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道路勘测设计实验指导书邵阳学院 城市建设系适用于土木工程（路桥方向）实验一 平面设计目的：掌握平面设计方法，平面设计大体分两种形式，一是文本文件输入和软件对话框输入方式，二是以地形图为基础进行交会式平面线形设计，然后利用数模内插数字高程模型，为纵横断面设计打下基础。内容：平面设计原始设计资料输入与平面线形设计。1 平面设计11 新建项目设计项目一开始，首先是新建项目，指定项目文件的名称和保存路径。点击“项目”菜单条下的“新建项目”命令，系统弹出如图11所示对话框。图11在该对话框中进行新建项目的操作，其步骤如下：1） 输入项目名称，此名称可以是汉字名称或者是项目名称拼音缩写，用户可任意输入，以能方便识别为原则，示例中指定名称为“test3“。2） 点击“浏览”按钮，指定项目文件存放的路径。本示例中，我们在D盘下新建了一个“电站公路项目”文件夹。为了便于用户管理本项目的数据文件，系统将默认本项目设计的所有数据文件均存放在此文件夹，当然用户也可以自行指定其他的路径保存文件。如图12所示，点击“保存”按钮，完成项目文件（test3.prj）的保存。图123） 指定平面线形文件的名称和路径。如2）中所述，系统会默认平面线形文件（test3.pm）也存放于D盘的“电站公路项目”文件夹中。直接点击如图11中的“确定”按钮，即完成了新建项目的设置。用户也可以点击平面线形文件的“浏览”按钮，指定其他位置存放“平面线形文件”或指定其他位置存放的已有的“平面线形文件”做为本项目的平面线形文件。关于项目管理器：在新建项目设置完成后，系统会自动在纬地的项目管理器中增加一个平面线形文件的文件名（本例中为test3.pm），如图13所示。由于还没有进行平面设计，所以此时平面线形文件还只有一个空的文件名，在平面设计完成后，进行平面数据存盘时，系统会自动转换得到此文件的数据。有了这个平面线形数据文件（*.pm），就可以实现平面自动分图等操作。图13从图13中可看出，一个设计项目的所有数据文件均在此进行指定，由系统统一进行管理。当添加、删除了某个文件或是重新指定了某个文件后，“项目文件”菜单下的“保存退出”命令会自动亮显，点击“保存退出”命令，则系统自动保存对项目文件所做的修改。当用户在纬地系统中执行一个操作命令时，系统即从此处调用相关的数据文件完成一个命令的操作，而不用在执行操作命令时才去指定需要的文件，十分方便。12 输入平面设计数据纬地系统中平面数据的输入有两种方法，一种是在纬地系统专门为低等级公路外业测量的平面数据录入设置的录入工具“平面数据导入/导出”对话框中输入；另一种方法则是在纬地系统的数据编辑器里面按照一定的格式输入平面设计数据，这里的数据编辑器也可以是windows操作系统自带的记事本等工具，只要是保存为纯文本格式即可，下面分别做以介绍。121 在“平面数据导入/导出”对话框中输入点击“数据”菜单下的“平面数据导入/导出”命令，系统弹出“平面数据导入/导出”对话框，如图14所示。图14根据对话框的提示，用户逐项填入外业平面设计的各项数据。各栏目的数据输入说明如下：1） 起始桩号：输入本项目的路线起点桩号，纬地中的桩号录入均为纯数据格式，不能加入其它字符。如起点桩号为K0+000，则输入0，如起点桩号为K2+500，则输入2500。2） 起点X、Y坐标：输入起点的测量坐标，如果外业测量中没有坐标，可以输入一个任意的假设X、Y坐标。注意坐标值宜输入较大的数值，避免坐标可能会产生负值，因为路线可能往坐标值减少的方向前进，而坐标取值一般都是正数。3） 起始方位角：输入起始边与北方向的方位夹角，输入格式为：按度分秒的格式输入，用小数点分割度和分秒，如1150325.5则输入115.03255，又如30则输入30即可。如果外业中没有测量方位角，也可以输入一个大概估计的方位角，当然输入任意角度也可以。4） 数据格式：系统支持输入“交点间距”或“交点桩号”两种格式的平面数据文件，在数据模式的下拉菜单中用户可以选择采用“交点间距”的模式还是采用“交点桩号”的模式输入平面设计数据。5） 交点编号：输入路线起点、各交点号和终点的名称和编号。注意输入时可不带“JD”两个字符，在平面标注交点时，系统会自动加上“JD”，如“JD1”则输入1。6） 交点间距或交点桩号：按照选择的数据格式，输入交点间距或交点桩号。注意：如果路线测量中存在虚交或者断链，则必须选择交点间距的数据模式，因为虚交点不存在交点桩号，而断链以后的桩号是路线测量的表面桩号，并非按路线实际距离推算的连续桩号，所以不能采用交点桩号的数据格式。7） 圆曲线半径：输入每个交点转角设置的曲线半径。路线终点的半径一栏则输入0。8） 交点转角：输入每个交点的转角，数据格式同3）中起始方位角的格式，如果是左转则在角度前加负号，角度为正值则表示右转。如交点1的转角为左转253437.5则输入-25.34375；又如交点2的转角为右转424153则输入42.4153。路线终点的转角输入0。9） 前缓长、后缓长：输入前后缓和曲线的长度。由于平曲线前后缓和曲线可以设置不同的长度，所以需分别输入前缓长和后缓长。路线终点的前缓长和后缓长均输入0。122 在数据编辑器中输入用户在熟悉了平面数据文件的格式后，也可以直接用纬地系统的数据编辑器来输入平面设计的原始数据，纬地系统也支持用其它的文本编辑工具如记事本等进行数据录入。纬地平面数据文件（*.jdx）的文本格式如图16所示。图16平面数据文件格式如下：第一行数据分别为： 平面交点总数（不含起点，同时等于此行以下数据的总行数），路线起点桩号，起点的 X(N)坐标，起点的Y(E)坐标，起始边的方位角、交点桩号或交点间距控制位（0表示以下使用交点桩号；1表示以下使用交点间距）；第二、三.行数据分别为：交点编号，交点桩号(或交点间距)，平曲线半径，交点转角，第一缓和曲线长度，第二缓和曲线长度；最后一行数据分别为： 终点编号，交点桩号，0，0，0，0操作说明：1、点击“新建”按钮，出现一个空白文本框；2、 按照数据格式的说明输入平面数据，数据均为半角数字，数据之间均以空格分开，空格数量不限；3、 点的X(N)、Y(E)坐标和起始边的方位角，如果在外业测量中没有测定坐标和方位角，可以任意指定，坐标尽量使用较大的数值（6位以上），以免在路线较长时出现坐标为负值等情况；4、 交点的转角采用度分秒形式输入，右偏取正值，左偏取负值，如86.52075表示交点转角为右偏86度52分07.5秒。5、 数据输入完成后，点击保存按钮，在弹出的对话框中指定文件保存的路径，输入文件名，注意此文件名需加“jdx”扩展名（即*.jdx，本示例中保存文件的文件名为test3.jdx），以便于用户查找，点击保存按钮即完成平面数据的存盘。13 主线平面设计启动纬地系统的“设计”菜单下的“主线平面设计”命令，系统弹出如图17所示“主线平面设计”对话框。图17151 对话框主要功能控件的说明从图17中可以看到，此对话框中主要描述的是平面交点文件中每一个交点曲线的曲线要素、主点桩号等等所有的相关信息，用鼠标可以拖动对话框中的滑动块到任意交点位置。1） 对话框最上面一行“平面交点文件名”一栏中显示的是在项目管理器中添加的平面交点文件名称，名称下面显示的所有交点曲线的相关信息都是此平面交点文件里的内容。2） 交点序号和交点名称：交点序号是指系统进行交点排序和计算的交点编号，此序号不可修改；交点名称是指外业测量时每一个交点的人为编号，此编号可以修改，并能在平面图中绘出。注意：当平面设计计算中有错误时，系统会在命令行中提示某某交点的交点间距长度不够，即相邻两曲线的切线长度之和大于两交点的交点间距。此时命令行中所提示的交点号就是指交点序号，而非人为编号的交点名称，按照系统提示的出现错误的交点序号，拖动滑动块找到此交点，就可以对其半径等进行修改并进行试算。引起此错误的原因可能是由于外业计算（采用计算器或PC E500等）的精度相对较低，导入后和程序计算的结果稍有出入，在相邻两曲线径向连接时可能会出现短直线或两曲线交叉，根据系统提示找到此交点，选择与前、后交点曲线相接的计算模式重新反算半径即可。纬地系统中也允许交点曲线出现一些交叉，其交叉长度不能大于5毫米。最好的办法是使用纬地外业手簿软件进行外业计算，由于纬地外业手簿采用和纬地道路系统相同的计算模块，可以保证外业计算的精度和与程序计算结果的一致性，并且免去了外业平面数据输入和导入的过程。将掌上电脑和计算机连接后，用鼠标可以将外业设计的平面交点数据直接拖到计算机中，系统会自动将其转换为纬地系统所需的平面交点文件，将其添加到项目管理器中就可以进行主线平面设计的计算绘图等操作。3） 平曲线计算模式的选用：在“主线平面设计”主对话框，鼠标拖动滑块到需要进行调整计算的交点，点击“平曲线计算模式”栏右侧的下拉菜单，可看到各种平面曲线计算模式，如图18所示。图18纬地系统提供了常用的十三种反算模式和常规计算模式，一般常规使用第一种已知S1+Rc+S2的计算模式，输入半径、前缓长和后缓长进行计算。对于某些需要反算半径和缓长的交点，用户可以根据需要选择一种反算模式进行平面曲线的反算。点击对话框左下角的“控制”按钮，可以对平面设计绘图的各项参数进行设置，如图19所示。图19下面对各项参数设置一一进行说明：路线起始桩号：用户可以在这里修改路线的起点桩号；重绘刷新：选中此选项则在前面的小方框中出现一个小勾，可以对已绘制的平面图形重新进行绘制，并清除先前绘制的平面图形；绘设计线：选中此选项就可以在平面图中绘出路中线的线形；绘交点线：可以选择是否在路线平面图中绘出交点线，并可以设置图中绘制的交点号的字体大小。例如在绘制用地图及总体布置图时不需要绘制交点线，用鼠标点击小方框去掉小勾，在计算绘图时则不绘出交点线；曲线模拟步长：平面图中绘制的每一段曲线都是由若干个点连接组成的，点与点之间的距离即曲线的模拟步长，系统默认曲线的模拟步长为1米，已能满足公路平面图中曲线绘制的要求，根据不同的比例和精度要求，用户也可以修改此步长。标注公里桩：用户可以选择在平面图中标注公里桩，并可以选择所标注公里桩图形符号和公里桩字体的大小；标注百米桩：可选择是否标注百米桩并设置百米桩字体的大小；标注曲线要素点：可以选择是否标注曲线的主点桩号，并可以设置主点桩号的字体大小以及曲线节点绘制圆圈的大小；标注曲线参数：可以选择是否在平面图中绘出直线（R-）、圆曲线的半径参数以及缓和曲线参数；标注位置的设置：可以分别设置百米桩以及曲线主点桩号在平面图中标注的侧别是左侧还是右侧，主点桩号还可以根据习惯选择标注在曲线内侧，根据需要还可以设置主点桩号的标注和路中线横向空开一定的距离（单位为米）。在百米桩一栏的下拉菜单中，用户可以根据需要选择标注50m、25m、20m、10m间距的桩号。5） “实时修改”按钮：用于在平面计算绘图后，对交点进行沿前边、沿后边或自由拖动的修改操作，可连续对多个交点进行修改操作。如图110所示，即是在对平面交点进行实时拖动的修改。当执行该命令，并选择平面交点进行拖动修改时，在屏幕左上角弹出一个平面参数显示框，框中显示当前鼠标位置的交点坐标、交点桩号、曲线要素以及前后直线长度等参数。在拖动交点的过程中，随着鼠标的移动，显示框中的参数随之发生改变，设计者可随时参考显示框中的参数来确定新的交点位置。结束修改时可点击鼠标右键返回主对话框。主线平面设计的“实时修改”功能是在计算机上进行平面设计定线和调线时使用频率最高的一个工具，也是进行平面线形修改的一个非常方便的工具。图1106） “试算”：在当前交点位置选择一种新的计算模式，或是输入新的园曲线半径和缓和曲线长度等，点击“试算”按钮，系统将重新进行平面线形的计算，并刷新主线平面设计对话框中显示的当前交点的曲线要素、主点桩号及前后直线长度等信息。152 平面计算绘图用户在项目管理器中添加了平面交点文件（*.jd）后，并在主线平面设计对话框中检查各个交点的曲线设置和参数计算无误后，就可以进行平面计算绘图了。其操作步骤如下：1） 打开“主线平面设计”对话框，点击对话框左下角的“控制”按钮，系统弹出“主线设计控制参数设置”对话框，根据上一节中说明，对平面绘图的各项参数进行设置，设置完成后点击“确定”按钮退出此对话框。2） 点击“主线平面设计”对话框中的“计算绘图”按钮，系统即自动在Autocad的图形屏幕上绘制出平面路线图形，可通过CAD的范围缩放等命令查看绘出的平面路线是否正确。如图111所显示即为系统“计算绘图”绘出的平面路线中的一部分。3） 点击主对话框右上角的“存盘”按钮，保存平面交点数据文件并通过系统自动转换得到平面线形数据文件，然后就可以进行“平面自动分图”了。图111提示：（1） AutoCAD是一个双精度的绘图平台，系统在此平台上绘制的路线平面图是按照平面数据输入时给定的起点坐标和起始边方位角，在Autocad图形屏幕的坐标对应位置绘制出来的，所以用户可能在当前屏幕所显示的区域看不到平面图，利用Autocad的范围缩放命令（即在AutoCAD命令行输入z回车，再输入e回车）就可以将路线平面图在当前屏幕窗口全部显示出来。（2） 如果需要调整桩号位置及字体大小等，打开参数“控制”按钮进行适当调整，点击“确定”按钮退出，重新点击“计算绘图”按钮，系统将按照新的绘图参数设置重新刷新绘制出路线平面图。（3） 如果放大查看路线局部的曲线部分，可能显示出来的曲线会以折线显示，这属于曲线模拟显示的步长没有刷新的原因，并非曲线变成了折线，对平面图的打印输出没有影响。可以利用Autocad“视图”菜单下的“重生成”命令对当前显示的图形重新生成就可以了，也可以在AutoCAD命令行输入“re”回车即可。注意：有时在进行平面计算绘图时，不能绘出交点号和曲中桩号，这是因为还没有对项目的属性进行设置，即需要设置本项目为公路主线。系统在平面计算绘图时，有两种方法可以进行项目属性的设置： 用户运行“项目”菜单下的“设计向导”程序，根据设计向导的提示一步步完成项目类型、公路等级等等设置，然后“保存项目”退出纬地系统，重新进入纬地系统后打开本项目，再运行“主线平面设计”的“计算绘图”命令，就可以绘制出交点号和曲中桩号。 第二种方法是一种简便的临时方法，因为在平面设计完成以后，还是要运行设计向导进行本项目的一些常规参数的设置。操作步骤：打开“项目管理器”，选择“属性”选项卡，界面切换到项目属性的设置窗口如图112所示。选择项目类型一栏，点击右侧的下拉按钮，可选择项目类型为“公路主线”或“互通式立体交叉”，如果要在平面图中绘出交点号和曲中桩号或标注缓和曲线长度，则需要选择项目类型为“公路主线”。当选择一个项目类型或改变项目类型后，系统会弹出一个提示对话框如图112所示，提醒用户：“若修改项目类型，可能导致设计向导计算生成的超高、加宽不能适应新的项目类型”，即提醒用户在设计向导完成后不可随便改变项目的类型，点击“确定”按钮可退出对话框。完成项目类型的设置后，点击“保存退出”命令退出“项目管理器”，重新执行“主线平面设计”的“计算绘图”命令，就可以绘出交点号和曲中桩号。图1121.6 设计向导1.6.1向导的作用“设计向导”命令位于“项目”菜单下，该功能引导用户快捷、方便地设置项目类型、公路等级、标准路基宽度、计算不同形式的超高与加宽过渡，以及快速设置填挖方边坡、边沟排水沟等等设计控制参数。用户在按照设计向导的提示一步一步完成设置后，系统会自动生成四个文件：超高设置文件（*.sup）、路幅宽度文件（*.wid）、设计参数控制文件（*.ctr）、桩号序列文件（*.sta），并自动添加到项目管理器中。1.6.2设计向导的操作步骤1） 纬地设计向导启动后，第一步对话框如图113所示，程序自动从项目中提取“项目名称”、“平面线形文件”以及“项目路径”等数据，并显示在对话框中。按照对话框中的提示，首先在项目类型的下拉列表中选择本项目的类型（本示例中为“公路主线”）；在桩号设置一栏，系统默认“设计起点”和“设计终点”桩号为平面路线的起终点桩号，用户根据项目需要可以修改本项目设计的起终点桩号，但一般情况下不要进行修改。在其它设置栏，用户可以输入本项目的项目标识，例如输入“A”，则所有图表文件中的桩号前均冠以“A”标识，如桩号“K0+000”则改变为“AK0+000”；桩号精度的设置，系统默认为三位小数，用户可以根据项目要求来设定输出桩号需要保留的小数位数。单击“下一步”进入设计向导第二步，开始第一个项目分段的设置。图1132） 项目分段1第一步：其对话框如图114所示，设置本项目第一个分段的桩号范围和公路等级。首先在分段终点桩号一栏中输入第一个项目分段（分段1）的终点桩号，系统默认的分段终点桩号是平面路线的终点桩号，如果本项目总的只有一个分段，则保持系统默认的平面终点桩号不变。其次在“分段公路等级”的下拉列表中选择分段1的公路等级，根据用户选定的公路等级，程序自动从数据库中提出其对应的计算车速。设置完毕然后点击“下一步”按钮进行路基横断面的设置。图1142） 项目分段1第二步：设计向导提示出对应的典型路基横断面型式和具体尺寸组成，对话框如图115所示。在此对话框中，用户可以看到本项目分段的标准路幅宽度，并可在详细数据一栏的“单元名称”下拉列表中选择查看断面各组成部分的坡度和宽度（用鼠标点击栏目下方横断面简图的各个组成部分，也可看到对应部分的断面尺寸）。如果本项目分段的路基横断面尺寸与此尺寸不符，用户可直接修改“路幅宽度”及断面各组成单元的尺寸和坡度，并可在“路槽深度”一栏输入断面各组成单元的路槽深度，修改完毕注意点击“检查”按钮，以检查断面各组成部分宽度总和是否和路幅宽度尺寸相符，如果设置正确，系统会提示“检查路幅宽度正确”。单击“下一步”进行路基左右侧填方边坡的设置。图1153） 项目分段1第三步：引导用户完成项目分段1典型填方边坡的控制参数设置。用户可根据需要设置处理高填断面的任意多级边坡台阶。鼠标单击左侧或右侧边坡形式的选择框，选择框中出现一个下拉列表的选项按钮，点击该按钮，可选择多级台阶的边坡形式。这里列举了最多五级台阶的边坡形式供用户选择，如果还需设置更多台阶的边坡，可在控制参数输入程序或控制参数文件（*.ctr）中进行编辑修改。用户可参照对话框中右侧的示意简图，在边坡设置中查看每一级边坡的具体尺寸和坡度或对其进行修改。填方边坡设置对话框如图116所示。图1164） 项目分段1第四步：引导用户完成项目分段1典型挖方边坡的控制参数设置。用户可根据需要设置处理深挖断面的任意多级边坡台阶，其设置和修改方法同填方边坡的形式基本相同。对话框如图117所示。图1175） 项目分段1第五步：引导用户进行路基两侧边沟型式及典型尺寸设置，用户可以根据需要在边沟形式的下拉列表中选择“矩形边沟”、“梯形边沟”或“不设置边沟”，在边沟形式选择确定后，可参照右侧的示意简图对边沟的具体尺寸数据进行修改。对话框如图118所示。图1186） 项目分段1第六步：引导用户进行路基两侧排水沟型式及典型尺寸设置，对话框如图119所示。用户可以根据需要设置矩形或梯形排水沟，还可选择设置带挡水堰的排水沟形式或不设置排水沟。其形式的选择和尺寸的修改基本和边沟设置相同。由于有的地方对排水沟的叫法可能不尽相同，这里专门说明一下：排水沟是设置于填方坡脚外，用于排除地表水流和边坡流水的一种水沟，一般情况下，填方段落是不设置边沟的，排水沟即相当于将边沟从路基边缘移到了路基填方坡脚处的一种水沟。图1197） 项目分段1第七步：提示用户选择确定项目分段1的路基设计所采用的超高类型、超高旋转方式及渐变方式、曲线加宽的类别、位置以及加宽渐变方式等，其对话框如图120所示。程序会自动根据项目分段1第一步设置的项目类型及公路等级，在“超高旋转方式”一栏中列出不同的可用的超高旋转方式。图1208） 当项目分段1的第七步设置完成后，如果整个设计项目只设置了一个项目分段，则点击“下一步”按钮时，系统转到设计向导的最后一步，开始进行超高、加宽过渡段的计算和设置。如果本项目设置了两个以上的项目分段，则设计向导转到项目分段2第一步至第七步的设置过程，如此循环只到设置完最后一个项目分段，然后点击“下一步”到设计向导最后一步开始计算本项目的超高和加宽。9） 设计向导最后一步：这一步中系统将根据前面每一个项目分段的公路等级、计算车速、超高加宽的类型及旋转方式等相关设置以及平面曲线文件，提取路线规范中的技术指标来计算每一个平面交点曲线的超高和加宽过渡段，其对话框如图121所示。点击对话框中的“自动计算超高加宽”按钮，系统即开始进行计算，并将计算的每一个平面曲线的超高加宽设置列于表中，供用户查看或修改。图121如图122所示计算结果中，每一行列出一个曲线（包括直线）单元的名称及起止桩号，点击每行过渡段右侧的展开按钮，可看到该过渡段的超高加宽设置情况，并可以选择修改超高加宽过渡段的位置及长度。当某个曲线单元的半径过小（小于设置最大超高值的最小半径）或超高加宽的过渡段长度不够时，系统将以红色显示该行，移动鼠标到该行的单元名称处，可看到其提示错误的原因，用户可根据此提示进行修改。用户还可以利用鼠标右键菜单中的复制功能将系统自动计算设置的超高加宽过渡段设置列表复制到文本编辑器中，作为检查超高加宽设置与修改的依据。图1229）超高加宽计算设置完成后，点击“下一步”，程序把将要自动生成的四个数据文件列于对话框中，对话框如图123所示。在这里用户可以修改文件的名称，其作用是：如用户原来已运行了设计向导生成了这四个文件并做了一些修改设置，对文件重新命名可避免覆盖原来的文件。在此对话框中，用户还可设定所输出桩号文件的桩号间距（如20m），程序将以此桩号间距自动生成桩号序列文件，并包括所有曲线要素桩号。点击“完成”按钮，系统即开始计算生成路幅宽度文件（*.wid）、桩号序列文件（*.sta）、设计参数控制文件（*.ctr）和超高设置文件（*.sup），并将这四个数据文件自动添加到纬地“项目管理器”中，如图124所示。如果项目管理器中原来已有这四个文件，系统会自动将新的文件替换掉原来的文件。图123图1241.7数模1.7.1 开始新数模第一次建立数模，应先点选“数模” “新数模”菜单项，进行系统初始化。用户在点选“新数模”菜单项或键入“newDTM”命令后，将出现如图1-25所示“点数据高程过滤设置”对话框，其中的“采用高程过滤器”项用于控制是否在读入数据时自动启动高程过滤器，即可将高程为0或高程超出用户指定范围的粗差点或废弃点自动剔除，以免影响后面构网。图1-251.7.2 三维数据读入 当用户安装纬地道路系统数模版后，系统安装目录下将自动生成“数模”目录，其下又有“asc-pol”、“dwg-dxf”和“pnt-dgx-dlx”等子目录，分别安装有系统所支持的几种三维地形数据接口数据的示例（均为实际工程示例）。（1）读入AutoCAD的dwg格式(参见“dwg-dxf”目录下的数据)纬地系统可在不打开dwg图形文件的情况下，直接从中提取并读入三维数据。一般三维地形图文件按规定均将等高线（计曲线和首曲线），特征线（水系线、断裂线、陡坎线或山脊线等），地形点等三维数据和图形信息分层存放，用户通过手工或其他数字化软件（矢量化软件）所建成的三维图形信息也应分层存放。用户点选“数模”“三维数据读入”“读入dwg和dxf格式”菜单项，根据提示选取所要读入的dwg文件，程序从中提取出所有的图层，列于图1-26所示的对话框中。用户依次点选存储有三维地形数据的图层，并分别指定其存储的三维数据信息参加构网时的性质，如“地形点”、“约束线”、“非约束线”等。其中一般“地形点”对应存放所有单个三维散点的图层，而“约束线”对应存放等高线的图层（不论是计曲线还是首曲线）。一般计曲线和首曲线分别存放在不同的图层中，用户需要将这两个图层指定为“约束线”性质，其他的三维地形信息，如山脊线、陡坎线等也应指定为“约束线”性质。（纬地系统数模处理模块将所有参与构网并必须沿之构网的等高线、山脊线等统称为“约束线”。）图1-26在以上指定工作完成后，还应注意对话框中的“SPLINE搜索”选项，用户可以在此选择只读入约束线（如等高线）上的控制点或读入约束线上的拟合圆滑点（一般测绘部门会将等高线在赋于控制点后并将其拟合，以使等高线更加圆滑、美观）。请注意，提取拟合圆滑点所得到的点数要远远超过提取控制点所得到的点数。点按“开始读入”按钮，程序开始从该dwg文件中分类提取数据。提取完成后，AutoCAD命令行中将显示所提取到的三维点的总数目。纬地系统支持AutoCAD R14、R2000 和R2002版的dwg格式的三维地形数据。（2）读入Card/1所支持的asc和pol文本格式的三维数据(参见“dwg-dxf”目录下的数据)在纬地系统数模应用模块未开发完成以前，国内利用数模进行设计的单位主要使用德国的Card/1软件。该软件主要支持读入asc和pol文本格式的三维数据。Asc文件存放所有三维点的点号、X、Y、高程等信息，而pol文件中以点号记录来描述所有等高线、断裂线等的关联信息。纬地系统也支持读入此格式的三维数据。点选“数模”“三维数据读入”“asc和pol格式”菜单项，将出现如图1-27所示对话框。“同时读入同名pol文件”用于控制系统在读入“*.asc”文件时是否同时读入“*.pol”文件。“ASC文件中点号前缀长度”用于去除*.asc和*.pol文件中所有点号的前缀。为了区别点号数据，Card/1支持在每个点号前用数字或字符组成的前缀。而纬地系统为了提高数据点排序、检索、构网的速度，不支持带有字符的点号。用户需在此输入ASC文件中点号字符前缀长度，以便程序在读入时将其去除。（众所周知，计算机对字符数据排序、检索速度要远远慢于对整数的检索速度。）图1-27在“ASC文件格式”中，需由用户根据*.ASC文件的具体格式指定每一行中三维点的X、Y、Z坐标和小数位数。点击“开始读入”按钮，系统弹出文件选择对话框，用户根据需要选取所要读入的*.asc文件（提示：用户可以一次选择多个文件同时读入然后一次构网，也可以分别读入每个文件建立多个数模添加到一个数模组中），点按“打开”按钮后，程序便显示开始读入数据的过程，并在每一个文件完成后，在命令行中提示已经读入的三维点的总数目。（3）读入pnt-dgx-dlx文本格式的三维数据（参见“pnt-dgx-dlx”目录下的数据）该三维数据格式也是国内测绘部门提供的一种，其中*.pnt文件存放所有地形点的坐标与高程数据；同名的*.dgx文件中存放所有等高线上的三维点数据；同名的*.dlx文件中存放所有断裂线的三维点数据。每幅图一般均同时由这三种文件组成。点选“数模”“三维数据读入”“PNT、DGX和DLX格式”菜单项，将出现如图1-28所示对话框。“同时读入同名DGX和DLX文件”用于控制系统在读入“*.pnt”文件时是否同时读入“*.dgx和*.dlx”文件。点击“确定”按钮，系统弹出文件选择对话框，根据文件的大小，用户同样可以一次选择多个文件同时打开读入，也可以分别读入后建模。图1-28另外，纬地系统也可根据用户的需要，特别定制各种形式的数模接口。在数模理论中不存在平面坐标相同的点（即X、Y坐标完全相同，高程不一定相同），如果三维数据中存在平面坐标相同点时，系统会自动以第一次出现的点来进行构网，其后出现的点将被滤去。同时系统会将这些平面坐标相同的点记录到“C:Hint40lstSortpt.err”出错文件中，如果用户需要检查修改这些点，可以依据此文件。1.7.3 数据预检为了方便用户在三角构网前对原始三维数据进行检查，纬地系统新开发了“数据预检”功能，用户在读完三维数据之后，用户可点选“数模”“数据预检”菜单项，程序开始模拟三角构网，对已经读入内存的所有三维点进行排序、检索等操作，同时检查并逐一记录数据中出现的所有问题。检查的内容主要包括：零高程点和高程为无穷大的点，高程超出合理范围的点，平面位置相同点，断裂线相交点，在断裂线上而未标识的点，平三角形等。参见图1-29所示。图1-291.7.4 三角构网在读完三维数据之后，用户可点选“数模”“三角构网”菜单项，程序开始对已经读入内存的所有三维点进行排序、检索、按DT理论构建三维数字化地面模型。通过测试，纬地系统“构网”的速度在目前可以处理数模的国内外软件中是最快的。同时系统将显示构网的进度、过程，并在构网过程中自动剔除平面坐标相同的点和其他高程粗差点。因为构网时数据量大，出现问题的机率也很多，纬地系统鉴于一些国外软件在构网时操作过程复杂、构网条件苛刻等问题，自动将平面坐标相同点和一些粗差点进行剔除，并自动处理断裂线相交等情况，大大减小了构网的操作难度和人工修改、纠正的工作量。1.7.5 网格显示为了进一步提高AutoCAD显示数模图形的速度，纬地系统在显示数模三角网格时用户可以选择“只显示数模边界”，而不显示全部数模中的所有网格线。也可虚拟显示所有网格线，这种情况下只在计算机屏幕上显示网格线，而不在AutoCAD中生成图形实体，其显示速度大大加快。另外，用户也可指定网格在显示时“约束线”、“网格线”和“边界”的颜色。参见图1-30所示的“数模网格显示设置”对话框。点按“确定”后，系统开始在当前AutoCAD图形窗口中显示所有网格线，或只显示数模“边界线”，或虚拟显示网格线。图1-30因为这里显示出的网格线均带有实际的高程坐标，所以用户可以通过AutoCAD的三维显示命令（如“dview”、“ddvpoint”等），从三维立体的角度来观察所形成的整个三维数模。如图1-31c所示为构网完成以后显示所有网格线并通过三维立体角度观看的数字三维地面模型。图1-31c1.7.6 网格的编辑与修改（即对数模的编辑与修改）在显示数模全部实体网格后，系统允许用户对数模进行适当的编辑与修改，主要包括插入或删除三维点、交换三角形对角线和插入约束线等。用户可根据显示的构网结果，并结合实际地形情况，在数模中插入或删除三维点，此时系统将重新构网。另外，对数模中出现的不符合实际地形或出现平三角形等问题，系统提供用户“交换三角形对角线”或“插入约束线”两种修改方式。（一般出现这些情况的原因主要是三维数据点采集不足或约束线指定不完整等。） 图1-31a 图1-31b注意：纬地不提倡用户对网格线做过多的修改，如发现数模网格中有需要修改的地方，最好由该图的测绘部门和地形图提供者提供修改依据或进行修改地形图或数据文件后重新构网。图1-31a为未插入三维点的网格线，图1-31b中圆圈内所示为插入一个三维点后系统自动重新构网以后的网格线对比图。1.7.7 数模优化（即三角网优化）目前处理数模的国内外软件所采用的基本都是二维的平面三角网构网理论，它们都没有考虑Z坐标（高程）对三角网的影响。在三维数据采点的密度和位置不十分理想的情况下，所形成的三角网格就不能更贴切地反应实际地面的变化，如出现平三角形等。其他一些国外软件均需要采用人工加入“约束线”的方法来消除平三角形。纬地系统数模处理模块特别开发了三角网优化程序，它可以自动消除网格内的平三角形等情况。同时也可以自动剔除不在用户指定范围的高程粗差点、异常点和废点。用户选取“数模”“三角网优化”菜单项可启动三角网优化程序，其对话框如图1-32所示。请注意，自动剔除的高程粗差点不包括高程等于最大（小）高程的数据点，而对话框中出现的最小高程和最大高程是当前数模中搜索得到的最大最小高程值。点按“开始优化”按钮，系统开始对当前数模中的三角网进行优化。优化完成后将在命令行中显示优化结果。一般经优化处理后余留的平三角形以红色显示，这些平三角形都是无法避免的。图1-32请注意，优化程序只有在网格线全部显示的条件下才可以使用。图1-32a、1-32b中圆圈内所示部分为用户执行“三角网优化”程序前后的网格线对比图。 图1-32a 图1-32b1.7.8 数模组管理与保存（1）关于分段建模虽然纬地系统数模模块采用独特的数据结构和专门的内存优化管理程序，数十、百公里（超过100万个点）可以一次建模，这已经打破了其他国外软件在处理数模时对总点数上限的限制，但考虑到AutoCAD图形显示速度等因素，一般仍需用户对整条路线（大于50km长度的）进行分段建模。与其他国外软件相比，用户所需分段的数目要少得多。一般用户应将一个数模的总点数控制在2060万个之间比较理想，当然这还取决于用户计算机的配置情况（主要是内存的大小和CPU的速度）。我们测试发现，一般100万个点形成数模后的网格图形文件或数模文件的大小均超过100M（兆），这样大的数据文件对于P系列的计算机在读写时还是需较长的时间。（2）数模组管理与保存在系统中可根据路线的里程等因素分若干段分别建模，同一个公路项目用数模组来管理这若干个数模。用户可以在“数模组管理”中建立、删除、激活某个数模。用户在点选“新数模”“三维数据读入”“三角构网”之后（或在“网格显示”完成后），应点选“数模” “数模组管理”菜单项，系统显示如图1-33所示的数模组管理对话框。其中处于激活状态“”的一行表示当前刚构网完成的数模，其后的“X最小”、“Y最小”、“X最大”、“Y最大”表示该数模中X、Y的最大、最小值。在用户点按对话框右侧的“保存数模”按钮后，系统提示用户输入数模文件名（*.dtm），将数模存储到硬盘中指定的位置。下一次再使用该数模时就不需要重新读入数据并构网了。图1-33“打开数模”按钮用于将对话框中用户指定的某一数模打开（即激活），并读入到内存中来，以便对其进行编辑、显示或进行数模的剖切应用。“新建数模”按钮的功能与“新数模”菜单项功能基本相同，用于关闭已打开的数模。“添加数模”按钮用于将对话框中用户指定的某一数模添加到数模组中。“删除数模”按钮仅用于将数模组中某一数模项删去，但并不直接将保存到硬盘上的数模文件（*.dtm）删除。“保存数模组”按钮将用户在同一个项目中建立的若干个数模的信息保存到*.gtm文件（系统中称为数模组文件）中，并自动将*.gtm文件增加到“HPM（项目管理器）”中，这样用户下次重新打开项目时，便可方便地浏览到上次所建立的各个数模。1.7.9 数模应用数模应用是公路勘察设计建立三维数模的最终目的，其核心问题在于高程插值和对数模进行各种方式的剖切。（1）点高程插值用户点选“数模”“数模应用”“点高程插值”菜单项后，根据提示在数模边界内点取一点，或在命令行中输入一个X、Y平面坐标，程序通过搜索，确定该平面点位于哪一个三角形之中，并通过插值计算准确得到该平面点在数模上的投影高程值。（2）输出等高线该功能可以在数模构网的基础上迅速反推得到数模范围内用户指定等高距的等高线。（3）桩号高程插值该功能是对“点高程插值”的扩展，用户在输入已知路线（当前项目）的任意桩号、支距和角度后，系统将计算得到该桩号的平面坐标，进而插值计算得到该桩号位置地面的高程。功能界面如图1-34所示。图1-34（4）边桩高程插值该功能又是对“桩号高程插值”的扩展，用以批量计算输出桥位等坐标和地面高程。其桩号来源可以是项目中的桩号序列文件（*.sta），也可以在用户指定固定的间距后系统自动生成。同样用户在输入插值计算的范围、支距及与路线的夹角后，点击“插值”按钮开始插值输出。一般系统还会提示用户指定输出数据的路径和名称。请参见1-35所示界面。图1-35（5）纵断面插值用户点选“数模”“数模应用”“纵断面插值”菜单项，将启动数模应用的最主要功能直接从数模中插值得到路线的纵断面地面线数据，这一功能和下面将要介绍的“横断面插值”功能是数模应用的核心。纬地系统这些功能的实现使用户不需要通过现场放线、打中桩、测中平、测横断面即可准确方便地获得路线纵、横断地面线数据，一方面大大地节省了外业测量所需耗费的人力、物力，提高了勘察设计的效率和精度，另一方面也使大范围的路线方案比选成为可能。用户每完成一条方案平面设计，即刻便可得到该方案全套的纵、横断地面数据。“纵断面插值”对话框如图1-36所示，其中“桩号范围”默认值为路线的总体长度，用户需根据当前数模的边界范围重新输入插值的起终点桩号范围，超出数模边界范围的桩号将不能进行插值计算。图1-36“插值控制”中的“路面左边线”和“路面右边线”控制在进行中桩插值的同时，是否将路基左右侧边线的对应地面高程插值获得，以备以后设计参考之用。其中“包含地形变化点”项用来控制插值计算时是否将地形变化点进行插值，对此有两种设置方式：一是所有网格线交叉点，二是根据用户指定的地形变化率。一般将此变化率设置为0.11.0弧度之间，设置为0.1时其插值结果与所有地形变化点方式时相似，设置为1.0时插值结果与20m等桩距的桩号数基本接近。通常选择变化率控制方式是不会漏掉地形变化点的，用户可以根据需要对其进行设置。（以上插值是在默认包含项目桩号序列文件*.sta中的所有桩号的前提下进行的。）“绘制三维地面线”控制在插值完成后，是否在数模基础上绘制出插值范围的路线投影到数模表面上的实体图形。点按“开始插值”按钮，提示用户输入插值后生成的纵断面地面线文件名（*.dmx），如果项目中已存在该文件，那么系统会提示是否覆盖原地面线文件。在开始进行纵断面插值计算时，AutoCAD命令行中将逐桩提示插值进度情况。（6）横断面插值“横断面插值”对话框如1-37图所示，“插值方式”控制系统在横向插值计算时（剖切时），是包括所有地面变化点，还是只以等间距的方式。“两侧宽度”控制横断面两侧插值计算的宽度。“输出格式”中的选项用以控制输出的横断面地面线数据文件格式，对话框中默认的输出格式即为纬地系统所需要的格式。所以这一输出格式的控制主要为其他软件作接口。图1-37“绘制三维地面线”控制在插值完成后是否绘制所有横断面三维剖切线，即三维地面线。用户可以用AutoCAD的“ddvpoint”命令从三维的角度来观察三维地面线。1.7.10 路线与地面三维模型建立公路与地面真实三维模型的快速建立，是本系统数模应用部分超越其他一些国外软件的又一表现。在用户完成横断面设计工作之后（请注意必须选择横断面设计对话框“绘图控制”中的“记录横断面三维数据”，这样系统会在横断面设计绘图的同时，将每一断面完成设计后的路基边坡、边沟等的三维数据存储到横断面三维数据文件*.3DR文件中），将数模激活或打开，然后选择“数模”“三维建模”“输出公路三维模型”菜单项，系统在读取横断面设计记录的三维数据的同时对原数模进行沿边界挖空，之后先将地面模型以三维实体(3Dface)形式输出到当前的AutoCAD图形窗口中，再生成公路路基、边坡、边沟、排水沟、标线、护栏等的三维实体。参见图1-38所示。用户可以选择“分段输出”的方式，分别生成路基模型、桥梁模型和隧道模型，或者选择“整体输出”的方式，一次性生成路基、桥梁和隧道模型，并可以选择同时输出三维地面模型。图1-38由于纬地系统是在横断面设计的基础上输出路线三维模型，所以模型就是设计项目最准确的体现，路基中各位置的标高、坐标、边沟、边坡等的高度尺寸同样也是精确的，任意型式的路基变化、超高过渡也都能如实表达。特别是系统会自动区分公路等级（路基宽度等）生成不同的路面型式、标线、护栏等。这一模型克服了其他软件无法处理路基边坡和地面模型互相切割的难点，路基模型的边缘和地面模型十分吻合，而国外软件只能生成简单的网格状的路线模型。生成地面模型和路线三维真实模型后，用户可以用AutoCAD的“ddvpiont”等命令从任意的角度来浏览观察公路建成的景观；还可以使用“绘图”“绘制路线概略透视图”菜单项（即TSTZ命令）中的“视点设定”功能，从行车时驾驶员的角度观察路线公路全景透视图。参见图1-39和1-40所示的路线全景透视图。图1-39图1-40用户采用绘制路线概略透视图部分的方法，使用“WMFOUT”和“WMFIN”命令很容易将全景透视图装入可打印输出的图框之中。最有表现力的方法是将AutoCAD中的地面、路线模型输出到专业渲染、动画制作软件如3dmax等，经过渲染、制作后，即可制作成漂亮的公路全景三维透视图或公路动态全景三维透视图（公路动态仿真模型）。最简单的方法是：将HintCAD生成的地面、路线三维模型保存为DWG格式的图形文件，并读入到纬地开发组最新开发的“纬地道路实时漫游系统”中，即可马上生成经过专业渲染的公路动态全景透视图，用户可以转换任意视角和任意行车速度，可以在路线模型中添加树木、房屋和交通标志等，并可以抓屏制作出任意位置的公路全景三维透视图和AVI格式的公路全景三维模型的动画演示。用户可参见后文附录中的经渲染后的路线全景透视图，也可参考浏览光盘中“动画”目录下的AVI格式的三维动态全景透视图（请使用Windwos的媒体播放器进行浏览）。实验二 纵断面设计目的：掌握纵断面设计方法，纵断面设计可分为两种形式，一是利用中平测量的实测数据进行数据的文本文件输入和软件对话框输入建立纵断面图，二是利用地形图建立的数字高程模型内插纵断面图，然后进行拉坡设计。内容：平面设计原始设计资料输入和纵断面拉坡设计21 纵断地面线数据输入纬地系统开发了专门的纵断面地面线数据输入程序（简称“纵断数据输入” ），其对话框如图21所示，推荐用户使用此工具进行中桩地面高程数据的输入。“纵断数据输入”是纬地专门为用户量身定做的数据输入工具，可以大大提高用户输入大量外业测量数据的速度，并设置有自动提示桩号的功能，使用户尽可能少的输入数据，还可以将许多类似键入手误、桩号顺序颠倒、格式不符等错误排除在数据录入阶段。图21211 使用纵断数据输入工具进行输入 下面就使用纵断数据输入工具进行纵断地面线数据输入的具体操作步骤进行详细说明：1） 选择“数据”菜单下的“纵断数据输入”命令，系统弹出如图31所示的对话框，并在对话框中的桩号列的第一行提示出当前项目的路线起点桩号。本示例中由于有断链，所以系统自动在桩号前加上了“A”前缀；2） 直接按回车键，光标移到高程列的第一行，输入此桩号的地面高程后接着键入回车；3） 光标跳到桩号列的第二行，并按系统默认的桩号间距提示出桩号。此桩号如果与要输入的桩号相同，用户可直接按回车键接着输入该桩号的地面高程；如果系统提示的桩号不是需要输入的桩号，用户可直接改写提示桩号中的蓝色显示部分，不用操作删除命令，输入桩号后回车，接着输入该桩号的地面高程；4） 用户可以按照外业测设时一般情况下常规的加桩规律设置自动提示桩号的桩号间距，执行对话框中的“文件”菜单下的“设置桩号间距”命令，在弹出的窗口中输入系统自动提示桩号的桩号间距，点击确定按钮即完成设置。系统默认的桩号间距为20米；5） 按照上述2）、3）步的操作，一路回车依次输入每个桩号和地面高程，只到输入到最后一个桩号的地面高程后键入回车；6） 紧随第5）步最后的回车命令，系统仍会按照设置的桩号间距提示桩号，用户不用删除此桩号，点击“存盘”按钮，系统自动提示文件的保存路径和文件名，点击“保存”按钮即可，系统将不会保存最后多出的一个桩号，并自动将保存后的文件添加到“项目管理器”中。注意：由于一般路线项目都比较长，所以纵断面地面线文件也很长，用户在输入此文件的过程中可随机进行存盘的操作，以免操作系统的意外中断造成输入数据的丢失。在输入过程中如果出现输入错误，可使用工具条中的“删除”命令（剪刀图标）删除该行数据重新输入；也可在存盘以后，在“项目管理器”中打开该文件（为纯文本的数据文件），直接修改出错的数据，然后保存文件退出编辑器，重新打开“纵断数据输入”程序接着进行纵断数据输入。212 使用其它工具进行输入 1） 使用文本编辑器进行输入：纵断面地面线数据为纯文本文件格式，用户也可以使用纬地数据编辑器、写字板、edit、Word及Excel等文本编辑器按照其数据格式进行输入和修改，但请注意保存为纯文本格式，文件扩展名为*.dmx（本示例中的纵断地面线的文件名为test3.dmx）。用户在数据输入完成后保存时，在保存对话框中选择保存类型为纯文本格式，输入文件名保存，并将该文件添加到“项目管理器”中即可。纬地编辑器中的纵断面地面线数据文件的格式如图22所示。虽然纬地系统也支持没有扩展名的文件名，但为了用户便于查找和识别文件，还是推荐用户注意添加文件的扩展名。使用纬地系统的“纵断数据输入”工具输入数据后保存时，系统会自动添加文件的扩展名。图222） 使用纬地外业手簿进行输入：纬地系统研制开发的纬地外业手簿软件是运行于掌上电脑的纬地系列软件，使用该手簿不仅可以方便的进行外业平面设计、外业放线计算，还可以在外业测量时记录中桩地面高程和横断面地面线数据。将掌上电脑和计算机连接后，可以把掌上电脑记录的纵断地面线文件直接拖动到计算机中，系统会自动将该文件转换为纬地道路CAD可以直接使用的纵断地面线数据文件（*.dmx）。22 纵断面拉坡设计系统在自动绘制拉坡图的基础上，支持动态交互式拉坡与竖曲线设计。用户可实时修改变坡点的位置、高程、竖曲线半径、切线长、外距等参数；在拉坡过程中可对逐桩填挖情况进行动态的显示；对桥梁、涵洞等主要构造物，可在拉坡图上绘制出控制标高和相关信息，便于拉坡时对其进行控制。221 纵断面设计主对话框的功能介绍启动“设计”菜单下的“纵断面设计”命令，系统弹出纵断面设计主对话框，如图23所示。图23下面对纵断面设计主对话框中的内容说明如下：1） 纵断数据文件：如果项目管理器中已存在纵断面设计数据文件（如test3.zdm），系统会自动读入此设计文件，并在该栏中显示出纵断面设计文件的名称及路径，如果此文件不存在，此栏目中显示空白。2） 存盘：将当前拉坡确定的变坡点及竖曲线等设计数据保存为一个纵断面设计数据文件（*.zdm）。如果是初次建立此文件，系统会弹出一个保存文件的对话框，并自动提示文件名，点击保存按钮即可，系统会将此纵断面设计文件自动添加到项目管理器中。如果此设计文件已存在或者已经存过盘，点击“存盘”按钮，可将修改后的变坡点及竖曲线等数据保存到已存在的纵断面设计文件中。3） 另存：即换名保存，是将当前项目中存在的纵断面设计文件（当前对