CN101685471B - 公路路线cad辅助设计系统 - Google Patents

Abstract

公路路线CAD辅助设计系统，我国目前专业化的道路CAD软件开发机构和队伍很薄弱，现有软件水平与国外优秀软件相比较，起步较晚，差距尚较大。20世纪70年代中后期，有关公路科研单位、高等院校和公路测设部门开始研制与开发道路设计计算与优化程序，并取得了初步成果，由于当时开发环境(硬件与支持软件)的限制，开发的程序主要是替代设计人员进行数据处理与计算，这一阶段开发的程序，功能单一，应用面较窄，还不是一个完整的程序系统。本发明组成包括：路线平纵横综合设计、制表、绘图、数字地面模型操作、数据库操作。本发明应用于建筑路桥领域。

Description

公路路线CAD辅助设计系统

技术领域：

本发明涉及一种将地形数据采集、数字地面模型与路线CAD紧密结合成一个有机的整体，形成覆盖数据采集与处理、路线初步设计、路线施工图设计到输出设计文件的路线设计全过程的一体化系统。

背景技术：

从道路测设工作而言，在通过各种测量技术获取各类地形原始数据的基础上，本系统可以建立沿道路走向的带状数字地面模型，进而快速、准确地为道路设计提供所需的一切地形资料，即把道路外业勘测工作的大量繁重测量任务通过数字地面模型操作在内业完成，真正实现了基于计算机辅助设计的道路勘测内外业一体化。在本系统中，用户只需指定路线的平面线形，便可由数模快速内插出该路线的纵、横断面的地面线数据，应用本系统的“设计”、“制表”及“绘图”等功能便可快速完成该路线的内业设计。

道路设计领域应用计算机己有三十多年的历史。计算机最初用于道路设计主要是完成繁重的计算任务，如平面和纵面几何线形的计算、横断面和土石方的计算、结构计算以及输出数表等，编写成功能独立的程序。由于计算时间的节省，为多个方案的比较创造了条件。

随着计算机绘图技术的发展，从70年代未开始，在道路工程设计中引入了计算机辅助设计(CAD)系统。由计算机自动完成判别和设计计算，直接提供设计图表。使用CAD，可以使设计人员从繁琐、重复且易于出错的工作中解放出来，集中精力从事带有创造性的工作。

进入20世纪90年代以来，由于高性能个人计算机的迅速发展，进一步推动了CAD技术的现代化。在数据采集上，航空摄影测量、GIS、GPS技术的应用，以及电子测量设备(如全站仪等)的广泛使用，为数据采集、设计绘图、方案优化等一体化技术的实施创造了条件。用软件构件系统集成的方法开发道路路线勘测设计一体化软件开始在国内外兴起。

目前在一体化技术方面比较成熟国外优秀软件有德国Basedow & Tomow软件公司的CARD/1系统；英国Infrasoft公司的MXRoad软件(即前MOSS软件公司的MOSS系统)；美国Intergraph公司的InRoads系统等。

我国目前专业化的道路CAD软件开发机构和队伍很薄弱，现有软件水平与国外优秀软件相比较，起步较晚，差距尚较大。20世纪70年代中后期，有关公路科研单位、高等院校和公路测设部门开始研制与开发道路设计计算与优化程序，并取得了初步成果，由于当时开发环境(硬件与支持软件)的限制，开发的程序主要是替代设计人员进行数据处理与计算，这一阶段开发的程序，功能单一，应用面较窄，还不是一个完整的程序系统。

进入20世纪90年代以来，计算机硬件的快速更新和降价，功能的快速提高，使得在微机平台上开发的道路CAD软件占有一定的优势。如同济大学在十余个省、市级设计院的支持下，在1986至1990年期间开发完成了微机道路计算机辅助设计TJBD软件系统，完成了包括若干条高速公路在内的大量设计任务，取得了很大的经济和社会效益。其他软件，如东南大学开发的道路与互通式立交ICAD及DICAD系统、交通部第二公路勘察设计院开发的微机公路路线设计、西安海德公司开发的HEAD软件系统等。但这些软件缺乏对数字地面模型的支持，仅是基于实测数据的计算机辅助设计。当前国内较有影响力的道路CAD一体化技术软件是由中交第一公路勘察设计研究院开发的纬地道路辅助设计系统(Hint CAD)。

发明内容：

本发明的目的是提供一种集成了公路路线外业测量数据处理与内业详细设计的全过程的勘测设计一体化公路路线CAD辅助设计系统。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

公路路线CAD辅助设计系统，其组成包括：路线平纵横综合设计、制表、绘图、数字地面模型操作、数据库操作，所述的路线平纵横综合设计包括平面设计、纵断面设计、横断面设计、逐桩坐标计算、路线CAD设计一键执行；所述的制表包括编制直线、曲线及转角表、编制路基设计表、编制路基土石方数量计算表、编制逐桩坐标、编制公路用地数量计算表；所述的绘图包括绘制路线平面图、绘制路线纵断面图、绘制路线横断面图、绘制路线平纵面缩图、绘制公路总体布置图、绘制路线排水平面布置图、绘制公路用地图；所述的数字地面模型操作包括构建数字地面模型、路线中桩敷设与坐标计算、路线纵横断面数据自动采集、数字地形图坐标采样；所述的数据库操作包括路线CAD数据库编辑、路线CAD数据库创建。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的平面设计是取得路线平面设计实测资料的基础上，进行路线平面线形设计并计算平曲线要素和里程桩号，生成全线以交点为参考点的设计成果，包括交点及主点里程桩号、偏角、平曲线半径、缓和曲线长度、平曲线要素、交点坐标及计算方位角信息；

所述的纵断面设计是在已确定路线纵断面设计方案的基础上，进行纵坡及竖曲线的运算，并计算全线逐桩设计高程，设计结果包括坡度及坡长、竖曲线要素、逐桩设计高程与地面高程；

所述的横断面设计是在平面、纵断面设计模块运行之后，根据拟定的路基横断面各部分的尺寸，计算路基横断面形状、尺寸、面积及填挖方数量；

所述的逐桩坐标计算是在平面设计模块运行之后，计算路线中桩各桩号的坐标及计算方位角；

所述的路线CAD设计一键执行是在所有数据库文件建立后，依次运行路线平面、纵断面及横断面设计，并按照选项完成自动制表、自动成图功能；

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的编制直线、曲线及转角表是在平面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动生成直线、曲线及转角表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基设计表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基设计表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基土石方数量计算表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基土石方数量计算表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基每公里土石方数量表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基每公里土石方数量表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制逐桩坐标表是在平面设计模块运行之后，利用生成的结果文件自动生成逐桩坐标表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制公路用地数量计算表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，并运行了绘制公路用地图模块，利用生成的结果文件自动生成公路用地数量计算表，并以Excel电子表格的格式保存下来。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的绘制路线平面图能是在平面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线平面图；

所述的绘制路线纵断面图是在平面及纵断面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线纵断面图；

所述的绘制路线横断面图是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线横断面图；

所述的绘制路线平纵面缩图是在平面及纵断面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线平纵面缩图；

所述的绘制公路总体布置图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制公路总体布置图；

所述的绘制路线排水平面布置图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后；

所述的绘制公路用地图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制公路用地图。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的构建数字地面模型是在通过技术手段获取现场地面点位的三维坐标数据的基础上，构建数字地面模型；

所述的路线中桩敷设与坐标计算是在已确定的路线中线上，按指定的桩距计算中桩平面坐标，并可作为利用数字地面模型采集路线纵横断面地面高程的基础数据；

所述的路线纵横断面数据自动采集是在“路线平面坐标及桩号计算”模块运行之后，生成了平面设计结果文件的基础上，通过数字地面模型的高程采集功能自动生成路线CAD系统所需的纵、横断面地面高程数据库文件；

所述的数字地形图坐标采样是为了与其他方式的地形图数据采集系统预留中间交换文件。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的路线CAD数据库创建是新建设计项目数据库文件本系统所需的基础类数据库文件；

所述的路线CAD数据库编辑是对现有设计项目的本系统所需的所有数据库文件进行编辑修改。

这个技术方案有以下有益效果：

道路勘测设计一体化集成系统(HISDIS)具有数据库操作、数字地面模型操作、路线平纵横综合设计、制表及绘图等五项功能。本发明能够实现在地形图数据采集完成后，经用户指定路线平面线形(既可以进行纸上定线——初步设计阶段，又可以进行实地定线——施工图设计阶段)，由本系统软件自动进行路线平面、纵断面、横断面设计与计算，并以电子表格(Excel格式)输出设计表、以AutoCAD格式输出设计图。实现了道路路线设计外业勘测与内业设计的有机融合。特别适合于初步设计阶段的多方案选择，可获得符合设计规范要求的设计精度(取决于地形图数据的采集质量)。同时对于以现场实测数据为数据源的施工图设计阶段，可以达到更高的设计精度，极大地提高道路测设工作的效率和质量。

1.本发明对硬件与软件环境的要求低，运行速度快、功能强

本系统是直接在Windows环境下运行的，因此对计算机硬件的要求低，只要能够运行Windows95及以上版本的电脑即可。对计算机软件的要求也不高，只要安装了电子表格Excel(任意版本)即可。在没有AutoCAD软件支持的情况下，仍然可以进行系统全部的设计、制表与绘图功能的运行。系统功能齐全，运行速度快。

2.本系统的绘图功能支持二次成图技术，软件受AutoCAD软件平台制约小

本系统的绘图功能是基于Autodesk公司的AutoCAD软件平台开发的。绘图的最终成果是以AutoCAD图形格式*.DWG保存的。由于该软件价格高(正版)，一般中小用户不会大量购置该软件，很难保证每台电脑上都安装AutoCAD软件平台。基于这种情况，本系统提供了两种绘图模式，一是中间交换文件绘图(二次成图)模式，二是直接成图模式。

当采用中间交换文件模式时，系统不需要AutoCAD平台的支持即可以进行绘图操作，不论电脑是否安装AutoCAD软件包均可以正常运行。这一功能特别适合于未购买AutoCAD软件的用户。用户只需把所生成的中间交换文件复制到任意安装有AutoCAD平台的电脑上进行一次编译即可生成相应版本的AutoCAD图形文件(称为二次成图技术)。此功能有利于降低用户对AutoCAD软件的依赖程度。

当使用直接成图模式时，系统必须安装AutoCAD(R2002及以上版本)。本功能采用的是VB的ActiveX控件技术。本系统在运行绘图功能时，自动在后台生成DWG格式的图形文件，无需用户运行AutoCAD软件包。

本系统同时支持两种不同的成图模式，为用户提供了更多的选择机会，减少了用户对AutoCAD软件平台的依赖性，是一种非常灵活便捷的系统软件。相比之下，CARD-1(德国)、纬地Hint CAD(中国西安)等软件仅支持在AutoCAD平台上的成图，没有AutoCAD软件平台软件无法运行。

3.本系统生成的图形文件占存储空间小，便于编辑、保存与转移

如前所述的道路CAD软件如CARD-1(德国)、纬地Hint CAD(中国西安)等软件绘图时，生成的图形文件携带的各种信息非常大(其中决大多数许多是不需要的)，导致图形文件占内存空间大、运行速度慢。当把图形文件复制到未安装该软件的电脑时，往往因为缺乏对某些特殊信息的支持，不能完整打开该图形文件，不利于图形文件的广泛交流。

相对来说，本系统软件支持任何版本的AutoCAD软件，生成的图形文件自动滤去不必要的信息，保持文件占用空间的最小化。图形文件可以非常方便地在任何安装有AutoCAD软件的电脑上进行操作。

总之，道路勘测设计一体化集成系统HISDIS在系统功能、运行速度、环境要求等方面有显著的特色，是一种具有较强适应性的低成本道路CAD系统软件。

本发明的具体实施方式：

实施例1：

公路路线CAD辅助设计系统，其组成包括：路线平纵横综合设计、制表、绘图、数字地面模型操作、数据库操作，所述的路线平纵横综合设计包括平面设计、纵断面设计、横断面设计、逐桩坐标计算、路线CAD设计一键执行；所述的制表包括编制直线、曲线及转角表、编制路基设计表、编制路基土石方数量计算表、编制逐桩坐标、编制公路用地数量计算表；所述的绘图包括绘制路线平面图、绘制路线纵断面图、绘制路线横断面图、绘制路线平纵面缩图、绘制公路总体布置图、绘制路线排水平面布置图、绘制公路用地图；所述的数字地面模型操作包括构建数字地面模型、路线中桩敷设与坐标计算、路线纵横断面数据自动采集、数字地形图坐标采样；所述的数据库操作包括路线CAD数据库编辑、路线CAD数据库创建。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的平面设计是取得路线平面设计实测资料的基础上，进行路线平面线形设计并计算平曲线要素和里程桩号。生成全线以交点为参考点的设计成果，包括交点及主点里程桩号、偏角、平曲线半径、缓和曲线长度、平曲线要素、交点坐标及计算方位角信息；

所述的纵断面设计是在已确定路线纵断面设计方案的基础上，进行纵坡及竖曲线的运算，并计算全线逐桩设计高程。设计结果包括坡度及坡长、竖曲线要素、逐桩设计高程与地面高程；

所述的横断面设计是在平面、纵断面设计模块运行之后，根据拟定的路基横断面各部分的尺寸，计算路基横断面形状、尺寸、面积及填挖方数量；

所述的逐桩坐标计算是在平面设计模块运行之后，计算路线中桩各桩号的坐标及计算方位角；

所述的路线CAD设计一键执行是在所有数据库文件建立后，依次运行路线平面、纵断面及横断面设计，并按照选项完成自动制表、自动成图功能；

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的编制直线、曲线及转角表是在平面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动生成直线、曲线及转角表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基设计表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基设计表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基土石方数量计算表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基土石方数量计算表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基每公里土石方数量表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基每公里土石方数量表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制逐桩坐标表是在平面设计模块运行之后，利用生成的结果文件自动生成逐桩坐标表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制公路用地数量计算表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，并运行了绘制公路用地图模块，利用生成的结果文件自动生成公路用地数量计算表，并以Excel电子表格的格式保存下来。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的绘制路线平面图能是在平面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线平面图；

所述的绘制路线纵断面图是在平面及纵断面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线纵断面图；

所述的绘制路线横断面图是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线横断面图；

所述的绘制路线平纵面缩图是在平面及纵断面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线平纵面缩图；

所述的绘制公路总体布置图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制公路总体布置图；

所述的绘制路线排水平面布置图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后；

所述的绘制公路用地图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制公路用地图。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的构建数字地面模型是在通过技术手段获取现场地面点位的三维坐标数据的基础上，构建数字地面模型；

所述的路线中桩敷设与坐标计算是在已确定的路线中线上，按指定的桩距计算中桩平面坐标，并可作为利用数字地面模型采集路线纵横断面地面高程的基础数据；

所述的路线纵横断面数据自动采集是在“路线平面坐标及桩号计算”模块运行之后，生成了平面设计结果文件的基础上，通过数字地面模型的高程采集功能自动生成路线CAD系统所需的纵、横断面地面高程数据库文件；

所述的数字地形图坐标采样是为了与其他方式的地形图数据采集系统预留中间交换文件。

所述的公路路线CAD辅助设计系统，所述的路线CAD数据库创建是新建设计项目数据库文件本系统所需的基础类数据库文件；

所述的路线CAD数据库编辑是对现有设计项目的本系统所需的所有数据库文件进行编辑修改。

Claims (4)

1.一种公路路线CAD辅助设计系统，其组成包括：路线平纵横综合设计模块、制表模块、绘图模块、数字地面模型操作模块、数据库操作模块，其特征是：所述的路线平纵横综合设计模块包括平面设计、纵断面设计、横断面设计、逐桩坐标计算、路线CAD设计一键执行；所述的制表模块包括编制直线、曲线及转角表、编制路基设计表、编制路基土石方数量计算表、编制逐桩坐标、编制公路用地数量计算表；所述的绘图模块包括绘制路线平面图、绘制路线纵断面图、绘制路线横断面图、绘制路线平纵面缩图、绘制公路总体布置图、绘制路线排水平面布置图、绘制公路用地图；所述的数字地面模型操作模块包括构建数字地面模型、路线中桩敷设与坐标计算、路线纵横断面数据自动采集、数字地形图坐标采样；所述的数据库操作模块包括路线CAD数据库编辑、路线CAD数据库创建；

所述的平面设计是取得路线平面设计实测资料的基础上，进行路线平面线形设计并计算平曲线要素和里程桩号，生成全线以交点为参考点的设计成果，包括交点及主点里程桩号、偏角、平曲线半径、缓和曲线长度、平曲线要素、交点坐标及计算方位角信息；

所述的纵断面设计是在已确定路线纵断面设计方案的基础上，进行纵坡及竖曲线的运算，并计算全线逐桩设计高程，设计结果包括坡度及坡长、竖曲线要素、逐桩设计高程与地面高程；

所述的横断面设计是在平面、纵断面设计模块运行之后，根据拟定的路基横断面各部分的尺寸，计算路基横断面形状、尺寸、面积及填挖方数量；

所述的逐桩坐标计算是在平面设计模块运行之后，计算路线中桩各桩号的坐标及计算方位角；

所述的路线CAD设计一键执行是在所有数据库文件建立后，依次运行路线平面、纵断面及横断面设计，并按照选项完成自动制表、自动成图功能；

所述的编制直线、曲线及转角表是在平面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动生成直线、曲线及转角表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基设计表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基设计表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基土石方数量计算表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基土石方数量计算表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制路基每公里土石方数量表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用生成的结果文件自动生成路基每公里土石方数量表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制逐桩坐标表是在平面设计模块运行之后，利用生成的结果文件自动生成逐桩坐标表，并以Excel电子表格的格式保存下来；

所述的编制公路用地数量计算表是在平、纵、横设计模块全部运行之后，并运行了绘制公路用地图模块，利用生成的结果文件自动生成公路用地数量计算表，并以Excel电子表格的格式保存下来。

2.根据权利要求1所述的公路路线CAD辅助设计系统，其特征是：

所述的绘制路线平面图是在平面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线平面图；

所述的绘制路线纵断面图是在平面及纵断面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线纵断面图；

所述的绘制路线横断面图是在平、纵、横设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线横断面图；

所述的绘制路线平纵面缩图是在平面及纵断面设计模块运行之后，利用设计结果文件自动绘制路线平纵面缩图；

所述的绘制公路总体布置图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制公路总体布置图；

所述的绘制路线排水平面布置图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后；

所述的绘制公路用地图是在平面、纵断面、横断面设计模块全部运行之后，利用设计结果文件自动绘制公路用地图。

3.根据权利要求1所述的公路路线CAD辅助设计系统，其特征是：

所述的构建数字地面模型是在通过技术手段获取现场地面点位的三维坐标数据的基础上，构建数字地面模型；

所述的路线中桩敷设与坐标计算是在已确定的路线中线上，按指定的桩距计算中桩平面坐标，并可作为利用数字地面模型采集路线纵横断面地面高程的基础数据；

所述的路线纵横断面数据自动采集是在“路线平面坐标及桩号计算”模块运行之后，生成了平面设计结果文件的基础上，通过数字地面模型的高程采集功能自动生成路线CAD系统所需的纵、横断面地面高程数据库文件；

所述的数字地形图坐标采样是为了与其他方式的地形图数据采集系统预留中间交换文件。

4.根据权利要求1所述的公路路线CAD辅助设计系统，其特征是：

所述的路线CAD数据库创建是新建设计项目数据库文件本系统所需的基础类数据库文件；

所述的路线CAD数据库编辑是对现有设计项目的本系统所需的所有数据库文件进行编辑修改。