道路设计中数字地形图的应用

丁志科

现阶段数字地形图广泛应用与道路勘测设计，设计人员可以进行全面的方案比较设计。在数字地形图上进行路线线形设计，可同时对多种方案进行对比，通过多方案对比才能设计出最经济、最合理的路线方案，而不需要多次进行现场实测，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节省人力、财力和时间。

1.数字地形图在道路设计中的应用范围

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地形图主要用于道路具体细化设计中，1：10000地形图主要用于路线方案选线设计，1：50000主要用于路线总体走向及路线方案选择；大比例地形图可以用于勾绘和计算桥涵汇水面积，应用于水文计算。

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，建议可应用于大廊道路线方案选择中，同时通过现场踏勘与数字化地形图的结合进行道路方案设计；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，通过现场踏勘确认无误后，才可以进行细化道路设计；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。

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，同時考虑当前道路规划、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.数字地形图在道路设计中的应用

2.1道路平面设计

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，还可以提供一维地表的地物分布情况同时结合实地踏勘的数据采集合理选线，做出最合理的设计方案。

通过实地调查和数字地形图对于地形地物的反映，确定出路线的起点、中间控制点和终点等路线控制点和控制要素，然后利用纬地等道路设计软件进行曲线要素设置和相关的计算，同时可以实时绘制路线图。结合地形的起伏情况根据设计速度合理的进行曲线直线组合设计，从而达到合理设计的目的。

2.2道路纵断设计

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中桩水准测量，进行数据采集。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，特别是山区等地形条件复杂地区，通视条件差，高差大等地区，数据采集非常困难。

数字化地形图建立数字模型后，通过道路软件内插纵断面地面线数据功能得到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通真度，而数字地形图的通真度由诸多内外因素影响，故建议该道路施工图设计时需提高数据的精度，随着GPS等数据采集技术的发展，在山区等测量困难的地区，如广东等地已成熟将数字化地形图应用于道路设计的各个阶段。

2.3道路横断面设计

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仪器测量方法进行实地测量，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，且受天气地形影响较为严重

通过道路设计软件自动内插横断面地面线数据的功能，而能保存该数据文件，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。

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，纬地等道路设计软件可以输出实体三维模型，利用纬地道路等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

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与推广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。