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【摘要】本文主要是论述了数字地形图在道路设计中的应用。论述了数字地形图的通用性及其在道路设计中的适用范围和阶段，并从理论上对数字地形图在路线平面设计、纵横断面数据采集及其三维仿真分析等方面的应用，做了详细介绍和说明。
【关键词】数字地形图;道路;设计
0.前言
在实际应用中，数字地形图用途广泛。利用该方法进行公路勘测设计，设计人员可以站在系统的高度进行比较全面的规划设计，这样不但可以直接通过电脑等工具直接在数字地形图上进行路线线形设计，还可以同时对多种方案进行对比，有利于设计出最经济、最合理的路线方案，而不需要多次进行现场勘测，真正做到了保证设计质量，提高工作效率、缩短设计周期、节约设计经费，从而在最大程度上为公路建设周期节省了人力、财力和时间。
1.数字地形图的应用
1.1数字地形图的通用性
数字地形图按照比例尺范围可分为l:500、l:2000、l:10000、l:50000、1:250000及1:1000000为主的主比例尺系列，不同比例尺的数字地形图在规划、设计、施工、科研和教学等领域有不同的应用范围，国家测绘部门根据实际应用情况制定了不同的编绘规范和标准，以满足各个领域的不同需要。
1.2数字地形图在道路设计中的适用范围
目前，在道路设计中，应用最为广泛的地形图比例尺主要有1:2000、1:10000和1:50000三种，其他比例尺的地形图应用得较少。其中，1:2000地形图主要用于绘制平面设计图，1:10000地形图主要用于平面总体选线设计，有时候可以用于勾绘和计算桥涵汇水面积，1:50000主要用于路线平面和纵断面缩图。
由于数字地形图主要是基于三维地形数据而建立的，而有的地形图的三维地形数据的更新速度较慢，数字地形图的现势性较差，新建地物不能及时更新到数字地形图上，因此，对于地形数据更新较慢的数字地形图，由于现势性不好，不建议进行道路设计；而对于地形数据更新较快、现势性较好的数字地形图，需要确认数字地形图的地形数据的更新情况，并且要到现场查看确认无误后，才可以进行道路设计；对于有少许地形数据不符的地形图，可以对数字地形图的补测和纠正后，进行道路设计。
1.3数字地形图在道路设计中的适用阶段
在将数字地形图应用于道路设计时，应对道路经过区域的地形实际情况和勘测设计的不同阶段加以区分，明确各个设计阶段及不同类别的数字地形图应用应达到的精度指标，根据需要达到的精度指标确定应采用的地形数据采集方法及采样密度。在条件及时间允许的情况下，可以分别采集和构建同一地区的两组不同密度和精度的数字地形图，分别供进行工程方案研究与方案详细设计使用。这样既保证了进行工程设计方案快速比选的需要(经济，高效)，又满足了工程方案详细设计时利用数字地形图进行高程内插计算对于结果的需要(准确、可靠)。
交通部标准规定:数字地面模型应用于施工图测设阶段时，原始三维地面数据必须野外实测采集，DTM高程插值中误差不大于士0.2m。而对于采用纸质地形图数字矢量化获取三维地面数据方法建立的数字地形图，国家标准没有做出相应的具体规定和要求，由于该种数字地形图的精度不够，同时考虑当前道路规划、设计、施工及监理各个环节的实际问题，还不能直接应用于施工图测设阶段。而在可行性研究和初步设计阶段，由于该设计的主要目的是对某个工程的技术可行性和经济合理性做简要评估，用于指导后期的施工图设计，因此，该阶段的设计精度要求较低。根据这种数字地形图的特点，可以利用数字地形图进行可行性研究和初步设计，这样既能满足设计的精度要求，又可以节约设计成本，也能缩短设计周期。
2.數字地形图在道路设计中的应用
2.1路线平面设计
路线平面设计是指路线在大地投影面上的几何线性设计，通常称为道路选线设计。
传统的选线工作较为麻烦，通常需要沿着路线走向方向进行实地勘察，而且还要进行相关勘察、数据记录和文字性的描述，以备后用。这种选线方式存在着诸多弊端，如果选线设计人员对路线经过地区的地形、地貌没有全面了解，往往会导致选线工作的不合理或是失败，更为严重的可能是需要返工，重新选线和实地勘察，这样就会大大地增加设计周期和设计经费，从时间和经济效果上也不合理，在一定程度上造成了资源的浪费。而利用数字地形图进行道路选线工作，能够从整体上把握全局，数字地形图可以在路线CAD软件上进行局部放大和整体缩小，而且可以利用三维动态观察器进行三维各个视点和视角的观察，可以为观察者提供更加强烈的三维立体感和视觉冲击力。同时数字地形图除了可以提供三维地面模型，还可以提供二维地表的地物分布情况，由于是CAD文件格式，地表地物所在的不同图层与三维地形等高线所在图层完全分开，观察者可以根据需要选择或者关闭某个图层，使视觉效果处于最佳状态，良好的视觉效果也有利于合理选线。
通过选线，可以确定路线的起点、中间控制点和终点，然后利用纬地道路辅助设计系统进行曲线要素设置和相关的计算，并且可以实时绘制路线图，可以根据绘制的路线图对曲线要素进行相应的调整，直至满足设计要求，能够适应地形的起伏情况，从而达到合理设计的目的。
2.2路线纵断面数据采集
路线纵断面设计是道路设计工作中的重中之重，也是最基本的设计任务。传统的纵断面设计方法是到现场进行实地基平、中平测量，然后输入道路CAD系统进行设计，这种方法的优点是地面线数据准确，可以真实反映出地面的起伏情况，缺点是数据采集比较慢，耗费时间长，且受天气影响较为严重。
纬地道路辅助设计系统提供了自动内插纵断面地面线数据功能，并能保存该数据文件；同时，还可以提供了实时拖动纵断面设计功能，使得纵断面设计变得更加智能化和人性化。路线平面线形确定以后，把平面线形的起讫点、平面交点坐标和平曲线要素输入到纬地中，计算机便可以自动从数字地面模型中内插出路线纵断面设计所需要的地面数据，利用该数据就可以对路线进行纵断面设计。该方法较传统的设计方法有很多优点，主要有:提高了数据采集速度，不受天气的影响，缺点是采集的数据不是真实的地面数据，而是三维数字地形图的模型数据，在精度上有一定的偏差。而内插数据的精度主要取决于数字地形图的逼真度，而数字地形图的逼真度由诸多内外因素影响，故建议该方法不适用于道路施工图设计，适用于可行性研究和初步设计阶段，若是想把该技术推广至施工图设计阶段，对数字地形图及其数据精度还要做一步深度研究。
2.3路线横断面数据采集
路线横断面设计也是道路设计工作中的一个重要组成部分，是道路设计由线状向带状延伸的重要环节。传统的横断面设计方法是采用水准加皮尺的方法进行实地测量，然后将数据输入道路CAD软件完成设计；该方法的优点是地面线数据准确，可以真实反映横断面的起伏情况，其缺点是数据采集比较慢，耗费时间长，且受天气影响较为严重。
纬地道路辅助设计系统提供了自动内插横断面地面线数据的功能，并能保存该数据文件，路线平面线形和纵断面设计完成之后，系统会根据纵断面设计桩号自动内插出路线两侧一定范围内地面线数据，该数据可以直接应用于设计。该方法的优点是数据采集速度快，可以在几秒钟之内完成大量数据的采集和输入工作，缺点是数据的精度受数字地形图的影响，有时数据的精度不够高，故该方法不适用于道路施工图设计，适用于可行性研究和初步设计阶段。
2.4路线三维仿真分析
在路线的平、纵、横设计工作完成之后，纬地系统可以输出实体三维模型，利用纬地道路实时漫游系统可以对其进行三维虚拟仿真分析。实体三维模型输出时，系统可以准确地建立路基模型、桥梁模型和隧道模型，同时，有分段和整体两种输出方式，用户可以根据路线的实际情况选择合适的输出方式和模型类型。
纬地系统还可以生成路线透视图，用户还可以根（下转第４0页）（上接第1６７页）据需要选择透视图的视点方向、视点桩号、视线偏移距离、距中心线距离和距路基面高度，从不同方向、桩号、角度和高度查看路线的视觉效果，从驾驶员的角度查看路况，使之更有利于行车安全，从而对其进行局部的修改和调整，以达到安全设计的要求。同时，在路线三维地面模型的基础上，可以绘制视距包络图，视距包络图可以和数字地形图进行叠加，通过比较可以对路线线形或路线两侧地物进行局部的调整和修改，以满足视距的要求，从而也能保证行车安全。
基于纬地系统建立的路基、桥梁和隧道实体三维模型，纬地道路实时漫游系统可对其设计成果进行虚拟仿真分析，系统可以准确地在其上叠加公路走廊区域带状的航空、卫星彩色影像图，通过openGL实时渲染技术，对空间中的不同物体进行纹理贴图处理，便营造出项目建成后公路与周围环境的一个虚拟空间环境，通过模拟汽车行驶和飞机飞行，可以实现虚拟空间的实时漫游；通过汽车行驶模拟，可以实时获取行车过程中的一系列数据，包括行车速度、当前公路几何线性、行车安全视距等，从而实现了对设计成果进行定性与定量的分析与评价，包括公路线形设计方面，交通安全方面和公路与周围环境配合等方面，从而可以找到并消除安全隐患。
3.结束语
采用数字地形图，不仅可以提高工作效率、缩短设计周期、节约设计经费，在最大程度上为公路建设周期节省人力、财力和时间，而且，数字地形图还可以直观地反映出地面的实际起伏状况，在视觉上有一个直观感受，更能够从使用者的角度来评价路线线形的优劣，最大程度上建立以人为本的和谐交通，以上这些充分体现了数字地形图在公路勘测设计中的优越性，在生产实践中的实用性，因此能够得到广泛的应用，也会获得良好的经济效益，也有利于新技术和新方法的研究与推广。■
【参考文献】
［１］金俊喜.数字地面模型(DTM)及其在高速公路勘察设计中的应用[J].科学之友，2005,9-10:156,158.
［２］李志林，朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉大学出版社，2001,7:56,2023.
［３］蒋辉，潘庆林.数字化测图技术及应用[M].国防工业出版社,2005,9.
［４］周啟鸣，刘学军.数字地形分析[M].北京:科学出版社,2006,5:5962.
【关键词】数字地形图;道路;设计
0.前言
在实际应用中，数字地形图用途广泛。利用该方法进行公路勘测设计，设计人员可以站在系统的高度进行比较全面的规划设计，这样不但可以直接通过电脑等工具直接在数字地形图上进行路线线形设计，还可以同时对多种方案进行对比，有利于设计出最经济、最合理的路线方案，而不需要多次进行现场勘测，真正做到了保证设计质量，提高工作效率、缩短设计周期、节约设计经费，从而在最大程度上为公路建设周期节省了人力、财力和时间。
1.数字地形图的应用
1.1数字地形图的通用性
数字地形图按照比例尺范围可分为l:500、l:2000、l:10000、l:50000、1:250000及1:1000000为主的主比例尺系列，不同比例尺的数字地形图在规划、设计、施工、科研和教学等领域有不同的应用范围，国家测绘部门根据实际应用情况制定了不同的编绘规范和标准，以满足各个领域的不同需要。
1.2数字地形图在道路设计中的适用范围
目前，在道路设计中，应用最为广泛的地形图比例尺主要有1:2000、1:10000和1:50000三种，其他比例尺的地形图应用得较少。其中，1:2000地形图主要用于绘制平面设计图，1:10000地形图主要用于平面总体选线设计，有时候可以用于勾绘和计算桥涵汇水面积，1:50000主要用于路线平面和纵断面缩图。
由于数字地形图主要是基于三维地形数据而建立的，而有的地形图的三维地形数据的更新速度较慢，数字地形图的现势性较差，新建地物不能及时更新到数字地形图上，因此，对于地形数据更新较慢的数字地形图，由于现势性不好，不建议进行道路设计；而对于地形数据更新较快、现势性较好的数字地形图，需要确认数字地形图的地形数据的更新情况，并且要到现场查看确认无误后，才可以进行道路设计；对于有少许地形数据不符的地形图，可以对数字地形图的补测和纠正后，进行道路设计。
1.3数字地形图在道路设计中的适用阶段
在将数字地形图应用于道路设计时，应对道路经过区域的地形实际情况和勘测设计的不同阶段加以区分，明确各个设计阶段及不同类别的数字地形图应用应达到的精度指标，根据需要达到的精度指标确定应采用的地形数据采集方法及采样密度。在条件及时间允许的情况下，可以分别采集和构建同一地区的两组不同密度和精度的数字地形图，分别供进行工程方案研究与方案详细设计使用。这样既保证了进行工程设计方案快速比选的需要(经济，高效)，又满足了工程方案详细设计时利用数字地形图进行高程内插计算对于结果的需要(准确、可靠)。
交通部标准规定:数字地面模型应用于施工图测设阶段时，原始三维地面数据必须野外实测采集，DTM高程插值中误差不大于士0.2m。而对于采用纸质地形图数字矢量化获取三维地面数据方法建立的数字地形图，国家标准没有做出相应的具体规定和要求，由于该种数字地形图的精度不够，同时考虑当前道路规划、设计、施工及监理各个环节的实际问题，还不能直接应用于施工图测设阶段。而在可行性研究和初步设计阶段，由于该设计的主要目的是对某个工程的技术可行性和经济合理性做简要评估，用于指导后期的施工图设计，因此，该阶段的设计精度要求较低。根据这种数字地形图的特点，可以利用数字地形图进行可行性研究和初步设计，这样既能满足设计的精度要求，又可以节约设计成本，也能缩短设计周期。
2.數字地形图在道路设计中的应用
2.1路线平面设计
路线平面设计是指路线在大地投影面上的几何线性设计，通常称为道路选线设计。
传统的选线工作较为麻烦，通常需要沿着路线走向方向进行实地勘察，而且还要进行相关勘察、数据记录和文字性的描述，以备后用。这种选线方式存在着诸多弊端，如果选线设计人员对路线经过地区的地形、地貌没有全面了解，往往会导致选线工作的不合理或是失败，更为严重的可能是需要返工，重新选线和实地勘察，这样就会大大地增加设计周期和设计经费，从时间和经济效果上也不合理，在一定程度上造成了资源的浪费。而利用数字地形图进行道路选线工作，能够从整体上把握全局，数字地形图可以在路线CAD软件上进行局部放大和整体缩小，而且可以利用三维动态观察器进行三维各个视点和视角的观察，可以为观察者提供更加强烈的三维立体感和视觉冲击力。同时数字地形图除了可以提供三维地面模型，还可以提供二维地表的地物分布情况，由于是CAD文件格式，地表地物所在的不同图层与三维地形等高线所在图层完全分开，观察者可以根据需要选择或者关闭某个图层，使视觉效果处于最佳状态，良好的视觉效果也有利于合理选线。
通过选线，可以确定路线的起点、中间控制点和终点，然后利用纬地道路辅助设计系统进行曲线要素设置和相关的计算，并且可以实时绘制路线图，可以根据绘制的路线图对曲线要素进行相应的调整，直至满足设计要求，能够适应地形的起伏情况，从而达到合理设计的目的。
2.2路线纵断面数据采集
路线纵断面设计是道路设计工作中的重中之重，也是最基本的设计任务。传统的纵断面设计方法是到现场进行实地基平、中平测量，然后输入道路CAD系统进行设计，这种方法的优点是地面线数据准确，可以真实反映出地面的起伏情况，缺点是数据采集比较慢，耗费时间长，且受天气影响较为严重。
纬地道路辅助设计系统提供了自动内插纵断面地面线数据功能，并能保存该数据文件；同时，还可以提供了实时拖动纵断面设计功能，使得纵断面设计变得更加智能化和人性化。路线平面线形确定以后，把平面线形的起讫点、平面交点坐标和平曲线要素输入到纬地中，计算机便可以自动从数字地面模型中内插出路线纵断面设计所需要的地面数据，利用该数据就可以对路线进行纵断面设计。该方法较传统的设计方法有很多优点，主要有:提高了数据采集速度，不受天气的影响，缺点是采集的数据不是真实的地面数据，而是三维数字地形图的模型数据，在精度上有一定的偏差。而内插数据的精度主要取决于数字地形图的逼真度，而数字地形图的逼真度由诸多内外因素影响，故建议该方法不适用于道路施工图设计，适用于可行性研究和初步设计阶段，若是想把该技术推广至施工图设计阶段，对数字地形图及其数据精度还要做一步深度研究。
2.3路线横断面数据采集
路线横断面设计也是道路设计工作中的一个重要组成部分，是道路设计由线状向带状延伸的重要环节。传统的横断面设计方法是采用水准加皮尺的方法进行实地测量，然后将数据输入道路CAD软件完成设计；该方法的优点是地面线数据准确，可以真实反映横断面的起伏情况，其缺点是数据采集比较慢，耗费时间长，且受天气影响较为严重。
纬地道路辅助设计系统提供了自动内插横断面地面线数据的功能，并能保存该数据文件，路线平面线形和纵断面设计完成之后，系统会根据纵断面设计桩号自动内插出路线两侧一定范围内地面线数据，该数据可以直接应用于设计。该方法的优点是数据采集速度快，可以在几秒钟之内完成大量数据的采集和输入工作，缺点是数据的精度受数字地形图的影响，有时数据的精度不够高，故该方法不适用于道路施工图设计，适用于可行性研究和初步设计阶段。
2.4路线三维仿真分析
在路线的平、纵、横设计工作完成之后，纬地系统可以输出实体三维模型，利用纬地道路实时漫游系统可以对其进行三维虚拟仿真分析。实体三维模型输出时，系统可以准确地建立路基模型、桥梁模型和隧道模型，同时，有分段和整体两种输出方式，用户可以根据路线的实际情况选择合适的输出方式和模型类型。
纬地系统还可以生成路线透视图，用户还可以根（下转第４0页）（上接第1６７页）据需要选择透视图的视点方向、视点桩号、视线偏移距离、距中心线距离和距路基面高度，从不同方向、桩号、角度和高度查看路线的视觉效果，从驾驶员的角度查看路况，使之更有利于行车安全，从而对其进行局部的修改和调整，以达到安全设计的要求。同时，在路线三维地面模型的基础上，可以绘制视距包络图，视距包络图可以和数字地形图进行叠加，通过比较可以对路线线形或路线两侧地物进行局部的调整和修改，以满足视距的要求，从而也能保证行车安全。
基于纬地系统建立的路基、桥梁和隧道实体三维模型，纬地道路实时漫游系统可对其设计成果进行虚拟仿真分析，系统可以准确地在其上叠加公路走廊区域带状的航空、卫星彩色影像图，通过openGL实时渲染技术，对空间中的不同物体进行纹理贴图处理，便营造出项目建成后公路与周围环境的一个虚拟空间环境，通过模拟汽车行驶和飞机飞行，可以实现虚拟空间的实时漫游；通过汽车行驶模拟，可以实时获取行车过程中的一系列数据，包括行车速度、当前公路几何线性、行车安全视距等，从而实现了对设计成果进行定性与定量的分析与评价，包括公路线形设计方面，交通安全方面和公路与周围环境配合等方面，从而可以找到并消除安全隐患。
3.结束语
采用数字地形图，不仅可以提高工作效率、缩短设计周期、节约设计经费，在最大程度上为公路建设周期节省人力、财力和时间，而且，数字地形图还可以直观地反映出地面的实际起伏状况，在视觉上有一个直观感受，更能够从使用者的角度来评价路线线形的优劣，最大程度上建立以人为本的和谐交通，以上这些充分体现了数字地形图在公路勘测设计中的优越性，在生产实践中的实用性，因此能够得到广泛的应用，也会获得良好的经济效益，也有利于新技术和新方法的研究与推广。■
【参考文献】
［１］金俊喜.数字地面模型(DTM)及其在高速公路勘察设计中的应用[J].科学之友，2005,9-10:156,158.
［２］李志林，朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉大学出版社，2001,7:56,2023.
［３］蒋辉，潘庆林.数字化测图技术及应用[M].国防工业出版社,2005,9.
［４］周啟鸣，刘学军.数字地形分析[M].北京:科学出版社,2006,5:5962.