劉冬 王伊鳴

中冶京誠(chéng)（秦皇島）工程技術(shù)有限公司 066004

Civil 3D與Googl e Earth在工程方案中的應(yīng)用

劉冬 王伊鳴

中冶京誠(chéng)（秦皇島）工程技術(shù)有限公司 066004

文章通過對(duì)某排土場(chǎng)方案設(shè)計(jì)，介紹了Civil 3D與Google Earth在工程方案中的應(yīng)用，利用Civil 3d從Google Earth 中導(dǎo)出地形，并進(jìn)行三維設(shè)計(jì)及仿真處理。

Civil 3D； Google Earth；排土場(chǎng)；三維設(shè)計(jì)；仿真

This article introduces the application of Civil 3d and Google Earth in the engineering program of a dump. Export terrain from Google Earth by Civil 3D.Design in three-dimensional and simulation way.Key words

civil 3D；google earth；dump；three-dimensional design；simulation

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些功能強(qiáng)大的工程軟件被開發(fā)出來，減少了工程設(shè)計(jì)的工作量，大大提高了工作效率。而一些軟件的結(jié)合，往往能發(fā)揮更強(qiáng)大的功能。

在工程前期方案階段，建設(shè)單位提供的地形圖一般是紙質(zhì)版的小比例尺地形圖，比例一般為1：10萬(wàn)和1：5萬(wàn)，使用性和時(shí)效性較差，有些建設(shè)單位甚至找不到相關(guān)地形圖，而重新測(cè)圖需要一定的時(shí)間，往往會(huì)耽誤工程進(jìn)度。筆者利用Google Earth與Civil 3d，解決了這一問題。

1 軟件介紹

Civil 3d（以下簡(jiǎn)稱C3d）是一款以三維設(shè)計(jì)功能為主的工程設(shè)計(jì)軟件，主要應(yīng)用于總圖、道路、規(guī)劃等專業(yè)。主要特點(diǎn)是建模方便、快捷、準(zhǔn)確，能夠在完成平面及豎向設(shè)計(jì)的同時(shí)，快速生成立體模型。

Google Earth（以下簡(jiǎn)稱GE）是Google 公司提供的電子地圖服務(wù)，包括局部詳細(xì)的衛(wèi)星照片。能提供三種視圖：一是矢量地圖（傳統(tǒng)地圖），可提供政區(qū)和交通以及商業(yè)信息；二是不同分辨率的衛(wèi)星照片；三是地形視圖，可以用以顯示三維地形。利用GE可以方便地了解工程所在地區(qū)的地形地物。

2 應(yīng)用原理

GE可以顯示三維地形，表明其內(nèi)部存在地形標(biāo)高數(shù)據(jù)。C3d軟件的開發(fā)者考慮到這一點(diǎn)，開發(fā)了從GE中導(dǎo)入地形信息和圖片的功能。利用C3d的導(dǎo)入功能，可方便快捷的將GE中指定區(qū)域的三維數(shù)據(jù)和圖片導(dǎo)入C3d。后期利用C3d強(qiáng)大的地形處理功能，可以將三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三角網(wǎng)或者等高線，并生成仿真地形，應(yīng)用于工程方案設(shè)計(jì)中。下面筆者利用一個(gè)排土場(chǎng)工程介紹這一功能。

3 實(shí)例介紹

3.1 硬件及軟件要求

計(jì)算機(jī)配置需要至少2G內(nèi)存，推薦4G。否則在運(yùn)行C3d時(shí)容易內(nèi)存不足，導(dǎo)致死機(jī)。GE需要5.0以前的版本，新版本GE與Civil 3d不兼容，導(dǎo)出地形過程中失敗，Civil 3d版本為07及以后的新版即可。

3.2 軟件設(shè)置

在GE中根據(jù)選擇可能的排土場(chǎng)位置，保證窗口顯示的地形范圍能夠包括排土場(chǎng)設(shè)計(jì)所需的地形。勾選谷歌地圖中Terrain圖層，這個(gè)圖層包含了地圖中的標(biāo)高數(shù)據(jù)。（見圖1）

打開C3d，利用Units命令設(shè)置單位為m，其他根據(jù)需要設(shè)置。由于C3d的等高線間距默認(rèn)為1，如果以毫米為單位，生成的等高線間距也會(huì)變成1毫米，大量的等高線往往會(huì)造成程序錯(cuò)誤。

圖1

3.3 導(dǎo)入地形及圖像

選擇文件菜單中的導(dǎo)入功能，從谷歌中導(dǎo)入圖像和曲面。C3d自動(dòng)將GE中顯示的標(biāo)高數(shù)據(jù)及圖像導(dǎo)入，C3d默認(rèn)的只顯示曲面的邊界，因此，操作完成后只顯示圖像和曲面邊界線，標(biāo)高信息實(shí)際已經(jīng)被C3d儲(chǔ)存。修改曲面樣式，在曲面樣式管理器中通過控制內(nèi)部圖層可以選擇曲面的顯示方式（見圖2），利用圖層管理，方便以等高線、三角網(wǎng)等樣式顯示導(dǎo)入的地形（見圖3、圖4）。

圖2

圖3

圖4

導(dǎo)入的地形圖坐標(biāo)是由用戶設(shè)置的，而不是GE默認(rèn)的坐標(biāo)值，由于GE的坐標(biāo)也存在比較大的誤差，因此對(duì)圖紙坐標(biāo)的核對(duì)意義不大。

3.4 地形處理

利用C3d曲面樣式管理功能，把GE中導(dǎo)出的標(biāo)高點(diǎn)利用三角網(wǎng)表現(xiàn)出來。利用曲面實(shí)用功能里的貼圖工具，將圖像粘貼到曲面上。即得到仿真地形（見圖5）。C3d導(dǎo)入圖像是黑白的，也可利用截圖，將彩色圖片粘貼到曲面上。

圖5

3.5 排土場(chǎng)繪制

在確定了排土場(chǎng)平面、標(biāo)高以及邊坡參數(shù)之后，就可以利用之前導(dǎo)入的地形進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。新建一個(gè)設(shè)計(jì)曲面，將排土場(chǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)高點(diǎn)設(shè)置到該曲面。C3d提供了多種放坡形式，包括分臺(tái)階放坡、定高放坡、定距放坡等，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)靈活布置。本次設(shè)置的放坡形式為單臺(tái)階放坡。放坡之后即可得到，排土場(chǎng)模型（見圖6）。設(shè)計(jì)地形與自然地形處理后，可利用C3d的土方計(jì)算功能得出土方量，得出的填方量即為排土場(chǎng)容積。土方計(jì)算一般采用網(wǎng)格法（見圖7）。

圖6

圖7

3.6 曲面合成

利用設(shè)計(jì)得到的排土場(chǎng)生成曲面，與之前得到的地形曲面合并，在三維視口中進(jìn)行觀察，即可得到較為真實(shí)的工程模型（見圖8）。C3d還提供了將模型導(dǎo)入到GE的功能，方便與附近的地物聯(lián)系起來，檢查方案的合理性。

圖8

4.與傳統(tǒng)地形圖比較

4.1 時(shí)效性

傳統(tǒng)的小比例尺地形圖多為幾年甚至幾十年之前測(cè)得，很多地物地貌發(fā)生變化，會(huì)對(duì)工程造成一定的影響。與傳統(tǒng)的小比例尺地形圖相比，GE的時(shí)效性更好，更新周期一般為1～3年，通過圖片參照，能夠了解最新的地物地貌。

4.2 繪制方法

將原始的地理信息資料通過整理和抽象化用制圖方式表達(dá)，其中包含對(duì)資料的人為理解和判讀，可能絕大部分是準(zhǔn)確的，但錯(cuò)誤是難以避免的。年代久遠(yuǎn)的舊版本地圖由于時(shí)間和技術(shù)的限制尤其如此。

GE的地形資料更多的是經(jīng)過自動(dòng)處理的原始地形地貌資料，抽象化資料相對(duì)有限，人為的成分相對(duì)較少，需要個(gè)人的判讀和標(biāo)注。GE的3d模型的山脊和蒙皮圖片的山脊常常會(huì)有一些偏移，這顯然是由于“高程視角差”，GE應(yīng)該是做了相應(yīng)的處理和糾正。

4.3 精度

一般繪制精確的山區(qū)復(fù)雜地圖是極困難的事情，很多小比例尺地圖的等高線用了簡(jiǎn)單的內(nèi)插法和相對(duì)比例較小的地圖沒有本質(zhì)的區(qū)別。

GE導(dǎo)入地形圖上等高線的畫法也是內(nèi)插法得來的，即C3d利用GE標(biāo)高點(diǎn)內(nèi)插形成等高線，其精度由GE標(biāo)高點(diǎn)的準(zhǔn)確性和密度決定，GE的標(biāo)高點(diǎn)間距一般在幾十米，精度與1：50000的地圖接近。等高線只是提供了山勢(shì)的主要走向，幾條均勻的等高線之間的坡度很可能不是均勻的，他們中間完全有可能出現(xiàn)不大于一條等高距的陡坡或懸崖，因此，GE地形圖只適合前期方案設(shè)計(jì)。

4.4 實(shí)用性

對(duì)于傳統(tǒng)紙質(zhì)地形圖，計(jì)算機(jī)能通過掃描儀讀入，但C3d不能識(shí)別，無法進(jìn)行土方計(jì)算和三維設(shè)計(jì)，使用不便。

GE的地形圖使用方便，無需后期處理，這是最大的優(yōu)勢(shì)所在。

5 結(jié)語(yǔ)

C3d結(jié)合GE不僅能夠在方案階段提前獲取地形圖，開展方案設(shè)計(jì)，節(jié)省時(shí)間，而且能進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，能夠直觀的了解方案，判斷方案的合理性。

此方法的缺點(diǎn)在于GE的地形標(biāo)高點(diǎn)密度小，地形圖精度較差，因此該方法只能應(yīng)用與方案前期工作。

筆者僅利用排土場(chǎng)的設(shè)計(jì)介紹了C3d的部分功能，C3d對(duì)規(guī)劃、道路、總圖等專業(yè)有著較強(qiáng)的針對(duì)性，不僅能夠更便捷的完成平面設(shè)計(jì)，還能在平面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行精確的豎向設(shè)計(jì)，生成三維模型，實(shí)現(xiàn)了真正的設(shè)計(jì)三維化，與利用3DMax結(jié)合photoshop制作的效果圖有著本質(zhì)的不同，與工程設(shè)計(jì)緊密結(jié)合。

[1]有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50421-2007

[2]鐘蜀華.Autodesk Civil 3D 2008三維數(shù)字地形模型的創(chuàng)建與應(yīng)用 [J]. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008 （10）；153～155

[3]Autodesk Civil 3d 在精確地形建模中應(yīng)用的幾點(diǎn)體會(huì) [J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì) ,2008（2）；51～53

Application of Civil 3D and Google Earth in the engineering program

liu Dong Wang Yiming
MCC Capital Engineering & Research Incorporation Qinhuangdao Co. Ltd

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.050

劉冬 男 1985年1月生- 助理工程師 從事礦山總圖運(yùn)輸、道路工程設(shè)計(jì) 中冶京誠(chéng)（秦皇島）工程技術(shù)有限公司（原秦皇島冶金設(shè)計(jì)研究總院）。