最新第十五章数字地面模型建立与应用资料.docx

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最新第十五章数字地面模型建立与应用资料

第十五章数字地面模型建立与应用

15.1主要功能说明

2000年底纬地道路辅助设计系统的高速三维数字地面模型（DTM即DigitalTerrainModel）驱动引擎（核心模块）开发成功，包括三维数据及约束信息读入、数模排序与建立、数模插值与剖切应用等模块。

“纬地3D引擎”不但突破了以往软件对可处理数据量的限制，而且其三角构网的速度是部分国外软件的两倍以上。

纬地“高速三维数模驱动引擎”打破了国内公路行业数模应用由国外软件形成的垄断。

这样，纬地道路CAD系统在保持符合国内专业设计理念习惯、界面友好、上手简便、功能系统全面等优势的基础上，V4.0以后的纬地道路CAD数模版，不仅能够基于国内常用的外业测量数据进行公路与互通式立交的辅助设计,同时也可基于三维数字化地形图（或数据）进行公路和城市道路的直接三维化设计，实现与国际勘测设计的接轨。

系统三维数字地面模型所采用的Delaunay三角化方法（DelaunayTriangulation，简称DT）无论在数学上还是工程上都具有良好的性质。

它所形成的网格具有整体最优特性，是一种最新，也是国际上流行的二维三角网格划分方法,系统在实际应用中还对该理论进行了推广和延伸。

另外，考虑到数模中高程对三角网的影响，在系统中作了必要的优化，可自行剔除平三角形、高程异常及粗差点等情况。

众所周知，三维数字地面模型处理具有相当的难度，不仅需要优秀数模理论支持，更需要较高的计算机软件技术支持。

另外，纬地系统能在一年多的时间内开发，并完成高速的数模处理模块，也离不开对其他许多国外软件的研究和学习，这让我们少走了许多弯路，并进一步克服别人的不足。

“科技无国界”，国外的软件可以引进来，相信中国的纬地也可以走出去！

15.1.1支持多种数模来源或接口

（1）DXF格式和DWG格式

系统可在不打开dwg/dxf图形文件的基础上，直接从中提取三维数据。

该数据既可通过地形图矢量化后得到，也可直接由测绘、航测部门提供。

（2）asc和pol文件格式

在*.asc文件中以文本文件格式存储所有与地形图实测点位相对应的高程点的数据，其数据格式每一行分别为：

点号，X坐标，Y坐标，Z坐标，层号。

其中点号必须唯一，一般由十进制数字组成。

在*.pol文件中以文本文件格式注明地形图所有等高线的起终点数据。

其格式每一行为：

点号，层号。

数据空行表示一条连续等高线、断裂线的结束。

（3）pnt、dgx和dlx格式

其中与*.pnt同名的*.dgx和*.dlx文件分别存放所有地形点的坐标与高程数据，等高线上的三维点数据和断裂线的三维点数据。

（4）对其他由地形图三维数字化后所得到的数模格式（但同样需要表明所有三维数据）

本系统可根据用户需要，特别开发相应的接口。

15.1.2输出成果与应用

1）进行任意桩号或已知平面坐标点的高程插值。

2）完成路线任意方案的纵、横断面高程插值（即对数模进行任意剖切）。

3）直接输出三维真实地面模型。

4）可沿任意内部边界对数模进行挖空等处理，自动将路线和立交三维模型叠加处理后，得到整个路线与立交方案的三维真实模型。

15.1.3数模建立精度、容量与速度

（1）数模的精度

系统采用国际上先进的数模理论DT法形成具有整体最优特性的三角网格，其精度已与许多国外软件作过比较，十分可靠。

在整体最优化三角网的基础上，数模的精度将主要取决于采点的精度和数量。

系统专门开发了三维数模优化模块，可自动剔除数据中的粗差点和提示警告数据中高差突变点。

（2）数模的容量

系统支持海量数据处理功能，可将数十、百公里带状数模（几百万个点）一次读入、排序、建立，并进行插值等处理。

目前一些国外软件处理数模时，仍存在一次性可处理数据量的限制，而“纬地3D引擎”完全突破可处理数据点数上的限制，用户的计算机配置越高，处理的效率越高。

但受AutoCAD图形显示速度等的制约，不便将超过100万个点的数模图形很快的显示和进行操作，建议用户将全线数模进行适当的分块建模处理（一般数模点数在20~60万个左右最为经济可行）。

（3）建模速度

由于采用独特的内存管理方式和快速建模排序方法，系统读入、排序并建立100万个点左右的数模所需时间不超过1分钟，但AutoCAD显示整个数模需要的时间却较长一些（还取决于用户计算机的配置情况）。

如果用户不需要对数模进行优化和手工修改编辑（即不需要用AutoCAD打开并显示全部数模，而只显示其数模轮廓边界的情况），可将路线上百公里一次建模，并进行计算插值等。

在完全保证精度的条件下，纬地系统建立并应用数模的速度至少是目前国外软件的2倍以上。

（以上说明均已经过实际工程的数模应用对比，用户也可进行测试。

）

15.2数模建立与应用

15.2.1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15-1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15-1

15.2.2三维数据读入

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15-2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15-2

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AutoCADR14、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15-3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15-3

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15-4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15-4

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:

\Hint40\lst\Sortpt.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。

15.2.3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15-5所示。

图15-5

15.2.4三角构网

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。

15.2.5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