《CAD及其高级应用》结课论文
二维CAD在道路勘测设计中的应用
系部名称： 土木工程与建筑学院 专业班级： 道路桥梁与渡河工程10-4 学生姓名： 王青原 学生学号： 20101535 授课教师： 刘 妍
黑 龙 江 工 程 学 院
二○一三年六月
1.1二维CAD在道路勘测设计中的应用
1.2摘要和关键词 1.2.1摘要
道路是带状的三维空间结构实体，一般由线形、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施等组成。路线设计是指确定路线的空间位置和各组成部分几何尺寸的工作。为了研究和设计方便，通常把它分解为路线的平面设计、纵断面设计和横断面设计。三者既需要分别进行设计，又需要综合考虑。道路平面设计就是在平面图上研究确定路中线几何形状的原理和方法的工作。道路平面设计的成果主要是一些图纸和表格。其中图纸主要有路线平面设计图、路线交叉设计图、道路平面布置图、纸上移线图（有移线时）等。表格主要有：直线、曲线及转角表、路线交点坐标表、逐桩坐标表、路线固定表、总里程及断链桩号表。传统的设计方法都是设计者凭经验选择设计参数，借助各种图表、手册和经验数据来进行各种设计的。六十年代起，人们开始研究一项旨在利用计算机帮助人们完成设计过程的新技术——计算机辅助设计（简称CAD）。随着道路CAD的不断发展，不仅在辅助绘图上有所帮助，还在道路选线设计自动化做出贡献。 1.2.2关键字
道路勘测设计、CAD、辅助设计、辅助绘图、平纵横设计 1.3正文
1.3.1道路CAD简述
高等级公路路线综合优化和CAD系统，该系统研制为国家“七五”重点科技攻关项目，系统采用航空摄影测量技术或带有自动记录器的电子仪器进行地形数据采集，然后直接传输进计算机生成数字地形模型，人机交互地进行路线平纵横设计优化及人工构造物的设计，进行工程造价分析，完成图和表的屏幕编辑，最终输出整个设计文件。
工程实践表明，路线CAD系统能够覆盖路线内业设计工作量的60%~70%，提高设计效率3~5倍，提高绘图效率20倍以上，节约工程造价2%~3%采用路线平面和纵面的优化技术能节约土石方工程量5%~10%。
国内公路路线设计CAD系统较为成熟，道路CAD开发园地呈现出一片欣欣向荣的景象。总的来说，各个CAD系统在系统组成结构、系统功能目标上大同小异，可以完成路线平、纵、横设计计算，土石方计算和调配，纵、横断面图、路线透视图绘制，各种设计表格的自动打印输出等一般任务；而在线性优化、人机界面、图形编辑修改、工程数据库应用等方面，则显示出各自一些特色。目前路线CAD系统在路线设计方案自动生成、路线平面图绘制、土石方的合理调配、纵断面优化设计的实际应用等方面还需进行若干研究开发和推广工作。 1.3.2路线设计图绘制 1.3.2.1路线平面图绘制
路线平面图可分成五个组成部分：（1）公路中线（2）带状地形图（3）曲线表（4）注记、符号（5）图框、图标及角标。
第一部分公路中线由直线、圆曲线、缓和曲线组成。只要求出各曲线的主点坐标即ZH（直缓点）、HY（缓圆点）、QZ（曲中点）、YH（圆缓点）、HZ（缓直点）的坐标，将这些点的坐标连接起来即可。第二部分带状地形图由若干等高线和地物符号构成。第三部分曲线表主要是注明平曲线各曲线要素。表格可画若干根水平线和竖直线形成。然后用文本标注指令将各项平曲线要素标注在表格的相应位置上。第四部分包括交点编号、百米标、公里标、水准点符号、指北针等。字符可用于文本指令标注在相应位置上。第五部分都是由直线组成的，并且每张平面图都是不变的。（样图请见附图一） 1.3.2.2路线纵断面绘制
路线纵断面由以下几部分组成：（1）纵断面地面线和设计线（2）高程坐标轴和里程坐标轴（3）竖曲线要素标注（4）图框、图标和各项说明栏目 第一部分是纵断面的主体。纵断面地面线和设计线各点的坐标是用里程桩号、地面高程或设计高程来表示的，这可以调用纵断面地面线资料数据文件和设计高程成果资料数据文件得到，将得到的用户坐标通过前面讲述的用户坐标通过前面讲述的线性变换转换为图形坐标后，就可绘出地面线和设计线。第三部分曲线要素标注包括绘制竖曲线要素值。可以由变坡点桩号、竖曲线起、终点、竖曲线的凹凸确定竖曲线符号在图上的位置、形状及尺寸，然后将竖曲线要素值标注在竖曲线符号相应位置上。第二、四部分由直线构成，用划线语句很容易完成。画出坐标轴、图框、图标及栏目线后，再将汉字、数字标注在栏目的相应位置即可。在绘第一部分纵断面地面线和设计线时，如果高差太大，则纵断面的某一部分将超出图框范围，这时可采取改变高程起始坐标的方法将超出部分移入图框范围内，当然在高程坐标改变的地方要绘出新的高程坐标轴。 1.3.2.3横断面图绘制
横断面由以下几个部分组成：（1）横断面地面线和路基断面设计线。（2）护肩、挡墙、砌石、护脚等支挡构造物（3）桩号、填挖面积、填挖高、超高、加宽等标记。 第一部分地面线和设计线都是由一些点连成的折线。地面线各折点坐标可由横断面地面线资料数据文件获取。设计线各折点坐标（即两侧路基边缘点、边坡线与地面线交点、边沟各点）用求两条直线交点坐标的方法亦不难算出。实际上在求算横断面填挖面积时已经将其求出并存入横断面设计资料数据文件，绘图时调用该数据文件即可。第二部分为特殊断面各种构造物的绘制。有些可按实际形状和尺寸绘制，有的则用统一的符号示意即可。第三部分调用相应的数据文件获取具体的数值后，用文本指令标注在横断面上适当位置即可。 1.3 .3CAD纸上定线与实地选线
公路定线质量还在很大程度上取决于采用的定线方法，常用有实地定线和纸上定线两种方法。技术标准高的，地形、地物复杂的线路必须使用纸上定线，然后把纸上路线敷设到地面上：实地定线省去了纸上定线这一步，所以只适用于标准较低的路线。纸上定线的优点有：室内进行工作，减少工作量；可在图上绘出多条路线，在进行比选，选出最优方案；视野开阔，总览全局，不易漏掉最佳方案， 纸上定线的自动化程度较高，更为精确。
图 纸上定线图示 1.3.4 道路选线自动化设计
道路选线方法，在经历了实地选线和航测选线两大发展阶段后，现在已经开始进行自动化设计的研究。所谓“自动化”实际上并不是一个十分明确的概念，这里的自动化换线设计主要是指由计算机自动生成路线设计方案，尤其是指自动确定路线的平面位置。如果说路线CAD是由计算机辅助设计人员拟定设计方案，那么自动化选线设计则是由设计者给计算机以必要的约束控制后，由计算机在专家系统的辅助支持下，自动生成路线设计方案。应该指出，道路自动化选线设计仍处于发展的初级阶段，研究工作的进展不仅取决于对道路工程各种数学问题和数学方法的深入探索，也与各种遥感技术、摄影测量技术和计算机科学的进步密切相关，只有将多门相关学科结合起来，才能是自动化选线研究获得实用性成果。 1.4 结论
随着CAD及在其基础上开发的道路设计软件的应用，广大设计人员告别了计算器加铅笔的设计方法，工作效率和出图质量得到极大提高。未来技术的发展方向应当是加强道路选线的自动化设计。 1.5参考文献
[1]赵永平.道路勘测设计[M].北京：高等教育出版社，2004
[2]张雨化主编.道路勘测设计[M].北京：人民交通出版社，1997