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1、公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,1,第一节 数据的采集,一、概述 原始数据是指反映公路设计区域地形、地质、水文、地物的图形、符号、数值等数据。 地形数据是指反映拟建公路沿线区域地形特征的各类数据，它是进行公路设计的基础 数据采集是指选取构造数模的数据点及量取其值的过程，是建立数字地形模型的基础工作。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,2,传统的数据采集方式已不能满足现代道路测设的需要，并且是影响设计周期及质量的关键，因此，获取高速、精确的地形数据是现代道路测设中急需解决的问题。 3S(GIS，GPS，RS)技术集成; 4D技术 DEM(Digital Elevation Mode
2、l)数字高程模型; DOM(Digital Orthophoto Map)数字正射图; DRG(Digital Rastar Graphic)数字栅格地图; DLG（Digital Line Graphic）数字线划图。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,3,二、 地形数据采集的分类与特点,公路设计原始地形数据的来源，通常有三种方法： 利用航空摄影测量和遥感方法采集地形数据； 利用已有的图形数字化、矢量化； 野外实测采集地形数据。 对于以上每种方法，根据设备及手段的不同又有多种数据采集形式。比如航测数据采集按设备不同又可分为模拟法测图、解析法测图及数字测图等方式。地形图数字化有人工手扶跟
3、踪数字化仪输入法和全自动数字化仪(扫描仪)输入法两种；,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,4,野外实测数据有采用常规的野外测量方式、由人工实测和记录获得地形数据，也可用电子速测仪从野外实测获得地形数据，还有采用全球卫星定位系统GPS从野外采集地形数据等。或利用GIS和DTM直接与CAD嫁接，地形数据采集分类如图4-1。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,5,第一节数据的采集,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,6,1、航测法采集地形数据 摄影测量是利用摄影所得的像片，研究和确定被摄物体形状、大小、位置、属性相互关系的一种技术。 由于航测方法采集数据能直观地观察地表形态，控制地形
4、点的分布和密度，信息可靠，精度高。是理想的地形数据采集手段。 在公路设计中的应用： 航测地形数据采集步骤：,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,7,遥感技术（Remote Sensing ）,2、RS(Remote Sensing) 对路线综合优化设计提供基础数据的支撑。 “遥感”一词产生于60年代初期，意思是遥远的感知 遥感（RS）是利用航片或卫星照片上含有的丰富地表信息，通过立体观察和相片判释并经过计算机的自动处理、自动识别，获得与路线相关的各种地质、水文、建材等资料的一个计算机软硬件系统。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,8,原理,目标辐 射信息,遥感器 （收集、传递信息）,
5、目标信息的 处理、判释、 应用,介质 传输,人工辐射源,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,9,遥感技术（Remote Sensing ）,遥感技术在公路勘测设计中有以下优点： （1）它可以帮助设计人员对路线所经区域的地形、地貌、河流、居民点以及交通网系等进行概要判读，以了解其对路线的影响，有助于对路线方案的优化。 （2）同时它提供详细的地质、水文、植被资料，帮助设计人员了解不良工程地质现象对路线的影响程度，以便提早改线，避免不必要的损害和事故发生。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,10,（3）通过遥感资料，可以帮助设计人员了解沿线土壤和植被类型，了解农作物及经济作物的分布情况，以
6、便为绿化设计作准备。 （4）通过遥感资料，还可以帮助设计人员了解沿线建筑材料的分布、储量 、开挖、运输条件，为施工创造良好便利条件。 （5）同时通过遥感资料，可以对所选路线线形进行三维透视，可以帮助设计人员了解路线线形是否顺畅，行车视距是否良好，与周围景观是否协调一致。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,11,3、地形数字化 （1）技术手段 *人工制作 *地形图像数字化（利用数字化仪、利用扫描图象） *栅格图像矢量化 （ GeoScan，GeoStar吉奥之星 ) EPSW, CASS, READ *数字摄影测量(DPS) （2）基本原理（P210）,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学
7、院,12,第一节数据的采集,4、野外测量方法 野外数据采集测量人员利用所带测量仪器（经纬仪或全站仪）在野外实测地形数据，是种切实可行的野外地形数据采集方式。 技术手段： * 常规测量法 *全站仪测图法 * GPS测图法,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,13,传统测量与全站仪(Total Station)测量区别 *仪器设备的电子化； *记录存储在磁介质或内存里； *数据的编码交换，为后续工作直接提供服务。 GPS测量 GPS(Global Positioning System) 对测量产生了革命性 的影响；,第三章公路CAD数据的采集,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,14,全球
8、卫星定位系统(Global Positioning System),GPS全球定位系统 卫星定位是依靠空间卫星传送到地面接收机的信号，从电磁波的时间和速度或是波长与相位判断距离。 它是全球性的卫星定位和导航系统，它能向全世界任何地方的用户观测站提供连续的、实时的位置（即三维坐标），速度、和时间等信息。全球定位系统是美国从 20世纪70年代开始研制历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,15,应用领域,GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于大地测
9、量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,16,GPS的组成,目前世界上已有的三大卫星导航定位系统在运行：一是美国的全球定位系统（GPS），二是俄罗斯的“格鲁纳斯”（GLONASS）,三是中国的“北斗导航系统”。但是这两个系统受到美、俄两国军方的严密控制，其信号的可靠性无法得到保证。长期以来欧洲只能在美、俄的授权下从事接收
10、机制造、导航服务等从属性的工作。科索沃战争时，欧洲完全依赖美国的全球定位系统。当这个系统出于军事目的而停止运作时，一些欧洲企业的许多事务被迫中断。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,17,为了能在卫星导航领域中占有一席之地，欧洲认识到建立拥有自主知识产权的卫星导航系统的重要性。同时在欧洲一体化的进程中，建立欧洲自主的卫星导航系统将会全面加强欧盟诸成员国间的联系和合作。在这种背景下，欧盟决定启动一个军民两用的与现有的卫星导航系统相兼容的全球卫星导航计划 “伽利略”（GALILEO）计划。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,18,组成： GPS系统包括三大部分：空间部分(GPS卫星星座
11、)、地面控制部分(地面监控系统)、用户设备部分(GPS信号接收机)。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,19,GPS的特点： 1. 定位精度高 gps:7.5m 北斗：10m 2. 观测时间短 相对静态定位，20公里内：15-20分钟 快速静态定位，15公里内：1-2分钟 动态相对定位：几秒,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,20,3. 测站间无需通视 4. 可提供三维坐标 GPS水准可满足四等水准精度 5. 操作简便 6. 全天候作业 7. 功能多，应用广 测量、导航、测速、测时,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,21,GPS在道路设计中的应用,1）绘制大比例尺地形图 公路
12、选线多是在大比例尺(11000或12000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,22,2）公路中线放样 设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只
13、需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。 公路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入各主点桩号(ZH、HY、QZ、YH、HZ)，然后输入起终点的方位角a1、a2，直线段距离D1、D2，缓和曲线长度LS1、LS2，圆曲线半径R，即可进行放样操作。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,23,这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。另外，如果需要在各直线段和曲线段间加桩，只需输入加桩点的桩号就能自动计算放样元素。 3）公路的横、纵断面放样和土石方数量计算 纵断面放样
14、时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。 横断面放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到 电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,24,同时软件可以自动与地面线衔接进行戴帽工作，并利用断面法进行土石方数量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横
15、断面测量，大大减少了外业工作。必要时可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,25,4）桥梁结构物放样 对于在江河上修建的大跨径桥梁，采用传统光学仪器和全站仪来定位是比较困难的，因为江面过宽、雾气较大，易造成仪器读数误差。另外，江面情况变化多端、观测浮标位置飘浮不定，影响定位精度。由于GPS在这方面发挥了一定的优势。因为GPS采用的是空间三点后方距离交会法原理来定位，不受江面外界情况干扰，点与点之间不要求必须通视，简捷方便，精度高，大大提高了作业效率。,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,26,地理信息系统（Geog
16、raphic Information System）,（1）地理信息系统Geographic Information System简称GIS：是地理学科和计算机学科运用测绘遥感、卫星定位、信息传递等高新技术而发展起来的。它具有三维地理空间系统为骨架，包含有与该地理空间系统有关的各种属性信息，并随时间进程不断更新，为国民经济各行各业服务。 地理信息系统按其内容可以分为如下3大类,公路CAD,西华大学交通与汽车工程学院,27,1）专题型：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，是服务特定的专门目的的，如水资源地理信息系统、矿产资源地理信息系统等。 2）区域型：主要以某一特定的研究区域综合研究和全面服务为目标，可以有不同规模的，如国家级、地区级等。 3）工具型：它是具有地理信息系统功能的软件包，是一种工具平台。目前这类工具型的地理信息系统还不是很成熟。在功能覆盖、应用程序接口、硬件适应面和使用灵活性上还不能满足不同领域的不同层次需要。目前地理信息系统平台主要应用在资源普查、城乡规划、灾害
