道路路線計算機輔助設(shè)計課件

1、一、CAD技術(shù)簡介 計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，簡稱CAD）是近年來工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速、最引人注目的高技術(shù)之一。 它將計算機迅速、準確地處理信息的特點與人類的創(chuàng)造思維能力及推理判斷能力巧妙地結(jié)合起來，為現(xiàn)代設(shè)計提供了理想的手段。 1963年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）首次建立CAD的概念，四十年來，隨著計算機技術(shù)和微電子學(xué)的發(fā)展，價格低廉，性能優(yōu)良的CAD軟硬件系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。,第十二章 道路路線計算機輔助設(shè)計 第一節(jié) 概 述,1,PPT學(xué)習(xí)交流,CAD系統(tǒng)的組成: 軟件系統(tǒng),硬件系統(tǒng) （1）CAD軟件系統(tǒng)組成： 科學(xué)計算：包括通用的數(shù)學(xué)函數(shù)和計算程序

2、，以及在設(shè)計中占有很大比例的常規(guī)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計等，即CAD的應(yīng)用軟件包。 圖形系統(tǒng)：包括幾何構(gòu)型；繪制工程設(shè)計圖；繪制各種函數(shù)曲線；繪制各種數(shù)據(jù)表格；在圖形顯示裝置上進行圖形變換（即圖形進行平移、旋轉(zhuǎn)、對稱刪除和修改）；以及分析和模擬等。 數(shù)據(jù)庫：包括設(shè)計原始資料、設(shè)計標準與規(guī)范數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終成果等。,（2）CAD硬件系統(tǒng)組成： 硬件系統(tǒng)的基本配置是由計算機、顯示器、打印機及繪圖機四大件組成。,2,PPT學(xué)習(xí)交流,（一）國外道路CAD的發(fā)展概況 計算機最初用于道路設(shè)計主要是完成繁重的計算任務(wù)，如路線平面、縱斷面設(shè)計計算、路面結(jié)構(gòu)分析計算等。 從70年代開始，隨著研究的深入，西方國家相繼進

3、行了縱斷面優(yōu)化方面的研究與軟件研制工作。 在縱斷面優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，許多國家對一定寬度范圍內(nèi)的道路平面線形和空間立體線形的優(yōu)化技術(shù)進行了研究。 隨著計算機繪圖技術(shù)的發(fā)展，從70年代未開始，在道路工程設(shè)計中引入了計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)。由計算機自動完成判別和設(shè)計計算，直接提供設(shè)計圖表。,二、國內(nèi)外道路CAD的現(xiàn)狀與發(fā)展,目前，許多國家建立了由航測設(shè)備、計算機和專用軟件包形成的組合系統(tǒng)，可以完成從數(shù)據(jù)采集、建立數(shù)學(xué)地形模型（DTM）、線形優(yōu)化和道路平、縱、橫設(shè)計的計算機輔助設(shè)計的全過程，從而大大提高了道路工程設(shè)計的速度和質(zhì)量。,3,PPT學(xué)習(xí)交流,（二）我國道路CAD的應(yīng)用概況,70年代

4、中后期，有關(guān)公路科研單位、高等院校和公路測設(shè)部門開始研制與開發(fā)道路設(shè)計計算與優(yōu)化程序，并取得了初步成果。 1986年，交通部公路規(guī)劃設(shè)計、東南大學(xué)、西安公路交通大學(xué)等開發(fā)完成高等級公路綜合優(yōu)化及計算機輔助設(shè)計系統(tǒng) 。 目前公路路線CAD輔助設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)已非常普及，應(yīng)用十分廣泛。,4,PPT學(xué)習(xí)交流,第二節(jié) 數(shù)字地形模型簡介,一、數(shù)字地形模型及其道路設(shè)計中的應(yīng)用 數(shù)字地形模型（DigitaI Terrain Model，簡稱DTM）是按照某種數(shù)學(xué)模型表達地形特征的數(shù)值描述方式。它由許多規(guī)則或無規(guī)則排列的地形點三維坐標x、y、z組成。 數(shù)字地形模型是路線優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，是道路自動化設(shè)計不可缺少的工

5、具。利用數(shù)字地形模型進行路線方案比選，只需輸入少量的設(shè)計參數(shù)，計算機按照編好的程序，自動完成設(shè)計和分析比較工作，輸出全部成果。,5,PPT學(xué)習(xí)交流,二、數(shù)字地形模型的種類,1離散型數(shù)字地形模型 離散型數(shù)字地形模型，簡稱散點數(shù)模。是由隨機分布的離散地形數(shù)據(jù)構(gòu)成，是公路設(shè)計中常用的形式之一。可通過內(nèi)插產(chǎn)生路線設(shè)計所需要的縱、橫斷面地面線資料。 道路設(shè)計中常用二次多項式曲面作為擬合曲面，計算公式為： Z=ax2+bxy+cy2+dx+ey+f,2. 格網(wǎng)式數(shù)字地形模型,格網(wǎng)式數(shù)字地形模型是將路中線左、右一定寬度內(nèi)的地面劃分成大小相等的方格或長方格，按一定次序讀取網(wǎng)格點的高程，輸入計算機而構(gòu)成的數(shù)模。

6、,6,PPT學(xué)習(xí)交流,它是用許多平面三角形逼近地形表面，即將地表面看成是由許多小三角形干面所組成的折面覆蓋起來的，讀取并儲存三角形頂點的三維坐標，即構(gòu)成三角網(wǎng)數(shù)字地形模型 。,3三角網(wǎng)式數(shù)字地形模型,7,PPT學(xué)習(xí)交流,4魚骨式數(shù)字地形模型,魚骨式數(shù)字地形模型是在路線方案確定以后，沿路線方向和垂直于路線方向上采集地形點而構(gòu)成的數(shù)字地形模型。,8,PPT學(xué)習(xí)交流,隨意魚骨式數(shù)字地形模型,9,PPT學(xué)習(xí)交流,三、數(shù)字地形模型的數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集是指選取構(gòu)造數(shù)模的數(shù)據(jù)點及量取其坐標值的過程，是建立數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)工作。 1由數(shù)字化儀從已有地形圖上采集 由數(shù)字化儀沿等高線獲取地形點坐標，該條等高線的

7、高程值則由人工讀取。 2由航測儀器從航空照片上獲取 任何一種立體測圖儀都可以從航空照片上進行數(shù)據(jù)采集。 3用電子經(jīng)緯儀、全站式速測儀等儀器由人工野外實測獲取。,10,PPT學(xué)習(xí)交流,第三節(jié) 計算機輔助進行路線平縱橫設(shè)計,（1）利用數(shù)字地形模型進行路線設(shè)計 自動在數(shù)字地形模型支持下，借助數(shù)學(xué)方法，由計算機初定路線平面位置，進行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)計算機選擇的最優(yōu)方案和數(shù)模提供的地形資料，完成整個路線設(shè)計工作。 （2）人工設(shè)計路線，輸入設(shè)計數(shù)據(jù)，計算機完成計算與成圖 首先由設(shè)計人員確定路線平面位置，將平面設(shè)計資料輸入計算機，由計算機完成路線平面設(shè)計，輸入平面設(shè)計方案所對應(yīng)的縱、橫斷面資料，由計算機完成整

8、個路線設(shè)計（如內(nèi)業(yè)計算和有關(guān)圖表的繪制等） 。,11,PPT學(xué)習(xí)交流,路線方案確定以后，設(shè)計者根據(jù)實際地形條件在實地或紙上確定路線平面線形，將平面設(shè)計資料輸入計算機進行處理。 輸入數(shù)據(jù)：交點坐標（或交點樁號及轉(zhuǎn)角）； 平曲線半徑； 平曲線類型； 緩和曲線長度。 計算內(nèi)容：路線里程； 平曲線要素； 曲線上各特征點的樁號； 逐樁坐標。,一、路線平面設(shè)計,12,PPT學(xué)習(xí)交流,一、路線平面設(shè)計,13,PPT學(xué)習(xí)交流,二、路線縱斷面設(shè)計,1縱斷面地面高程的獲取 （1）實地進行路中線水準測量 （2）紙上定線時在地形圖上人工讀取中樁高程 （3）利用建立的帶狀數(shù)模，計算機進行數(shù)模內(nèi)插，得到道路中線上任一點的高程值，從而獲得縱斷面地面線。 2縱斷面設(shè)計線的確定 （1）計算機自動產(chǎn)生道路的最優(yōu)縱斷面； （2）設(shè)計者進行手工拉坡。,14,PPT學(xué)習(xí)交流,15,PPT學(xué)習(xí)交流,三、道路橫斷面設(shè)計,設(shè)計步驟： （1）設(shè)計者根據(jù)路線所經(jīng)地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣候等條件，歸納可能出現(xiàn)的橫斷面形式和處理方式，確定各段的標準設(shè)計橫斷面型式及構(gòu)造物布置型式。 （2）計算機自動套用標準橫斷面逐樁進行橫斷面設(shè)計，并可根據(jù)需要顯示在屏幕上。設(shè)計者可在屏幕上修改不合理的設(shè)計斷面。 （3）計算機自動提取已存入修改后的數(shù)據(jù)，計算土石方工程數(shù)量，并進行土石方調(diào)配。 （4）輸出橫斷面設(shè)計圖和有關(guān)圖表