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云南交通技术学院
教案首页
课题：第九章公路测设新技术1、公路路线CAD技术简介2、数字地面模型课型：讲授
教学内容摘要：了解公路路线计算机辅助设计（CAD）系统组成、数字地形模型及在公路设计中的应用。
重点：CAD系统的应用
难点：CAD系统的应用
课外作业：复习本次课程内容；
课后分析：
注：一次（2学时）为一个教案，要求每个教案附首页。
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第一节公路路线CAD技术
一、CAD技术简介
（一）CAD的概念
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相结合，为现代设计提供了理想手段。
（二）CAD系统的组成
系统组成：数字地面模型子系统，路线平、纵优化子系统，路线设计子系统，立体交叉口设计子系统，公路中、小桥涵设计子系统，公路工程造价分析子系统。
该系统覆盖了地形数据采集——建立数据地面模型——人机交互地进行路线平、纵、横设计，线形优化设计和人工构造物的设计—图和表屏幕编辑，并最终完成图纸的绘制以及工程造价分析等成套CAD技术。
二、公路路线CAD功能和特点
公路路线CAD软件系统包含六个模块：
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1、野外线路平面测量和高程测量数据的录入、编辑和存储模块；
2、平面设计、纵断面设计及横断面设计数据的录入、编辑和存储模块；
3、根据路线平面设计，绘制路线平面图；
4、根据路线纵断面设计，绘制路线纵断面图；
5、根据路线横断面设计，绘制路线横断面图；
6、路基构件的绘制。
三、公路路线CAD组成系统
（一）公路CAD系统总体结构
公路CAD系统总体结构如下图所示；
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道路路线 CAD 模块化程序系统示意图
（二）数据采集
公路路线设计必须依靠大量的地面信息和地形数据。
1、用现代化的手段航空摄影测量建立数字地面模型。
2．用全站仪或红外线测距仪地面实测的方法，直接建立三维的数字地面模型。3．用传统的经纬仪、水准仪、和小平板实测。
数据采集方法分类
（三）路线优化设计
方法：
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第一类：对于平面或纵断面各种比较方案，快速准确地完成路线设计，并计算出各方案的总费用和各项比较指标，由设计者根据自己的经验选出最佳方案。
第二类：根据路线的初始方案，利用最优化理论的数字方案，利用最优化理论的数字方法，由计算机寻找最优设计方案。即输入一个可行方案，通过数字迭代方法来完成最优方案的求解。
公路CAD系统的人机分工
1、在可行性分析阶段，适宜于采用在宽带范围内路线走向方案的优化。
2．在初步设计阶段宜采用在平面或空间一定范围内移线以改善设计方案的优化技。
3．在技术设计阶段宜于采用多个目标函数的公路纵断面优化程序系统。
4．对已完成的公路路线技术设计运用连续绘制的透视图（或动态透视图）进行评价。
（四）计算机辅助设计、绘图和制表
第二节数字地面模型
一、数字地形模型及在公路设计中的应用
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数字地形模型（DTM）——将地形按照某种数字模型对已知平面坐标的地形点进行高程计算，是一个表示地形特征的、空间分布的、有许许多多有规则或无规则的数字阵列，也就是将地形表面用密集的三维地形点坐标（X，Y，Z）组成。
数字地面模型的特点：地表形态表示抽象、不直观，但计算机可以从中直接、快捷、准确地识别，进行数据处理，提供出方便的地形数据，以实现各项作业的自动化。
数字地形模型的应用
数字地形模型的应用
二、地形模型的种类
1、方格网式数字地形模型
将工程用地的一定范围划分成相等大小的方格或长方格，按一定次序读取网格点的高程即可。
优点：只需要储存网格点的高程值而无需储存平面坐标值，内插和检索简单，节省计算机时，采集数据方便，选点不依赖于经验。
缺点：地形变化大的地方精度较低，常常漏掉了地形的真正变化点。
2、三角网式数字地形模型
由所有三角形顶点的三维坐标组成，并把每个三角形看成是由三顶点高程构成的一个平面，因而划分三角网时，应尽量使三角形的周边以内所有等高线都呈直线，而且相互平行，间距相等。
在同样的使用精度下，网点数可以远小于方格网数字地形模型所需要的网点数，能节省很多的计算机内存。
三、数字地形模型数据点的获取
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1、从现有的地形图上获取（人工读取数据或用手扶跟踪式的坐标读取装置图形数字化仪）
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