淺述CAD在工程測量上的應(yīng)用

沈金芳

摘 要 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）可以對設(shè)計(jì)、測量數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)作、修改、分析或者優(yōu)化進(jìn)行輔助，極大地提高了測繪設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理的效率。它加速了測繪技術(shù)的發(fā)展，是數(shù)字化測圖不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。在CAD的具體實(shí)踐中，DTM法被廣泛接受;竣工圖紙上CAD也有不俗的表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 CAD;工程測量;測繪技術(shù);fortran;數(shù)學(xué)建模;DTM法;竣工圖

1CAD簡介及其發(fā)展

1.1 CAD的簡介及運(yùn)用原理

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對其進(jìn)行創(chuàng)作、修改、分析。CAD 能提高設(shè)計(jì)師的效率，提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量，通過文檔記錄提高交流質(zhì)量，并為制造創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫，CAD的產(chǎn)品可以以電子形式存檔。CAD用于二維空間設(shè)計(jì)曲線和形狀，或者是在三維空間設(shè)計(jì)線、面、體。它是一種應(yīng)用廣泛的輔助計(jì)手段。

最初，CAD軟件是由諸如Fortran這樣的語言開發(fā)的，但是隨著面向?qū)ο缶幊谭椒ǖ倪M(jìn)步，CAD軟件開發(fā)有翻天覆地的變化。“典型的現(xiàn)代參數(shù)化特征建模和自由曲面系統(tǒng)都是由有著自己APIs的C鍵模塊建立的”[1]。

1.2 CAD的運(yùn)用領(lǐng)域及范圍

“應(yīng)用的行業(yè)包括汽車制造，造船，航空航天，工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)，醫(yī)用假肢模擬等等[2]?！碑?dāng)然CAD也被測繪工作人員認(rèn)可，廣泛應(yīng)用在測繪作業(yè)中。CAD主要用于3D模型和/或物理組件的2D圖紙?jiān)敿?xì)的工程，但是它的應(yīng)用同樣可以貫穿在整個(gè)工程，從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的產(chǎn)出，從對于組件的強(qiáng)度的動態(tài)分析，到定義組件的制造方法。它也可以被用于設(shè)計(jì)對象?！按送猓S多CAD應(yīng)用程序提供先進(jìn)的渲染和動畫功能，因此工程師可以更好地使他們的產(chǎn)品視覺化?！?/p>

2CAD在工程測繪中的應(yīng)用

2.1 CAD在數(shù)字化測量上的實(shí)踐

隨著計(jì)算機(jī)成圖軟件不斷升級、功能不斷細(xì)化具體化和健全，國內(nèi)的測繪技術(shù)不斷地進(jìn)化、發(fā)展，使測繪更為精確、具體，整個(gè)測繪工程的工作系統(tǒng)化，數(shù)據(jù)分析更為明晰、具體。

（1）數(shù)字化測圖的定義和概念。“目前，國內(nèi)眾多測量單位普遍采用全站儀進(jìn)行野外數(shù)據(jù)的采集，通過數(shù)據(jù)電纜將全站儀于計(jì)算機(jī)相連，利用計(jì)算機(jī)成圖軟件直接在電腦上生成矢量化的電子地圖，這就是所謂的數(shù)字化測圖?！睌?shù)字化測圖，簡單地具體舉例，即使用CAD等繪圖軟件，把施工測量、放樣、竣工測量和變形檢測這一系列的作業(yè)過程輔助以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，得到精準(zhǔn)高效的成果。

（2）數(shù)字化測圖的大體步驟。數(shù)字化測量并不是紙上談兵，它應(yīng)用在實(shí)際工作中。首先可以利用電子地圖，結(jié)合具體測量或者工程考慮中設(shè)計(jì)的施工場所面積，使用CAD設(shè)計(jì)出精確的總平面圖。地理信息系統(tǒng)是地理編碼的，可以精確準(zhǔn)確的勾畫真實(shí)的空間位置。把設(shè)計(jì)坐標(biāo)輸入到CAD的電子地圖中去。CAD不僅僅可以在設(shè)計(jì)創(chuàng)作中進(jìn)行參與，還可以利用它進(jìn)行計(jì)算檢核，它可以用來檢核計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于CAD可以進(jìn)行模擬和具體細(xì)節(jié)的具體編輯，可以高效率地先模擬上幾個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)效果，然后進(jìn)行反復(fù)研究設(shè)計(jì)和編輯，然后對此階段的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行再模擬，再觀摩。這個(gè)工作鏈可以按需求數(shù)次循環(huán)。

2.2 CAD具體的內(nèi)業(yè)處理

在業(yè)內(nèi)人員使用的各種繪圖軟件中，從容率，圖形運(yùn)行速度及圖形所占字節(jié)空間等幾個(gè)方面來看， CAD幾乎是最好的。CAD以其強(qiáng)大的使用功能和比較完善成熟的體系遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他軟件。

CAD作為平臺配合專業(yè)測繪軟件計(jì)算土方量，可以把所有需要手工計(jì)算和繪制的工作全都電算化，使更加精確快捷測算出所要求得的填挖方量。

（1）DTM法。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）是數(shù)字地面模型DTM表現(xiàn)形式之一，該法利用實(shí)測地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)在計(jì)算機(jī)AUTOCAD平臺下進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，對計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土方。①三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn);不改變原始數(shù)據(jù)和精度;能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征，以及能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在利用T1N算出的土方量時(shí)就大大提高了計(jì)算的精度。②三角網(wǎng)的構(gòu)建，所謂邊擴(kuò)展法，就是指先從點(diǎn)集中選擇一點(diǎn)作為起始三角形的一個(gè)端點(diǎn)，然后找離它距離最近的點(diǎn)連成一個(gè)邊，以該邊為基礎(chǔ)，遵循角度最大原則或距離最小原則找到第三個(gè)點(diǎn)，形成初始三角形。由起始三角形的三邊依次往外擴(kuò)展， 并進(jìn)行是否重復(fù)的檢測，最后將點(diǎn)集內(nèi)所有的離散點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)，直到所有建立的三角形的邊都擴(kuò)展過為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部優(yōu)化算法，使之最優(yōu)。③三角網(wǎng)法計(jì)算土方量，三角網(wǎng)構(gòu)建好之后，用生成的三角網(wǎng)來計(jì)算每個(gè)三棱柱的填挖方量，最后累積得到指定范圍內(nèi)填方和挖方分界線。三棱柱體上表面用斜平面擬合，下表面均為水平面或參考面。所以Auto CAD平臺下計(jì)算土方量可以做到精度高，數(shù)據(jù)容量大，時(shí)間短。因此，CAD作為平臺配合專業(yè)測繪軟件繪制各種比例尺的地形圖，把過去三角尺、畫圖筆加畫圖板所要花費(fèi)的時(shí)間大大縮減，也使精度滿足各種工程施工要求。

（2）CAD在竣工圖紙上的應(yīng)用?？⒐D可以使各個(gè)房產(chǎn)管理部門更好地了解各項(xiàng)指標(biāo)是不是按照規(guī)劃設(shè)計(jì)要求建設(shè)。 在測繪中通過數(shù)據(jù)通信完成電子手簿或帶內(nèi)存的全站儀與計(jì)算機(jī)兩者之間的數(shù)據(jù)相互傳輸，利用“草圖法”和“簡碼法”的作業(yè)流程，以CAD作為平臺利用繪圖軟件完成內(nèi)業(yè)作圖。①繪平面圖，根據(jù)野外作業(yè)時(shí)繪制的草圖，移動鼠標(biāo)至屏幕右側(cè)菜單區(qū)選擇相應(yīng)的地形圖圖式符號，然后在屏幕中將所有的地物繪制出來。系統(tǒng)中所有地形圖圖式符號都是按照圖層來劃分的。例如：繪矩形房子時(shí)已知三個(gè)點(diǎn)1、2、3，建筑物圖式都放在“居民地”這一層，只要選擇所需要的建筑物就可以繪制出三點(diǎn)房子。利用word編寫竣工測量報(bào)號書。

3結(jié)束語

在測量過程中，測繪技術(shù)快速發(fā)展是功不可沒的;然如果沒有以CAD的計(jì)算機(jī)輔助軟件，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析不可實(shí)現(xiàn)。而在不斷數(shù)字化的測繪作業(yè)中，CAD的應(yīng)用前在實(shí)踐中不斷探索。DTM法正是這種實(shí)踐探索的具體表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝剛生，鄒時(shí)林.數(shù)字化成圖原理與實(shí)踐[M].西安：西安地圖出版社，2000：101.

[2] 南方軟件 CASS6.0 用戶手冊. p. 3-14.