R2V在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2012-08-28 來(lái)源：筑龍網(wǎng)
1、引言
我國(guó)公路規(guī)范根據(jù)不同的交通量以及綜合其他因素把公路劃分為四個(gè)等級(jí)，分別為：高速公路、一級(jí)公路；二級(jí)公路；三級(jí)公路；四級(jí)公路。因此不同等級(jí)公路的建設(shè)規(guī)模與要求也是不同的。如高等級(jí)公路建設(shè)的規(guī)模就顯得比低等級(jí)公路建設(shè)要大，相應(yīng)的各方面的要求也就要高。許多勘測(cè)單位在對(duì)低等級(jí)公路進(jìn)行勘測(cè)設(shè)計(jì)中時(shí)常存在這樣一個(gè)問題：低等級(jí)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)費(fèi)用往往比較低，不像高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)業(yè)主投入很大一部分的資金。所以作為設(shè)計(jì)單位通常很少提供路線設(shè)計(jì)平面布置圖。因?yàn)槁肪€平面設(shè)計(jì)布置圖是把設(shè)計(jì)好的平面線形布置在沿線所測(cè)的地形圖上。這需要設(shè)計(jì)單位投入相當(dāng)?shù)娜肆臀锪?。但業(yè)主對(duì)具體的勘測(cè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，特別是對(duì)直觀的路線線形布置設(shè)計(jì)圖要求卻比較高。針對(duì)該問題，筆者提出了利用矢量化軟件R2V對(duì)沿線已有大比例的地形圖進(jìn)行處理加以應(yīng)用可以較好地解決該問題，為完善公路平面路線布置圖的設(shè)計(jì)開闊了新的思路。
2、矢量化軟件R2V的功能
R2V是美國(guó)Able Software公司在測(cè)繪、制圖和GIS領(lǐng)域類的失量化軟件，自推出以來(lái)巳在全球100多個(gè)國(guó)家廣泛使用并獲得極高的評(píng)價(jià)。R2V是一種高級(jí)光柵矢量化軟件系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)將強(qiáng)有力的智能自動(dòng)數(shù)字化技術(shù)與方便易用的菜單驅(qū)動(dòng)圖形用戶界面有機(jī)地結(jié)合到Windows&NT環(huán)境中，為用戶提供了全面的自動(dòng)化光柵圖像到矢量圖形的轉(zhuǎn)換，它可以處理多種格式的光柵（掃描）圖像，是一個(gè)可以用掃描光柵圖像為背景的矢量編輯工具。由于該軟件的良好適應(yīng)性和高精確度，其非常適合于GIS、地形圖、CAD及科學(xué)計(jì)算等應(yīng)用。
R2V提供簡(jiǎn)便及完整的將光柵圖像數(shù)字化為矢量數(shù)據(jù)的解決方案，這些光柵圖像可以是掃描的圖紙、航攝照片或衛(wèi)星圖片。整個(gè)的光柵圖像矢量化過程可以是全自動(dòng)的且不需要人工干預(yù)（也可選人工干預(yù)）。僅需要將掃描圖像顯示在屏幕上并選擇矢量化命令，所有的線段在數(shù)秒鐘即可識(shí)別出來(lái)并顯示在圖像上供你校正與編輯。強(qiáng)大的編輯及處理功能可用于矢量的編輯、大地坐標(biāo)校正及高程數(shù)據(jù)標(biāo)注。
利用R2V可以忘掉緩慢而有不準(zhǔn)確的數(shù)字化儀人工手動(dòng)跟蹤描繪?？梢栽诓莞寮埳袭嫴輬D，只需要掃描需要的圖紙，然后讓R2V高精度地自動(dòng)或半自動(dòng)矢量化它們。一張典型的地形圖或區(qū)劃地圖就可以基本成型。通常以200DPI的黑白或灰度掃描需要的圖紙，在Pentium級(jí)PC上數(shù)秒內(nèi)即可完成矢量化。
另外，可以在同一個(gè)顯示窗口下處理各種類型的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括線、點(diǎn)、多邊形、文本標(biāo)注、光柵點(diǎn)以及控制點(diǎn)。使用R2V，可以自動(dòng)地矢量化地圖及其他圖紙，快速智能地完成航片或衛(wèi)片進(jìn)行數(shù)字化及地理解析數(shù)字化處理工作，用最新的航攝照片或其他圖像更新需要的地形矢量數(shù)據(jù)集。
3、R2V應(yīng)用于公路平面設(shè)計(jì)的原因分析
路線的平面是指路線在水平面的投影，公路平面設(shè)計(jì)是指路線在沿線平面中的線形組合，公路路線平面布置圖是路線平面設(shè)計(jì)的線形組合在沿線地
形圖上的具體布置。因此，進(jìn)行公路平面布置圖設(shè)計(jì)時(shí)必須要提供沿線所測(cè)的地形圖，不然公路平面線形布置圖就難以完成。另外，公路是點(diǎn)、線、面按照一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所組成的空間立體結(jié)構(gòu)物，其所處的地理位置往往跨越比較大，所以許多路段沿線沒有現(xiàn)成的數(shù)字地形圖提供給設(shè)計(jì)單位使用。因此，若設(shè)計(jì)單位進(jìn)行路線平面圖布置設(shè)計(jì)時(shí)就必須進(jìn)行沿線地形圖勘測(cè)，然后才能根據(jù)所測(cè)的數(shù)字化的地形圖進(jìn)行紙上路線平面圖布置設(shè)計(jì)。由于路線地形圖的勘測(cè)設(shè)計(jì)費(fèi)用通常投入比較大，若公路等級(jí)較低時(shí)，設(shè)計(jì)單位通常是避開進(jìn)行公路沿線地形圖的布置設(shè)計(jì)，但對(duì)于業(yè)主往往很看重路線沿線的平面布置圖，從而就造成了業(yè)主與設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)內(nèi)容上的矛盾。數(shù)字化軟件R2V能較好地解決這一矛盾。
3．1 公路平面設(shè)計(jì)需要路線平面布置圖
公路平面設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容比較多、范圍也比較廣。但其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是路線在公路沿線的線形組合，而公路平面線形布置圖，往往是沿線線形組合一個(gè)直觀體現(xiàn)。公路線形布置情況，如線形組合、線形位置、路線走向等能從路線平面布置圖上直觀的得以反映。所以對(duì)于業(yè)主往往很注意路線平面布置圖，高等級(jí)公路圖紙會(huì)審，路線平面布置圖不僅是設(shè)計(jì)單位表現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的理想方式之一也是業(yè)主比較看重的設(shè)計(jì)成果內(nèi)容，往往是掛在比較顯目的位置給予觀看。因此，路線平面設(shè)計(jì)不管是設(shè)計(jì)單位還是業(yè)主都比較需要路線平面布置圖。
3．2 公路沿線通常有現(xiàn)成大比例的地形圖為地形
圖進(jìn)行矢量化提供了基礎(chǔ)不管公路等級(jí)大小，公路所建地的大比例地形圖往往都是具備的，而缺的是數(shù)字化小比例的地形圖，而公路平面設(shè)計(jì)路線布置圖所用的要求是數(shù)字化的地形圖，可以直接在地形圖上布置線形布置，進(jìn)行平面組合。高等級(jí)公路設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)要求較高，而且提供的設(shè)計(jì)費(fèi)較高，所以設(shè)計(jì)單位往往進(jìn)行專門的沿線地形圖數(shù)字化勘測(cè)。但對(duì)于等級(jí)公路或者要求并不是很高的公路設(shè)計(jì)時(shí)，采用數(shù)字化軟件R2V對(duì)現(xiàn)有沿線大比例的地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)行放大或縮小到適合的尺寸，這樣設(shè)計(jì)單位就可以利用處理后的地形圖進(jìn)行紙上布置線形或定線等設(shè)計(jì)工作。
3．3 數(shù)字化軟件R2V能較好地處理現(xiàn)有的各種圖像
生產(chǎn)數(shù)字化地圖的主要方法有；遙感與攝影測(cè)量，全站儀外業(yè)數(shù)字化測(cè)量，對(duì)原有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理。前兩種方法對(duì)儀器、設(shè)備、專業(yè)技術(shù)人員的要求較高，而且投入的資金較大，通常適合于大工程大項(xiàng)目或有條件的單位所采用。而第三重方法，利用現(xiàn)有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理對(duì)儀器、設(shè)備以及專業(yè)技術(shù)人員的要求就比較低，可以被大多數(shù)的中等工程或中小單位所采用。利用現(xiàn)有地心圖進(jìn)行數(shù)字化處理有兩種方法：手扶跟蹤和掃描數(shù)字化。手扶跟蹤具有資金投入大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作周期長(zhǎng)，質(zhì)量難以保證等缺點(diǎn)。前幾年應(yīng)用比較廣。隨著計(jì)算機(jī)與大幅面掃描儀技術(shù)性能的不斷提高和發(fā)展，加上掃描儀數(shù)字化在設(shè)備投入、專業(yè)人員技術(shù)要求、工作周期等多方面具有更多優(yōu)越于手扶跟蹤數(shù)字化。因此掃描儀對(duì)現(xiàn)有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理更具有更大的發(fā)展趨勢(shì)。
4、R2V在公路平面設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用及操作
R2V在公路平面設(shè)計(jì)中，對(duì)現(xiàn)有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理的基本流程有以下幾方面的內(nèi)容：
?。?）矢量化前的準(zhǔn)備工作，對(duì)現(xiàn)有地形圖進(jìn)行整平，調(diào)整好好掃描儀的明暗度、對(duì)比度、旋轉(zhuǎn)等處理，不然掃描進(jìn)去的地形圖出現(xiàn)皺褶或不清楚，后來(lái)進(jìn)行編輯修改并圖時(shí)比較困難，因此在進(jìn)行數(shù)字化之前一定要處理好數(shù)字化的準(zhǔn)備工作。
?。?）調(diào)入已掃描的地形圖到R2V軟件中對(duì)地形圖的柵格進(jìn)行矢量化，具體的操作步驟是輸入地形圖圖幅信息，地形圖圖幅定向，對(duì)地形圖進(jìn)行分層矢量化、及時(shí)保存矢量圖形。
?。?）在R2V中對(duì)矢量化的地形圖進(jìn)行糾正修改，完成一幅地形圖的矢量化后輸出到cad中，在輸出項(xiàng)目中設(shè)定按圖層輸出，將符號(hào)轉(zhuǎn)換成圖形輸出。
?。?）在autoCAD中對(duì)矢量化后的地形圖進(jìn)行作進(jìn)一步的編輯修改得到最終的數(shù)字化地形圖供路線平面布置圖用。其基本的步驟是，改變圖層、顏色，對(duì)地形圖本身的每一部分進(jìn)行詳細(xì)的檢查、修改等工作，在autoCAD中以坐標(biāo)進(jìn)行拼接圖，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求在數(shù)字化地形圖上加上設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖框。
5、根據(jù)設(shè)計(jì)好的矢量化的地形圖進(jìn)行圖上線形平面設(shè)計(jì)
5．1 在矢量化地形圖上進(jìn)行路線設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容
一是在路線進(jìn)行具體勘測(cè)前進(jìn)行紙上定線，進(jìn)行紙上布置路線平面圖形的組合設(shè)計(jì)。二是把已測(cè)的路線平面線形組合設(shè)計(jì)布置在數(shù)字化的地形圖上
進(jìn)行路線平面圖設(shè)計(jì)。其中第二方面還包括兩層面的問題，已測(cè)的路線線形組合是用路線軟件進(jìn)行組合生成的路線還是要人工根據(jù)所測(cè)的路線平面資料在數(shù)字化地形圖上進(jìn)行直接布線。若是公路軟件生成的路線線形組合，則可以直接調(diào)用該生成的路線線形組合到數(shù)字化地形圖中直接通過坐標(biāo)捕捉功能進(jìn)行定點(diǎn)布設(shè)路線線形圖，如路線軟件的HEAD軟件就可以直接生成路線線形，用戶可以直接把生成的整條路線調(diào)用到數(shù)字化的地形圖中進(jìn)行定點(diǎn)捕捉布設(shè)，該種方法比較方便。如果不是路線軟件生成的路線線形圖，則需要用戶直接在數(shù)字化的地形圖上進(jìn)行直接的布設(shè)，這種布設(shè)通常速度比較慢，但用戶使用比較隨意，特別是對(duì)于紙上定線是非常有用，另外用戶也可以根據(jù)線形的要求進(jìn)行方便地修改。
5．2 在矢量化的地形圖上進(jìn)行具體的路線線形布設(shè)
不管是調(diào)用路線軟件設(shè)計(jì)的路線線形還是設(shè)計(jì)人員根據(jù)平面線形勘測(cè)資料進(jìn)行路線平面圖的設(shè)計(jì)都需要在數(shù)字化的地形圖上進(jìn)行路線設(shè)計(jì)圖與沿線
所在的地形圖進(jìn)行組合才能完成路線平布置圖的設(shè)計(jì)。因此，要完成最終的路線平面布置圖還需要設(shè)計(jì)人員把設(shè)計(jì)的線形與數(shù)字化的地形圖進(jìn)行組合。針對(duì)公路路線線形的布置，具體有以下幾方面：
（1）在數(shù)字化地形圖上進(jìn)行路線交點(diǎn)的布設(shè)，具體是通過坐標(biāo)進(jìn)行捕捉確定各交點(diǎn)位置，通過交點(diǎn)連線形成路線整體走向。
?。?）在布設(shè)的導(dǎo)線交點(diǎn)處進(jìn)行交點(diǎn)平曲線設(shè)計(jì)，具體是根據(jù)兩交點(diǎn)的位置、長(zhǎng)度以及兩交點(diǎn)的偏角大小進(jìn)行平曲線參數(shù)的選擇，通常是根據(jù)路線線形
采用公路等級(jí)規(guī)范要求進(jìn)行平曲線設(shè)計(jì)，另外根據(jù)平曲線設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行路線橫斷面加寬要在路線平面地形圖上反映出來(lái)。
?。?）根據(jù)已確定的路線中心線，則按公路等級(jí)的要求路基寬度在數(shù)字化地形圖上進(jìn)行路線邊線的布設(shè)，包括交點(diǎn)處彎道的加寬值。
（4）在數(shù)字化地形圖設(shè)計(jì)的路線上布置沿線構(gòu)造物，如沿線橋梁、隧道、涵洞等，標(biāo)注沿線里程樁號(hào)、沿線地質(zhì)、地物等情況拱業(yè)主、施工單位以及監(jiān)理單位使用。
6、結(jié)語(yǔ)
通過實(shí)例的應(yīng)用可得如下幾點(diǎn)結(jié)論和建議：
（1）在中等級(jí)及以下的公路或要求并不是較高的山嶺重丘區(qū)公路平面路線布置圖的設(shè)計(jì)，可以利用數(shù)字化軟件R2V進(jìn)行對(duì)已有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理后使用。
（2）隨著計(jì)算機(jī)、軟件、硬件的高速發(fā)展和公路建設(shè)要求的不斷提高，數(shù)字化地形圖在公路設(shè)計(jì)應(yīng)用中將越來(lái)越大，
?。?）利用R2V對(duì)已有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理，在技術(shù)上是可行的，在使用要求上可以被廣大的用戶所接受，在經(jīng)濟(jì)上是相當(dāng)可行的，較少的投入產(chǎn)生較大的效益。
（4）矢量化軟件R2V不僅在路線平面布置設(shè)計(jì)中可以得到較好的應(yīng)用，而且對(duì)各方面的舊圖均可以進(jìn)行矢量化處理，可以滿足不同用戶的使用要求，不僅為公路設(shè)計(jì)而且為其他行業(yè)的設(shè)計(jì)也提供了較好的設(shè)計(jì)處理思路。
?。?）存在的主要問題是矢量化的精度問題，所以對(duì)于大工程，高等級(jí)公路以及要求較高的工程項(xiàng)目平面圖的布置設(shè)計(jì)，在精度上還存在一定的差距，這
還有待兩方面的努力進(jìn)行解決，一方面是盡可能提供比較準(zhǔn)確的已有地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理，另一方面是從，計(jì)算機(jī)的軟件、硬件以及數(shù)字化處理的專業(yè)技術(shù)上要得以不斷提高才能收到較好的效果。
