AutoCAD地形建模及其在土方计算中的应用

四川测绘第 26卷第 3期 2003年 9月 l2l AutoCAD地形建模及其在土方计算中的应用 周乐韬 范东明 张献州 赵旭 (1．西南交通大学，成都 61 0031；2．成都市勘查测绘研究院，成都 61 0081) [摘要]提出一种利用地形碎部点在 AutoCAD中建立实体地形模型并快速测量填挖方量的方法，同时绘出直观 的填方边界和挖方边界。 【关键词]土方； AutoCAD； 地形模型 【中图分类号1P258 【文献标识码】B 【文章编号]1001—8379(2003)03—0121—03 APPLICAT10N 0F AUT0CAD IN TERRAIN M 0DELING AND EARTHW ORK M EASURING ZHOULe—taol FAN Dong．mingl ZHANG Xian ． zhoul ZHA0 Xu2 (1．Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031； 2．Chengdu City Surveying and Mapping institute，Chengdu 610081) Abstract：Advan ces an approach to establish terrain entity model by using discrete terrain points and to quickly measure the cubage of filling and excavation in AutoCAD，at the same time protracts the visual boundaries of filling an d excavation． Key words：earthwork； AutoCAD； terrain model 1引言 土方量的测量和地形建模都在土木工程中应用得 很广。AutoCAD具有强大的三维图形绘制功能，能够 快速地建立地形实体模型，只要通过地形测量 (也可 通过摄影测量等方式)获取离散点三维坐标数据，就 可在 AutoCAD中建立 Delaunay三角网的地形模型， 以方便面积和土方的量测。在建立了测区的地形模型 同时给定填挖方范围和设计标高之后，就可进行精确 的土方量算，以往多采用网格法，可近似地算出土方 量。但由于地形变化是连续的，而填挖范围经常是不 规则的多边形，这样就给编程工作增加了不少负担， 同时算出的土方量和实际值相比会有较大的出入，为 提高精度就必须细分网格，这样计算量又会以n 的形 式增加 (如果 n的值不够大，同样很难保证必要的精 度 )。AutoCAD 具有强大的三维计算功能，在实际的 工程应用中，这些功能可以得到广泛的使用，笔者将 其应用到西南交通大学犀浦新校区的土方量计算中， 可以快速准确得出结果，同时可用二维或三维图形方 式直观 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示填土范围和挖土范围，极大的提高了工作 效率。 2地形实体建模 根据数据采集方式的不同的，地形模型建立有很 多种方法，如沿等高线采样，规则格网采样，不规则 三角网等等。最常见的是不规则三角网建模，其中最 常用的是 Delaunay三角网，通过地形测量获取地面碎 部 点 坐 标 (Xi，Yi，Hi) 及 特 征 线 (折 线 xl，Yl，HI．．．x ，Y ，H )， 或 者 特 征 面 (闭 合 面 xl，Yl，Hl⋯x ，Y ，H ；Xl，Yl，H1)等信息，建立三维 地形表面模型。 1)三维地形表面建模，可利用 GeoTin、ArcView、 MapGIS等软件，也可 自行编程实现，笔者 自编了一 个小应用程序，读入离散点文件，输出Delaunay三 角点索 引文件和 AutoCAD 脚本文件 ，其算法 为 Lawson LOP交换，它是用 LOP法优化离散点生成的 初始三角网。即在有公共边的一对三角形形成的四 边形内，检查其另外一条对角线的长度，若小于公 共边，则添加该对角线，同时删除原公共边，再检 查其他四边形，直到所有相邻三角形组成的四边形 都被检查为止。其输入数据文件 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 见表 1(其中每 行为离散点的点号，三维坐标，以及每个点的属性)。 表 1离散点数据文件 输出数据文件格式如表 2(其中每行为一个 Delaunay 维普资讯 http://www.cqvip.com 四川测绘第 26卷第 3期 2003年 9月 表2三角点顶点索引文件 三角形的点号，以及三顶点的离散点索引号．)。同时 生成 AutoCAD脚本，其格式如表 3(3DFACE命令 可以在 CAD中生成空间多边形面，即可构成三维地 形表面模型，命令后面的数字为一三角形的三个顶 点的三维坐标)。 2)在 AutoCAD 中运行此脚本即可生成三维地 形表面模型，如图 1。 3)此时的三维表面模型不是一个整体而是由很 表 3 AutoCAD脚本格式 图 1由三角形面组成的地形表面模型 图2 整体的三维地形表面模型 多空间三角形面组成的，为使之成为一个整体面，必 须做一定的处理，在 AutoCAD中使用 UNION命令， 建立整体地形表面模型 (如图 2，其中空白部分是由 于周边离散点高程相等所导致)。4)图2只是一个三 维地形表面模型，用 EXTRUDE命令沿垂向路径向下 延伸此模型(如图3)，即可建立地形实体模型(图4)。 注意路径须平行于垂向 (见图3)，而且路径下端点Z 3 表面模型沿垂向路径延伸 ， ， ． 。 一 图4 三维地形实体模型 坐标 zt必须小于设计高程(在此处为540m)，以便于下 面的计算。 3填挖边界的实体建模 计算土方填挖量，还必须建立填挖边界的实体模 型，即实际工程中的填挖范围模型。其建立步骤如下： 1)在平行于XY面且Z坐标为设计高程的平面上 建立填挖边界面域 (利用 AutoCAD中的REGION命 冀0 一 一． _ ’J● ． ．' ■，．．． ． 一■ ．1|． ． ．， 维普资讯 http://www.cqvip.com 四川测绘第 26卷第 3期 2003年 9月 令使由一系列折线构成的边界围成一个面域)。 2)可利用 AREA 命令计算此面域的面积，在以 下的步骤计算出土方量以后，用土方量除以面积，即 可求出平均填挖方厚度。 3)用 EXTRUDE命令沿垂向路径向上 (计算挖 方及绘制挖方边界)或向下 (计算填方及绘制填方边 界)延伸此面域，建立边界实体模型 (图6粗线区)， 注意若向下延伸路径下端点z坐标不宜小于Zt(图5)。 图5填方挖方边界沿路径延伸 图6三维填挖边界实体模型(粗线区) 4填方和挖方实体建模和填挖方量的量算 若边界向下延伸，则可用 SUBTRACT命令对边 界实体 (较亮部分)和地形实体 (较暗部分)(如图 7)进行求差运算，从而建立填方实体模型 (图 8)：若 边界向上延伸，可利用 INTERSECT 命令对边界实体 和地形实体进行求交运算，从而建立挖方实体模型。 图8用求差的方法建立了填方实体模型，同样可建立 挖方实体模型，利用 MASSPROP命令查询实体模型 (图8所表示的实体)的质量特性 (包括体积、质量、 边界框、质心等等内容)，可计算出上述的填方实体模 型的体积为 85992．3m ，其质量特性等内容可以存为 以．MPR 为后缀 的文件。经精确计算的填方量为 85968．9m3(通过每个田块边界和内部高程点求出)， 可以看出其相对误差在±o．03％以内，这说明计算完全 可信，而且精度很高。 图7渲染后的填挖边界和地形实体模型 图8求差运算并渲染后的填方实体模型 5结束语 本文以通过地形图获取的西南交通大学犀浦新校 区的地形数据为基础 (离散点密度约 1000平方米一 点)，在利用 AutoCAD 快速准确的建立地形模型并计 算填挖土方量方面作了一些尝试，实践证明这种方法运 用在土木工程土方量的计算之中，可以方便、精确地得 出结果，提高了工作效率。另外，在实际应用中，必须 注意地形数据采集的质量问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，比如重点采集地形特征 点，对保证精度有着至关重要的影响。 参考文献 【1】武晓波，王世新，肖春生 一种生成 Delatmay三角网的合成 算法【J】．遥感学报。20o0，4(1)：32—34． 【2】刘学军，龚建雅．约束数据域的 Delaunay三角剖分与修改算 法[J】．测绘学报，2001，30(1)：82—85． 【3】边鹏飞．AutoCAD2000在隧道洞门施工放样中的应用【J】．测 绘通报。2002，32(5)：32．35． 【收稿 日期】2002-12-12 【作者简介】周乐韬(1977一)，男，西南交通大学大地测量与测 量工程硕士． 维普资讯 http://www.cqvip.com