数字化测绘在公路设计中的应用

2022-09-11

1 数字化测绘的主要方式及技术特点

数字化测绘的主要方式有三种:图纸矢量化、航测数字成图、地面数字测图。 (1) 图纸矢量化。将已有地籍图、土地利用现状图图纸通过扫描形成影像图, 在计算机上通过矢量化软件对图像进行变形纠正, 然后对照影像图对矢量化描图数字化处理后制成数字化成果图。但是, 利用该方法所获得的数字地图其精度因受原图精度的影响, 加上数字化过程中所产生的各种误差, 因而它的精度要比原图的精度差。 (2) 航测数字成图。在空中对地面进行航空摄影获得图像, 再对像片进行纠正, 然后从模型上采集铁路用地地物地貌要素数据进行编辑绘制, 再到实地进行信息调绘形成最后的数字化成图。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成, 它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低、不受气候及季节的限制等优点, 特别适合于城市及大测区的大面积成图。 (3) 地面数字测图。用全站仪在外业实地采集并存储地物地貌要素数据, 将这些数据导入计算机并通过专业编辑软件编辑成数字化成果图。采用该方法所得到的数字地图的特点是精度高, 是我国目前各测绘单位用得最多的数字化测绘方式。

其技术特点是: (1) 自动化程度高。数字测图是经过计算机软件自动处理 (自动计算、自动识别、自动连接、自动调用图式符号等) , 自动绘出精确、规范、美观的数字地形图。 (2) 精度高。采用数字测图技术在距离3 0 0 m以内时测定地物点误差约为±2 m m, 测定地形点高差约为±1 8 m m。 (3) 图形属性信息丰富。数字测图时所采集的图形信息, 它包括点的定位信息、连接信息和属性信息, 易于检索。 (4) 图形编辑方便。数字化测图的成果是分层存放, 不受图面负载量的限制, 从而便于成果的加工利用, 只须输入有关的信息, 经过数据处理就能方便地做到更新和修改, 可以始终保持图面整体的可靠性和现势性。

2 数字化测绘在公路设计中的实际应用

数字化测绘在公路设计中的应用主要体现在以下几个方面。

2.1 进行路线优化设计

路线的优化设计有两种情况:迭代寻优和方案比选, 其中后者在实际应用中比较多见。公路设计者可通过数字化测绘建立起数字高程模型1, 数字高程模型能为每个可行的方案提供内插纵、横断面地面线数据。设计人员在数字高程模型产生的地形图上进行选线、定线工作, 在这个过程中, 计算机可以根据试定的平面线形, 自动产生纵断面地面线, 作为路线优化的依据。在数模的支持下, 设计人员可以在不需要作进一步测量的情况下, 就可以自动得到地形数据, 从而进行路线平、纵优化, 找出最佳路线方案。

2.2 进行路线横、纵断面设计

路线横断面的设计是指设计者根据路线所经过地区的地形、地质、水文、气候等条件, 确定横断面的各种形式、尺寸及坡度等参数, 根据路线纵断面设计资料将其套到相应的横断面地形图上, 计算出设计线与地面线的交点坐标, 从而确定各断面处的填、挖面积, 并计算得到土石方工程数量。目前获取横断面地面线的方法有三种:一是将野外实地测量;是利用数字化仪;三是利用数字高程模型。根据平面设计提供的路线中桩逐桩坐标和切线方位角, 恢复横断面上测点的平面坐标, 由数模内插出横断面地面线数据, 每一个横断面的坐标原点定义在路中线处。路线纵断面设计的主要内容是根据道路等级, 沿线自然条件和构造物控制标高等, 确定路线合适的标高, 各坡段的纵坡度和坡长, 并设计竖曲线。纵断面地面高程的获取方法是利用建立的数字高程模型, 计算机进行数模内插, 得到路线纵、横断面地面线数据, 然后在纵断面地面线图上进行拉坡, 确定变坡点和标高, 进行纵断面设计。纵断面设计线确定的方法目前有两种:第一种是传统的设计方法, 即计算机输入纵断面地面线资料后, 生成A U T O C A D格式的纵断面图, 打印出来后, 设计者在图上进行手工拉坡, 然后将纵坡设计信息输入计算机指定目录下, 计算机自动完成纵断面设计的计算与输出工作;另一种方法是, 在纵断面图上, 通过交互设备直接在屏幕上交互拉坡。采用交互式拉坡, 可给设计人员一个自由发挥的空间, 使之能方便地顾及到平、纵、横三方面的协调配合和土石方数量等因素, 从而得到经济、合理、最佳的路线纵断面设计方案。

2.3 进行路线三维可视化设计

利用数字高程模型生成地表面三维模型, 再利用辅助设计的结果生成路线的三维空间模型, 前后两个模型叠加后, 利用相关软件消隐、着色、渲染及动画处理等技术, 就可生成整个路线的三维实体仿真模型, 设计者的意图将被表达的更直观和完整, 设计方案的优劣也将展示的更清晰。此外, 还可用于评估道路对环境的影响。

3 公路设计中数字化测绘应注意的几个环节

3.1 图根控制测量

在测绘工程中, 可考虑在W G S 8 4坐标系统下的R T K作业方式进行图根控制, 即R T K外业测量中无需考虑坐标转换参数而直接实时提供8 4坐标, 通过内业后处理提供国家坐标系成果。这种作业方式的最大特点是:不必为求定坐标转换参数而提前进行已知点联测, 只需在测定待定点过程中顺便联测已知点。尤其是对于线路较长的公路R T K测量, 在无需实时提供国家坐标成果时, 按此作业方式可以大大减少外业工作量。

3.2 碎部 (界址点坐标) 测量

公路设计的测区为带状狭长线路, 穿越的村庄集镇较多, 加之公路两侧人造树林、桑地、玉米等草本农作物茂密, 为了高效率、高质量完成数字化测绘任务, 界址点和碎部点测量主要使用4种方法。 (1) 将野外采集的数据, 自动记录在全站仪内存中, 随时在宗地草图上标出界址点和碎部点在内存中的编号, 尤其注意界址点号与编号相统一。 (2) 当界址点在开阔地段, 或位于一般建筑的房角、墙角处, 或在较容易到达顶部的高大建筑一角, 符合流动站技术要求时, 界址点和碎部点应用R T K测量。 (3) 当建筑物层次较高且不易到达顶部或较为隐蔽的界址点和碎部点, 则首先利用R T K为全站仪测设一组图根点, 应用全站仪进行测量。 (4) 界址点和碎部点在村庄集镇街坊内部十分隐蔽的死角, 只能借助与其他点、线之间的几何关系来确定其位置。

3.3 内业处理

白天外业采集数据后, 晚上应及时对当天采集的数据进行内业数据处理。在计算机上用Trimble Geometrics Office软件和全站仪通讯软件把数据下载到计算机, 通过计算机运用数据转换软件把下载数据转换为统一*.cor格式, 在计算机上用EPSCM2000地籍处理成图软件展绘碎部测点, 结合所画宗地草图和预设编码进行初步成图, 以检查所采集数据的完整性和正确性, 做到当天的图当天绘完, 以免事后遗忘, 影响成图的准确性或返工重测, 并为图形编辑做好准备。

摘要：本文在简要介绍数字化测绘方式和技术特点的基础上, 主要探讨了数字化测绘技术在公路设计的应用, 如进行路线优化设计、进行路线横纵断面设计、进行路线三维可视化设计等, 并强调了公路设计中数字化测绘应注意的几个环节。

关键词：数字化测绘,公路设计,应用