第十五章 数字地面模型建立与应用

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Digital Terrain Model）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（Delaunay Triangulation，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。

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（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，

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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

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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、

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