CIVIL 3D解决了以上问题，生成

7、三角网的同时也生成等高线，二者是动态关联的，当修改三角网时，等高线随着修改而实时更改，很直观的反映出来，更利于修改。采用CIVIL 3D软件修改三角网，等高线变化情况祥见图1、图2。图1 三角形修改前成图图2 三角形修改后成图2.3 等高线三角网正确生成后，二者成图软件都能生成合理的等高线，对等高线也都提供了丰富的编辑、注记等功能。CASS中等高线的生成一般选择三次B样条拟合，三次B样条拟合是其中最优的等高线生成方式，用这种方式生成的等高线最光滑，外观最好，但是会有少许失真。CIVIL 3D 的等高线是以地形曲面的形式表现，通过控制等高线的平滑类型及平滑度来控制外观显示，可以使用多种源数据创建

8、曲面，点只是其中的一种。也可以使用现有的等高线、地形特征线、边界等多种数据创建曲面，或者在一个曲面模型中混合使用多种源数据。体积曲面是Civil 3D 2005中一个独特的概念，它表示由两个曲面组成的空间夹层，因此，体积曲面必须是通过两个普通曲面定义的。与普通曲面相似，体积曲面上的任意点也有高程值，然而体积曲面上的高程值表示此处两个曲面的高程之差。例如，如果一个曲面（基面）是场地的原始地形曲面，而另一个曲面（对照曲面）是场地的设计地形曲面，则体积曲面上的高程值就表示场地土方的挖填深度。2.4 断面线绘制土石方量的计算有两种方法：DTM法及断面法。DTM法是由DTM模型来计算土石方量，根据实地测

9、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石方量。由于工程建设中开挖的结构形体比较复杂、多变，很难在数据文件中有规律有组织的确定各参数，且规范也没有认可，计算的土石方量只能作参照使用。因而现在普遍采用是断面法，先在数字化图上剖绘出原始地面线，再和设计断面线（根据施工的设计图纸绘制）组成几何图形来计算土石方量，这种方法简单、操作流程清晰、过程受控、检查方便。 2.4.1 在CASS 中，绘制断面的方法有：根据已知坐标、根据等高线、根据里程文件、及根据三角网；可以根据实际地形情况灵活选用。生成后的三角网、等高线、断面线是

10、不关联的，独立的。CASS 软件绘制断面主要存在以下问题：1) 根据已知坐标绘制断面，是按设定的采样间距采集断面布置线与最原始的DTM模型的所有交点来绘制地面断面线，它没有考虑后期对三角网的修改情况，在变坡处也存在漏采特征点，因而它存在局部失真性，精度较低，其大小视真实地貌的复杂性而定，同时操作一次只能绘制一个断面，比较麻烦。2) 根据等高线绘制断面，它从断面布置线的起点开始，采集断面布置线与等高线的所有交点来绘制地面断面线，虽然等高线比较合理，但也存在失真，若遇上等高线与断面布置线基本平行（祥见图3），势必造成漏采特征点，地面断面线将低于真实地面线，因而它也存在局部失真性，精度较低，也是操作

11、一次只能绘制一个断面。图3 断面布置图3)根据里程文件绘制断面，先用复合线绘制出纵断面线，再根据纵断面线生成里程文件（需设定断面间距及左右长度），同时自动沿纵断面线生成横断面布置线。再根据里程文件按设定的采样间距采集断面布置线与最原始的DTM模型的所有交点来绘制地面断面线，一次性生成全部断面，但也存在局部失真、精度较低。4) 根据三角网绘制断面，它从断面布置线的起点开始，采集断面布置线与修改后三角网的所有交点来绘制地面断面线，由于经过修改后的三角网最能真实反映实际地貌，因而它生成的地面断面线最合理、精度最高，但操作一次只能绘制一个断面。在CIVIL 3D 中，断面的绘制解决了CASS的快而精度

12、低的不足之处，是从地形曲面(三角网)来创建剖面（断面）。一个图形文件中可以有多层地形曲面，剖绘断面时可同时剖绘在同一断面上。 CIVIL 3D在曲面、路线和剖面之间维持着实时动态关联，对路线或是曲面的任何修改都将自动的引起剖面的更新。与CASS成图软件比较主要优势体现如下：1） 断面的绘制，首先要创建路线（纵断面线），创建路线最基本的方法有两种：一是从多段线创建，可以绘制一条多段线，然后把它转化为一个路线对象，这种方法简单，一般都选用此方法；二是按布局创建，通过预先设定的参数来创建路线（纵断面线），然后还可以对这些参数进行修改，而各个线元之间维持着几何相切和严格的约束关系。2） 根据路线，创建

13、横断面采集线，采集线可以在路线上任何地方或等间距布置，然后创建多个视图及断面视图。断面的生成是采集采样线与三角网的所有交点来绘制出地面断面线的，因而它生成的地面断面线最合理，精度最高，可一次性生成所需的全部断面。3）断面的更新可随着采集线的位移、三角网的修改等更新而更新。3 应用实例及效果 观音岩水电站导流明渠开挖原始地形的复测中，测绘面积大（约50万平方米），工期紧，任务重。为了核对开挖工程量，需要实测的地形图及设计地形图。若用CASS软件来计算，等高线是由很多条单独的曲线组成，无法直接在图上自动剖绘，只有靠人工在图上量取断面数据来绘制，再根据两断面线差值面积来计算工程量，工作量巨大。而利用

14、CIVIL 3D软件在设计地形图上，把我方开挖范围内的等高线全部提取出来另存为图形文件，打开此图形文件，利用软件功能下的“创建曲面”把等高线转换为地形曲面A，转换后的地形曲面（等高线）与原设计地形图完全吻合，再把实测地形数据生成地形曲面B后，我们可以看到有两个地形曲面的等高线同时显示，鼠标停在曲面上，可以看到此坐标处两个曲面的高程之差。再用菜单下“曲面 > 实用工具 >体积”等，弹出对话框祥见图4。图4 曲面对话框在“基面”栏中，选择“地形曲面A”曲面，在“对照曲面”栏中，选择“地形曲面B”曲面后，两曲面之间的空间夹层体积计算的结果立即呈现出来，也就反映出了实测地形图与设计地形图在工程量计算方面的量差。用这种方法，内业全过程不到半天，比用CASS软件提高数倍的效率。4 结束语通过本文的对比、分析可以看出，在计算工程量创建的数字地面模型（三角网）、等高线、断面图等方面，CIVIL 3D 的最大优势在于其对象是智能的，对象之间存在着动态关联关系，如果修改了一个对象，与之关联的对象会自动更新，如修改点，与之相关联的对象三角网、