昝峰

(新疆公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830094)

CARD/1軟件在公路測量中的應(yīng)用與后期開發(fā)

昝峰

(新疆公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830094)

介紹CARD/1軟件的功能特點，論述其在奎屯—克拉瑪依高速公路前期規(guī)劃、數(shù)字地面模型建立、公路路線選線設(shè)計等方面的應(yīng)用，并論述后期開發(fā)時能達到的功能和產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

CARD/1軟件;公路測量應(yīng)用;數(shù)字地面模型;后期開發(fā)

一、前 言

隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，各種測圖軟件已越來越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)中。CARD/1軟件自設(shè)圖形平臺，具有圖形、表格、數(shù)據(jù)和文字編輯系統(tǒng)，可以不依靠其他支撐軟件就可完成公路前期規(guī)劃，地形圖測繪，路線平、縱、橫斷面設(shè)計，文件管理、編輯、圖表處理和繪圖等工作，數(shù)據(jù)還可以通過相互關(guān)聯(lián)的方式高效傳輸。本文通過 CARD/1軟件在奎屯—克拉瑪依高速公路前期規(guī)劃、數(shù)字地面模型的建立、公路路線選線中的應(yīng)用，論述其在公路勘察設(shè)計一體化當(dāng)中的優(yōu)點，以及后期開發(fā)當(dāng)中與測繪測圖軟件相互轉(zhuǎn)換時可以縮短測量周期、產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益等優(yōu)點。

二、實際應(yīng)用

奎屯—克拉瑪依高速公路路線全長約100 km，是我國“十二五”期間重點項目，全線地形復(fù)雜，測量周期短。若使用傳統(tǒng)方法從地形圖截取路線縱橫斷面數(shù)據(jù)，中間環(huán)節(jié)多、精度損失大、出錯率高、效率低，且費時費力;若使用LiDAR技術(shù)，內(nèi)外業(yè)周期不僅不能按時完成，且成本較高。而CARD/1軟件在此項目當(dāng)中發(fā)揮了它的優(yōu)點。下面從3個方面介紹它的應(yīng)用過程。

1.在前期規(guī)劃中的應(yīng)用

奎屯—克拉瑪依高速公路前期規(guī)劃只有紙質(zhì)的比例尺為1∶10 000或1∶50 000的地形圖，為定出合理的路線方案，需對紙質(zhì)圖進行矢量化處理。先利用高精度掃描儀將紙質(zhì)圖掃描成光柵格式的電子文件，為保證后期光柵圖處理、編輯、出版的效果和效率，將掃描參數(shù)設(shè)置為黑白二值600 dpi分辨率及TIF格式存儲。再利用CARD/1軟件的光柵圖處理模塊將掃描好的地形圖讀入CARD/1系統(tǒng)。首先對地形圖進行變形糾正、坐標變換、裁切，在進行變換處理時，采用AFFIN格式(四點參數(shù))進行兩次坐標糾偏，以保證地形圖的相對準確性，最后再對光柵地形圖進行矢量化處理。

本工程工作量很大，筆者根據(jù)實際情況有針對性地選擇矢量化地形圖，主要是對設(shè)計路線走廊帶兩側(cè)500～1 000 m范圍進行矢量化，賦予地形特征點三維坐標，建立地物、地形等斷裂線層，建立全段路線的帶狀三維數(shù)字地面模型。矢量化時對等高線跟蹤要選擇有特征的點，這樣可以提高矢量化速度。利用CARD/1軟件的數(shù)模模塊對矢量化數(shù)據(jù)進行處理，利用矢量化得到的散點，就可與斷裂線建立全線的數(shù)字地面模型(DTM)。經(jīng)過以上幾個步驟，基本上建立了一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，用CARD/1軟件采集路線縱、橫斷面的數(shù)據(jù)，徹底擺脫了傳統(tǒng)的人工采點模式。用這種方法處理地形圖具有周期短、數(shù)據(jù)量小、構(gòu)建數(shù)模的速度快、路線方案調(diào)整后可及時進行矢量化補充等優(yōu)點。

2.在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用

(1)建立數(shù)字地面模型

CARD/1軟件數(shù)模的原始數(shù)據(jù)可通過全站儀、RTK采集，而原始數(shù)據(jù)格式最終都可以轉(zhuǎn)換為CARD/1的點數(shù)據(jù)格式。首先讀入采集的斷裂線數(shù)據(jù)，確認原始數(shù)據(jù)準確無誤后，就可進行建模。

在CARD/1中，提供了兩個功能——挖空和留空。挖空是指所選區(qū)域內(nèi)的范圍參與建模;留空是指所選區(qū)域內(nèi)的范圍不參與建模。筆者在這里進行留空:留空→添加→新建。新建留空之后，還要對它進行添加:留空→添加→選擇。當(dāng)留空的區(qū)域出現(xiàn)向外的紅色箭頭時，說明已完成添加。建立好留空之后，即可以進行三角構(gòu)網(wǎng)。建立的三角網(wǎng)要求有良好的圖形，盡可能接近等邊三角形或三角形最小角為最大值。由于地表面的地貌繁雜，完全自動生成三角形有一定困難，為使DTM構(gòu)網(wǎng)不失真，需要人工干預(yù)，這樣能使等高線生成得比較合理，地貌也可得到優(yōu)化。人工修改三角網(wǎng)(DTM)主要通過3種方法。

1)重組三角形:當(dāng)三角形邊破壞地形線時，可采用重組三角形的方法修改DTM，破壞地形線的形式主要有三角形的邊橫穿山脊、山谷或無陡坎的坑下。

2)刪除三角形:主要是在修改測圖范圍邊界失真，如雙線河、渠、湖、塘、雙線道路、房屋及對坡、堤、陡坎、土壟等不需要勾繪等高線地貌時使用。

3)增加三角形:在地形點漏點時，補點后增加三角形或刪除某些三角形。

通過以上3種方法的修改，數(shù)模就建好了。建好數(shù)模后，可以在空間視圖里面查看建模成果，即窗口→視圖新建窗口→空間視圖，空間視圖窗口如圖1所示。

圖1 數(shù)字地面模型空間視圖

(2)模型精度分析

根據(jù)本項目的特點，筆者選擇具有代表性的、三角樁比較集中的3段路線對CARD/1數(shù)模的縱橫斷面地面線精度進行分析:此次共分析縱斷面數(shù)據(jù)200組，橫斷面數(shù)據(jù)150組;縱斷面最大差值為0.13 m，最小為0.02 m，m中=±0.09 m;橫斷面挖方面積最大差值為10.21 m2，挖方面積最小差值為0.055 m2;填方面積最大差值為6.21 m2，填方面積最小差值為0.002 m2;工程量誤差在2%，能滿足初步設(shè)計的要求。

3.在工程選線當(dāng)中的應(yīng)用

現(xiàn)在高速公路的發(fā)展對環(huán)保和自然景觀的結(jié)合要求越來越高，這就要求選線時要充分考慮橫斷面的影響?？汀死斠栏咚俟啡菢兜貛л斢凸芫€、輸氣管線、農(nóng)田區(qū)非常密集，為了盡可能少占農(nóng)田和管線而又選出最合理的路線，須通過數(shù)模將工程量精確算出，并通過數(shù)模對4條比較線進行工程量論證，最終選擇出合理的路線。

三、CARD/1后期開發(fā)

CARD/1軟件的最大特點就是它的開放性，它可接受各種不同來源的數(shù)據(jù)，如航測數(shù)據(jù)、LiDAR數(shù)據(jù)、全站儀實測數(shù)據(jù)、RTK實測數(shù)據(jù)、各種電子地圖和掃描數(shù)據(jù)以及其他CAD軟件數(shù)據(jù)。因為要想將現(xiàn)行大部分dwg文件迅速轉(zhuǎn)換為CARD/1系統(tǒng)的plt文件，還需要進行一些必要的改進。因為以現(xiàn)在的計算機計算速度來說，還需要花費很多時間來轉(zhuǎn)換。目前筆者正在作后期開發(fā)，設(shè)計數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換模塊，其設(shè)計參數(shù)可以由用戶定義，不受標準不同的限制，下面通過幾個模塊進行說明。

1.原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊

可在CARD/1地形圖處理基礎(chǔ)上，設(shè)置原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，主要包括航測數(shù)據(jù)、LiDAR數(shù)據(jù)、全站儀實測數(shù)據(jù)、RTK實測數(shù)據(jù)、各種電子地圖和掃描數(shù)據(jù)以及其他CAD軟件數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)入數(shù)據(jù)原理同測圖軟件原理一致。

2.地形圖處理模塊

與國內(nèi)測圖軟件相比，CARD/1擁有開放的平臺和獨立地形圖圖塊，但由于我國都有標準的《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》(GB/T 20257.1—2007)所以將這些標準的圖塊調(diào)入CARD/1符號庫，然后編輯1∶500、1∶1 000、1∶2 000等(地形圖出圖.plv)文件。通過CARD/1建立數(shù)字地面模型，最終生成地形圖。

3.實測原始數(shù)據(jù)生成縱、橫斷面地面線模塊

CARD/1線一般是通過數(shù)字地面模型生成橫斷面，但由于地面模型原始數(shù)據(jù)有時精度很難滿足公路施工圖設(shè)計需要，所以需要通過實地實測或更精確的方式得到。筆者后期正在開發(fā)實測數(shù)據(jù)自動生成縱、橫斷面地面線模塊。

4.衛(wèi)星影像圖處理模塊

在公路前期規(guī)劃當(dāng)中，常利用衛(wèi)星影像圖來做路線設(shè)計和工程量估算，因此將衛(wèi)星影像圖轉(zhuǎn)換為地形圖模塊，利用CARD/1數(shù)字地面模型的優(yōu)勢進行工程量的計算。

5.行駛模擬處理模塊

建立三維動畫行駛模塊在公路設(shè)計工作演示、進行視距檢查方面會有很好的效果。后期開發(fā)應(yīng)注意與GIS軟件相結(jié)合，如MapGIS、ArcGIS等在參數(shù)方面的調(diào)制，如圖2所示。

圖2 行車模擬圖

四、結(jié)束語

CARD/1軟件作為集勘察、設(shè)計、繪圖、計算為一體的設(shè)計軟件，具有功能多、適用范圍廣、設(shè)計準確等特點。通過后期平臺開發(fā)，可以很好地和當(dāng)前測圖軟件、GIS軟件進行格式轉(zhuǎn)換，大大提高了工作效率、縮短了測設(shè)周期，在高速公路設(shè)計中得到了廣泛的運用，取得了良好的經(jīng)濟效益。

但CARD/1軟件還存在一些需要改進之處:

1)CARD/1軟件二次開發(fā)需要增加更多測量模塊，建議相關(guān)技術(shù)人員投入開發(fā)原始數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換模塊。

2)建議進一步增加行車模擬增加隧道地段模塊。

3)建議增加控制測量平差模塊。

Application and Development of CARD/1 Software in Highway Measurement

ZAN Feng

0494－0911(2011)06－0043－02

P258

B

2011－05－19

昝 峰(1972—)，男，山東菏澤人，高級工程師，主要從事激光雷達技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用研究。

略)