Civil 3D與Googl e Earth在工程方案中的應用

劉冬 王伊鳴

中冶京誠（秦皇島）工程技術有限公司 066004

Civil 3D與Googl e Earth在工程方案中的應用

劉冬 王伊鳴

中冶京誠（秦皇島）工程技術有限公司 066004

文章通過對某排土場方案設計，介紹了Civil 3D與Google Earth在工程方案中的應用，利用Civil 3d從Google Earth 中導出地形，并進行三維設計及仿真處理。

Civil 3D； Google Earth；排土場；三維設計；仿真

This article introduces the application of Civil 3d and Google Earth in the engineering program of a dump. Export terrain from Google Earth by Civil 3D.Design in three-dimensional and simulation way.Key words

civil 3D；google earth；dump；three-dimensional design；simulation

近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，一些功能強大的工程軟件被開發(fā)出來，減少了工程設計的工作量，大大提高了工作效率。而一些軟件的結合，往往能發(fā)揮更強大的功能。

在工程前期方案階段，建設單位提供的地形圖一般是紙質版的小比例尺地形圖，比例一般為1：10萬和1：5萬，使用性和時效性較差，有些建設單位甚至找不到相關地形圖，而重新測圖需要一定的時間，往往會耽誤工程進度。筆者利用Google Earth與Civil 3d，解決了這一問題。

1 軟件介紹

Civil 3d（以下簡稱C3d）是一款以三維設計功能為主的工程設計軟件，主要應用于總圖、道路、規(guī)劃等專業(yè)。主要特點是建模方便、快捷、準確，能夠在完成平面及豎向設計的同時，快速生成立體模型。

Google Earth（以下簡稱GE）是Google 公司提供的電子地圖服務，包括局部詳細的衛(wèi)星照片。能提供三種視圖：一是矢量地圖（傳統(tǒng)地圖），可提供政區(qū)和交通以及商業(yè)信息；二是不同分辨率的衛(wèi)星照片；三是地形視圖，可以用以顯示三維地形。利用GE可以方便地了解工程所在地區(qū)的地形地物。

2 應用原理

GE可以顯示三維地形，表明其內部存在地形標高數(shù)據(jù)。C3d軟件的開發(fā)者考慮到這一點，開發(fā)了從GE中導入地形信息和圖片的功能。利用C3d的導入功能，可方便快捷的將GE中指定區(qū)域的三維數(shù)據(jù)和圖片導入C3d。后期利用C3d強大的地形處理功能，可以將三維數(shù)據(jù)轉化為三角網(wǎng)或者等高線，并生成仿真地形，應用于工程方案設計中。下面筆者利用一個排土場工程介紹這一功能。

3 實例介紹

3.1 硬件及軟件要求

計算機配置需要至少2G內存，推薦4G。否則在運行C3d時容易內存不足，導致死機。GE需要5.0以前的版本，新版本GE與Civil 3d不兼容，導出地形過程中失敗，Civil 3d版本為07及以后的新版即可。

3.2 軟件設置

在GE中根據(jù)選擇可能的排土場位置，保證窗口顯示的地形范圍能夠包括排土場設計所需的地形。勾選谷歌地圖中Terrain圖層，這個圖層包含了地圖中的標高數(shù)據(jù)。（見圖1）

打開C3d，利用Units命令設置單位為m，其他根據(jù)需要設置。由于C3d的等高線間距默認為1，如果以毫米為單位，生成的等高線間距也會變成1毫米，大量的等高線往往會造成程序錯誤。

圖1

3.3 導入地形及圖像

選擇文件菜單中的導入功能，從谷歌中導入圖像和曲面。C3d自動將GE中顯示的標高數(shù)據(jù)及圖像導入，C3d默認的只顯示曲面的邊界，因此，操作完成后只顯示圖像和曲面邊界線，標高信息實際已經(jīng)被C3d儲存。修改曲面樣式，在曲面樣式管理器中通過控制內部圖層可以選擇曲面的顯示方式（見圖2），利用圖層管理，方便以等高線、三角網(wǎng)等樣式顯示導入的地形（見圖3、圖4）。

圖2

圖3

圖4

導入的地形圖坐標是由用戶設置的，而不是GE默認的坐標值，由于GE的坐標也存在比較大的誤差，因此對圖紙坐標的核對意義不大。

3.4 地形處理

利用C3d曲面樣式管理功能，把GE中導出的標高點利用三角網(wǎng)表現(xiàn)出來。利用曲面實用功能里的貼圖工具，將圖像粘貼到曲面上。即得到仿真地形（見圖5）。C3d導入圖像是黑白的，也可利用截圖，將彩色圖片粘貼到曲面上。

圖5

3.5 排土場繪制

在確定了排土場平面、標高以及邊坡參數(shù)之后，就可以利用之前導入的地形進行三維設計。新建一個設計曲面，將排土場的設計標高點設置到該曲面。C3d提供了多種放坡形式，包括分臺階放坡、定高放坡、定距放坡等，設計人員可以根據(jù)設計靈活布置。本次設置的放坡形式為單臺階放坡。放坡之后即可得到，排土場模型（見圖6）。設計地形與自然地形處理后，可利用C3d的土方計算功能得出土方量，得出的填方量即為排土場容積。土方計算一般采用網(wǎng)格法（見圖7）。

圖6

圖7

3.6 曲面合成

利用設計得到的排土場生成曲面，與之前得到的地形曲面合并，在三維視口中進行觀察，即可得到較為真實的工程模型（見圖8）。C3d還提供了將模型導入到GE的功能，方便與附近的地物聯(lián)系起來，檢查方案的合理性。

圖8

4.與傳統(tǒng)地形圖比較

4.1 時效性

傳統(tǒng)的小比例尺地形圖多為幾年甚至幾十年之前測得，很多地物地貌發(fā)生變化，會對工程造成一定的影響。與傳統(tǒng)的小比例尺地形圖相比，GE的時效性更好，更新周期一般為1～3年，通過圖片參照，能夠了解最新的地物地貌。

4.2 繪制方法

將原始的地理信息資料通過整理和抽象化用制圖方式表達，其中包含對資料的人為理解和判讀，可能絕大部分是準確的，但錯誤是難以避免的。年代久遠的舊版本地圖由于時間和技術的限制尤其如此。

GE的地形資料更多的是經(jīng)過自動處理的原始地形地貌資料，抽象化資料相對有限，人為的成分相對較少，需要個人的判讀和標注。GE的3d模型的山脊和蒙皮圖片的山脊常常會有一些偏移，這顯然是由于“高程視角差”，GE應該是做了相應的處理和糾正。

4.3 精度

一般繪制精確的山區(qū)復雜地圖是極困難的事情，很多小比例尺地圖的等高線用了簡單的內插法和相對比例較小的地圖沒有本質的區(qū)別。

GE導入地形圖上等高線的畫法也是內插法得來的，即C3d利用GE標高點內插形成等高線，其精度由GE標高點的準確性和密度決定，GE的標高點間距一般在幾十米，精度與1：50000的地圖接近。等高線只是提供了山勢的主要走向，幾條均勻的等高線之間的坡度很可能不是均勻的，他們中間完全有可能出現(xiàn)不大于一條等高距的陡坡或懸崖，因此，GE地形圖只適合前期方案設計。

4.4 實用性

對于傳統(tǒng)紙質地形圖，計算機能通過掃描儀讀入，但C3d不能識別，無法進行土方計算和三維設計，使用不便。

GE的地形圖使用方便，無需后期處理，這是最大的優(yōu)勢所在。

5 結語

C3d結合GE不僅能夠在方案階段提前獲取地形圖，開展方案設計，節(jié)省時間，而且能進行仿真設計，能夠直觀的了解方案，判斷方案的合理性。

此方法的缺點在于GE的地形標高點密度小，地形圖精度較差，因此該方法只能應用與方案前期工作。

筆者僅利用排土場的設計介紹了C3d的部分功能，C3d對規(guī)劃、道路、總圖等專業(yè)有著較強的針對性，不僅能夠更便捷的完成平面設計，還能在平面設計的基礎上進行精確的豎向設計，生成三維模型，實現(xiàn)了真正的設計三維化，與利用3DMax結合photoshop制作的效果圖有著本質的不同，與工程設計緊密結合。

[1]有色金屬礦山排土場設計規(guī)范GB50421-2007

[2]鐘蜀華.Autodesk Civil 3D 2008三維數(shù)字地形模型的創(chuàng)建與應用 [J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2008 （10）；153～155

[3]Autodesk Civil 3d 在精確地形建模中應用的幾點體會 [J]. 水利規(guī)劃與設計 ,2008（2）；51～53

Application of Civil 3D and Google Earth in the engineering program

liu Dong Wang Yiming
MCC Capital Engineering & Research Incorporation Qinhuangdao Co. Ltd

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.050

劉冬 男 1985年1月生- 助理工程師 從事礦山總圖運輸、道路工程設計 中冶京誠（秦皇島）工程技術有限公司（原秦皇島冶金設計研究總院）。