公路勘察設(shè)計(jì)中計(jì)算與制圖方法及技巧

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簡介： 公路勘察設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)幾乎可以被開發(fā)應(yīng)用到每一個(gè)角落，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、制圖設(shè)計(jì)，不但精確度高，而且可以大大提高工作效率。本文結(jié)合一些計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件以及筆者實(shí)際的應(yīng)用總結(jié)，具體地介紹了計(jì)算機(jī)在測設(shè)中的一些十分有用的應(yīng)用過程。
關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)應(yīng)用 科學(xué)計(jì)算 函數(shù) 地面高程計(jì)算

1.引言：

　　公路勘察設(shè)計(jì)是一項(xiàng)集野外勘察、測量與室內(nèi)計(jì)算、設(shè)計(jì)、制圖等工作為一體的復(fù)雜的綜合工程。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以往的三角板、計(jì)算尺、木質(zhì)繪圖板等已經(jīng)難以跟上時(shí)代步伐，必將被逐漸淘汰，而計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)的、高效率的生產(chǎn)工具，已經(jīng)逐步廣泛應(yīng)用于各類建設(shè)領(lǐng)域中，由于勘察設(shè)計(jì)行業(yè)自身的工作特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)更應(yīng)該被廣泛充分地開發(fā)應(yīng)用，我們公路勘察設(shè)計(jì)者尤其應(yīng)該引起重視。

　　隨著現(xiàn)代公路建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多計(jì)算復(fù)雜、而且計(jì)算工作量十分巨大的問題，不用說計(jì)算尺，即使是用手工加計(jì)算器的方式也往往難以完成整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算工作，再者即使是我們常用的普通計(jì)算，也普遍需要提高計(jì)算的準(zhǔn)確率及快捷性，小型計(jì)算器計(jì)算能力小、計(jì)算結(jié)果不容易存儲(chǔ)和反復(fù)應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算，則可進(jìn)行全面地連續(xù)計(jì)算，并循環(huán)反復(fù)地應(yīng)用逐個(gè)計(jì)算結(jié)果，也能直觀地顯示與快速全面地保存，而且最終還可以形成正規(guī)的計(jì)算表格并打印輸出，避免了小型計(jì)算器(包括一些可輸入公式的計(jì)算器)來回手工轉(zhuǎn)抄計(jì)算結(jié)果，最后還得交付計(jì)算機(jī)專門去轉(zhuǎn)抄打印，其間往往容易產(chǎn)生各種無意義的紕漏差錯(cuò)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，準(zhǔn)確率卻低。因此，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接地、聯(lián)動(dòng)地使用中間計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行“全面后臺(tái)計(jì)算”的方式是必然的發(fā)展趨勢。

　　近年來，計(jì)算數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件及工程設(shè)計(jì)制圖軟件突飛猛進(jìn)、層出不窮，我們一方面不但可以應(yīng)用其快速地完成復(fù)雜冗繁的計(jì)算，而且可以對計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納，并做出合理的推理或預(yù)測；另一方面，各種設(shè)計(jì)制圖軟件又為設(shè)計(jì)者提供了廣闊的平臺(tái)，不但可以利用之進(jìn)行精確的制圖，更可以利用其空間模型模擬實(shí)物，這就猶如建造了一個(gè)虛擬卻又是實(shí)際的、精確的“實(shí)驗(yàn)室”，依據(jù)它我們可以直觀、準(zhǔn)確而又快速、簡捷地對各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算、分析、比選，進(jìn)而得出該方案的可行性以及實(shí)際可能產(chǎn)生的效果等等一系列結(jié)論。

　　 以下結(jié)合筆者實(shí)際工作中的總結(jié)，從工程科學(xué)計(jì)算與工程設(shè)計(jì)制圖兩個(gè)方面談?wù)劰房辈煸O(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)的具體應(yīng)用（當(dāng)然不止這些應(yīng)用）。

　　2. 工程科學(xué)計(jì)算

　　2.1計(jì)算地面高程數(shù)據(jù)

　　在公路勘測以及工程施工中，水平測量是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際工作中測量時(shí)應(yīng)該仔細(xì)認(rèn)真，計(jì)算時(shí)也來不得半點(diǎn)馬虎，否則前功盡棄,如何能快速準(zhǔn)確地計(jì)算水平高程值得研究。這里介紹一下筆者工作中利用EXCEL電子表格來計(jì)算地面高程的方法，以此方法我們可以建立一個(gè)實(shí)用模板,從而可以方便快速而又準(zhǔn)確地得到水平測量結(jié)果。

　　2.1.1該方法的特點(diǎn)

　　圖1所示為筆者建立起的模板界面，A欄為樁號（ZH）欄，B欄為后視（HS）欄，C欄為中間點(diǎn)（ZJ）欄，D欄為前視（QS）欄，E欄為儀器高（YQG）欄，F(xiàn)欄為地面高程（DMG）欄。我們只需在A欄內(nèi)輸入樁號值，在B、C、D欄內(nèi)分別輸入所測得的后視點(diǎn)、中間點(diǎn)、前視點(diǎn)的測量值，在地面標(biāo)高欄內(nèi)輸入一個(gè)已知點(diǎn)（如BM1為已知水準(zhǔn)點(diǎn)）高程，系統(tǒng)即會(huì)自動(dòng)計(jì)算每個(gè)對應(yīng)樁號之高程，同時(shí)還可以在Sheet 2工作表內(nèi)自動(dòng)生成只有樁號欄與地面高程欄計(jì)算結(jié)果的工作表。

　　a）顯示數(shù)據(jù)時(shí)的界面

　　b）顯示公式時(shí)的界面

　　圖1

　　在輸入樁號時(shí)，系統(tǒng)只需輸入連續(xù)數(shù)字 ( 例如5678932)， 系統(tǒng)自動(dòng)加入K*+***.**的樁號格式；輸入前后視、中間點(diǎn)及高程之值只需輸入不帶小數(shù)點(diǎn)的連續(xù)數(shù)字，系統(tǒng)自動(dòng)加入三位小數(shù)（系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果也以三位小數(shù)計(jì)）,例如前(后)視為2.133,只需輸2133,系統(tǒng)自動(dòng)處理為2.133，高程輸入456123系統(tǒng)自動(dòng)處理為456.123 (米)；在Sheet2工作表內(nèi)自動(dòng)生成的只有樁號與地面高兩欄內(nèi)容的文件，可以很方便地用做其他程序的數(shù)據(jù)文件（例如，HEAD公路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的*.DMG文件）。

　　2.1.2計(jì)算模板的建立步驟：

　　 1.打開EXCEL電子表格應(yīng)用程序，設(shè)置頁面，可設(shè)紙張為A4紙；

　　 2. 打開工具菜單，在選項(xiàng)欄內(nèi)設(shè)置自動(dòng)設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位數(shù)為 3位小數(shù)；

　　 3.選中工作表A欄，打開格式菜單，選中“單元格”，在單元格菜單中選中“數(shù)字”欄，自定義單元格格式為“K0+000”；

　　 4. 選中B、C、D、E、F欄，打開格式菜單，在單元格中設(shè)置自定義單元格式為“0.000”；

　　 5. 在E2單元格內(nèi)輸入“=F2+B2+C2”，在F3單元格內(nèi)輸入“=E2-C3-D3”，選中E2并復(fù)制E2至整個(gè)E欄，同樣，選中F3并復(fù)制F3至F3以下的F欄單元格。

　　 6.打開Sheet2工作表，在A1單元格內(nèi)輸入“=Sheet！A1”，在B1單元格內(nèi)輸入“=Sheet1！F1”，選中A1與B1單元格，拖動(dòng)復(fù)制小柄至整個(gè)A、B欄，生成的Sheet2如圖二示。

　　最后，選擇文件菜單，將整個(gè)工作薄另存為模板格式，這樣，整個(gè)模板已全部建成，以后使用時(shí)只需“新建”文件，調(diào)出模板使用即可。使用時(shí)只需輸入后視、中間點(diǎn)及前視的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)按照已經(jīng)建立的公式關(guān)系進(jìn)行新數(shù)據(jù)的計(jì)算，并自動(dòng)更新計(jì)算結(jié)果，十分方便快捷。

　　圖2 Sheet2工作表

　　2.1.3使用模板時(shí)的注意事項(xiàng)：

　　*輸入數(shù)字可不帶小數(shù)點(diǎn)（但必須輸夠位數(shù)），系統(tǒng)自動(dòng)加入3位小數(shù)。BM點(diǎn)高程在DMG欄內(nèi)輸入(確保選項(xiàng)編輯為自動(dòng)加入3位小數(shù)。）；

　　* 刪除字符應(yīng)用Del鍵或用清除快捷鍵，不可用刪除單元格而下或右單元格替代的命令；

　　*Sheet2可以單獨(dú)存為帶空格格式的文本文件，以備其他應(yīng)用程序之需。

　　2.2計(jì)算及編制土石方數(shù)量表

　　土石方數(shù)量表的計(jì)算與編制是路基工程中的重要內(nèi)容，由于土方計(jì)算比較繁雜，本樁利用、調(diào)配及借方、棄方必須保持一定的平衡關(guān)系，在逐樁計(jì)算及調(diào)配時(shí)如果有一處錯(cuò)誤，最后在匯總時(shí)也不能平衡，一般的手工計(jì)算在計(jì)算時(shí)即十分煩瑣，出現(xiàn)錯(cuò)誤檢查時(shí)更是必須從頭逐一核對，讓計(jì)算者感到煩瑣而又易于出錯(cuò)。而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)計(jì)算，則既可以提高計(jì)算準(zhǔn)確性，又可以十分方便于核對檢查，大大節(jié)約了人力和工作時(shí)間。

　　下面介紹一下筆者在實(shí)際工作中利用計(jì)算機(jī)電子表格軟件進(jìn)行土石方計(jì)算的方法。

　　2.2.1扣路槽后挖填面積的自動(dòng)分析計(jì)算

　　利用EXCEL電子表格，建立土石方計(jì)算表的模板，首先應(yīng)該得到填方與挖方面積數(shù)據(jù)，這可以從HEAD公路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的橫斷面中得到（由于該軟件的局限，扣路槽有誤，而且土石方計(jì)算無法調(diào)配，并且只能計(jì)算兩類填挖材料，因此我們可以使用筆者這里總結(jié)的方法），然后進(jìn)行扣路槽后填挖面積的變換（扣路槽數(shù)據(jù)也可以利用此電子表格編算一個(gè)公式得到，然后粘貼于土石方表的挖、填方扣路槽面積的對應(yīng)列中），公式如下圖所示：

　　 圖3 扣除路槽的自動(dòng)計(jì)算

　　單純應(yīng)用公式“扣路槽后挖方面積=原始挖方面積+挖方扣路槽面積”與“扣路槽后填方面積=原始填方面積-填方扣路槽面積”，則扣路槽后的面積填方有可能為負(fù)值，因此，必須進(jìn)行此負(fù)值轉(zhuǎn)移為挖方值的步驟，上圖中H列與I列即是應(yīng)用了邏輯函數(shù)“if”語句處理這一過程，此公式可總結(jié)如下：

　　挖方面積=IF(G_i>0,F_i,F_i-G_i) (說明:若G_i>0,則填方值為F_i,若G_i<0,則填方值為F_i-G_i)

　　填方面積=IF(G_i<0,0,G_i) (說明:若G_i<0,則填方值為0,若G_i>0,則填方值為G_i )

　　這樣便對F、G列單純的加減結(jié)果進(jìn)行了修正，得到最終扣路槽后的“挖方面積”與“填方面積”。

　　2.2.2 本樁利用的自動(dòng)分析計(jì)算

　　 本樁利用的理在編制程序時(shí)時(shí)應(yīng)注意幾種填挖土石類型的分配關(guān)系，并考慮挖方分類的總量與填方利用時(shí)的關(guān)系?？煽偨Y(jié)程序公式如下表：

　　上表中還可以再加上其它土石類別,并可以自由定制哪一類為優(yōu)先利用,在此限于篇幅,不再贅述。

　　2.2.3遠(yuǎn)運(yùn)利用調(diào)配

　　 在得到填缺及挖余的計(jì)算結(jié)果后，即可以著手進(jìn)行調(diào)配。調(diào)配時(shí)可充分利用電子表格中下方狀態(tài)欄內(nèi)的SUM求和功能，在選中需要調(diào)配的一部分挖余數(shù)據(jù)或者選中需要被調(diào)入的填缺一部分?jǐn)?shù)據(jù)后，下方狀態(tài)欄內(nèi)可以即時(shí)顯示所選中的數(shù)據(jù)的求和結(jié)果，這樣我們可以對需要調(diào)配的挖余及填缺量進(jìn)行即時(shí)的計(jì)算與對比，從而確定調(diào)配的位置、方向及數(shù)量?；竟胶头椒愃朴谝陨细鞴?jié)所述，在此從略。

　　 在調(diào)配結(jié)束后，可以繼續(xù)利用該軟件的繪圖功能，繪出連接線，示意調(diào)配方向。

　　 值得一提的是，可以在表格打印區(qū)外建立公式：挖方欄+借方欄=填方欄+棄方欄（可以任意對各欄數(shù)據(jù)乘或除某一松實(shí)系數(shù)，從而使天然方與壓石方得到換算，使其可以相加），此公式可以在每一行都建立，從而對每行隨時(shí)都進(jìn)行了閉合驗(yàn)算，隨時(shí)糾正可能的失誤。

　　2.2.4土石方表最后的編制修整

　　 對中間的計(jì)算結(jié)果可以利用隱藏列的方法，只留下正式表格需要的行列，即可生成我們所需要的正式表格。圖4是利用上述方法生成的土石方計(jì)算樣表。

　　在確認(rèn)無誤后，即可打印輸出標(biāo)準(zhǔn)土石方計(jì)算表。

　　我們還可對對逐樁號數(shù)據(jù)及調(diào)配示意等內(nèi)容進(jìn)行隱藏，只留下每公里小計(jì)欄目，這樣即可得到每公里土石方數(shù)量表。

　　土石方計(jì)算表機(jī)上預(yù)覽

　　圖4

　　2.3應(yīng)用函數(shù)語句進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算簡介

　　上面介紹了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行公路設(shè)計(jì)計(jì)算的部分功能，當(dāng)然這只是很小的一部分功能，我們可以類似地求解其他各種問題，例如編制路面表、直線曲線轉(zhuǎn)角表、等等。我們還可以開發(fā)利用其他軟件來進(jìn)行更復(fù)雜的運(yùn)算，例如公路交通量的預(yù)測計(jì)算，公路經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，公路道路、隧道燈光照明的計(jì)算等等。在這些計(jì)算中，函數(shù)是最基本的程序計(jì)算元素，常常會(huì)用到。

　　所謂函數(shù)實(shí)際是一些預(yù)定義的公式，它們使用一些稱為參數(shù)的特定數(shù)值按特定的順序或結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。例如，SUM 函數(shù)對單元格或單元格區(qū)域進(jìn)行加法運(yùn)算，IF函數(shù)為邏輯函數(shù)，它按照給定的條件返回符合條件的數(shù)值。函數(shù)中的參數(shù)可以是數(shù)字、文本、形如TRUE 或 FALSE 的邏輯值、形如 #N/A 的錯(cuò)誤值，給定的參數(shù)必須能產(chǎn)生有效的值，參數(shù)也可以是公式或其它函數(shù)。 函數(shù)的結(jié)構(gòu)以函數(shù)名稱開始，后面是左圓括號、以逗號分隔的參數(shù)和右圓括號。如果函數(shù)以公式的形式出現(xiàn)，則在函數(shù)名稱前面鍵入等號（=）。

　　 SUM函數(shù)格式為“=SUM（A1，C10）”，它表示對A行1列到C行10列區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和運(yùn)算。邏輯函數(shù)IF檢查的條件要么為真要么為假。如果條件為真，則函數(shù)返回某一值；如果條件為假，則函數(shù)將返回另一值。此函數(shù)包含三個(gè)參數(shù)：要檢查的條件、當(dāng)條件為真時(shí)的返回值和條件為假時(shí)的返回值。

　　格式為： =IF(logical_test,value_if_true,value_if_false)

　　在上述扣路槽計(jì)算及本樁利用的計(jì)算中，我們都使用到了IF函數(shù)語句。

　　例如：表1中的“=IF(Q4<$R4,P4,IF(P4/0.84<$R4,P4,$R4*0.84))”，這是一個(gè)雙重嵌套IF函數(shù)語句。在遠(yuǎn)運(yùn)利用調(diào)配、每公里小計(jì)及總計(jì)中都要用到SUM函數(shù)。

　　在公路經(jīng)濟(jì)分析評價(jià)中，我們還可以應(yīng)用一些統(tǒng)計(jì)分析函數(shù)，例如：FORECAST，它可以根據(jù)給定的數(shù)據(jù)計(jì)算或預(yù)測未來值。此預(yù)測值為基于一系列已知的 x 值推導(dǎo)出的 y 值。在以數(shù)組或數(shù)據(jù)區(qū)域的形式給定 x 值和 y 值后，則返回基于 x 的線性回歸預(yù)測值。使用此函數(shù)可以對未來交通量發(fā)展趨勢及經(jīng)濟(jì)效益情況進(jìn)行預(yù)測。

　　語法：

　　FORECAST(x,known_y's,known_x's)

　　X 為需要進(jìn)行預(yù)測的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

　　Known_y's 為因變量數(shù)組或數(shù)據(jù)區(qū)域。

　　Known_x's 為自變量數(shù)組或數(shù)據(jù)區(qū)域。

　　2.4 概率分析計(jì)算簡介

　　 概率分析是研究不確定因素變化發(fā)生可能性的大小，以及在這種可能性下對評價(jià)指標(biāo)的影響程度及獲得收益的概率。這樣的計(jì)算具有一定的數(shù)據(jù)復(fù)雜性與隨機(jī)性，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算是最好的方法。

　　我們可以建立概率分析模型，量化各因素對經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)的影響程度。其形式如下：

　　設(shè)隨機(jī)變量函數(shù)為y=f(x₁,x₂,…….,x_n);隨機(jī)變量x_i(i=1,2,…….,n)相互獨(dú)立；它們的分布是已知的，分別為p(x₁),p(x₂),…,p(x_n);求隨機(jī)變量函數(shù)y的分布。

　　在計(jì)算機(jī)上用隨機(jī)抽樣的算法，從分布p（x_i）中抽得x’_i,，由隨機(jī)數(shù)x’_i 計(jì)算得到的函數(shù)y的隨機(jī)數(shù)y1=f(x’₁,x’₂,…….,x’_n)。重復(fù)上述步驟，又可從第二次抽樣結(jié)果x’’_i算得y的另一隨機(jī)數(shù)y2= f(x’’₁,x’’₂,…….,x’’_n)。這樣重復(fù)N次，就可以得到隨機(jī)變量y的一個(gè)容量為N的子樣（y₁，y₂，…，y_N）。用子樣分布S_N（y）近似y的分布P（y）。再采用同余法產(chǎn)生（0，1）均勻分布隨機(jī)數(shù)，其遞推公式為：x_n=（ax_n+b）modM，所得到的隨機(jī)數(shù)x1，x2，…是在[0，M]上均勻分布的隨機(jī)數(shù)，令u₁=x₁/M，u₂=x₂/M，…，則u₁，u₂…是在[0，1]上均勻分布的隨機(jī)數(shù)。然后采用概率積分法變換產(chǎn)生連續(xù)型或離散型隨機(jī)變量，將各風(fēng)險(xiǎn)因素概率分布隨機(jī)變量帶入評價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式，得到一評價(jià)子樣，重復(fù)N次，得到容量為N的評價(jià)指標(biāo)子樣分布，對子樣分布進(jìn)行分布假設(shè)及分布檢驗(yàn)，并對接受檢驗(yàn)的分布函數(shù)參數(shù)估計(jì)，由理論分布曲線求出風(fēng)險(xiǎn)度。

　　3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

　　 公路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)集合圖形繪制及設(shè)計(jì)思路相附和的過程，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用正與制圖設(shè)計(jì)的特點(diǎn)相吻合：可以自如地制圖并對圖形進(jìn)行移動(dòng)、合成等編輯，甚至可以引入?yún)?shù)進(jìn)行參數(shù)變換設(shè)計(jì)。

　　在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工作中，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行大量的信息加工、管理和交換，也就是在設(shè)計(jì)人員初步構(gòu)思、判斷、決策的基礎(chǔ)上，由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)庫中大量設(shè)計(jì)資料進(jìn)行檢索，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算、分析及優(yōu)化，將初步設(shè)計(jì)結(jié)果顯示在圖形顯示器上，以人機(jī)交互方式反復(fù)加以修改，得到最優(yōu)方案后在打印機(jī)上輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。其工作過程可以圖5表示。

　　圖5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工作過程

　　3.1利用AUTOCA2000進(jìn)行工程制圖與設(shè)計(jì)

　　 AUTOCAD是AUTODESK 公司開發(fā)的實(shí)用的設(shè)計(jì)制圖軟件，我們利用它可以比較自如地進(jìn)行公路方面的一些設(shè)計(jì)。

　　 AUTOCAD2000具有良好的設(shè)計(jì)環(huán)境使我們能專心進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不用過分注意鍵盤、鼠標(biāo)等。AutoCAD 2000 同時(shí)提供了許多工具用來處理以前的大部分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，從而減少訪問和重新設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間。它可以在單個(gè) AutoCAD 任務(wù)中處理多個(gè)圖形，并在圖形之間復(fù)制、移動(dòng)、繪制對象、附加關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。使用AutoCAD 設(shè)計(jì)中心我們可以確定內(nèi)容（例如塊、圖層和命名對象）位置并將其加載到圖形中。使用QDIM 命令可以用一組簡單的幾何圖形自動(dòng)創(chuàng)建大量標(biāo)注。使用“平行”和“延伸”對象捕捉可以更精確地繪制圖形?？梢赃M(jìn)行自動(dòng)追蹤，它以極坐標(biāo)角度或相對于對象捕捉點(diǎn)的角度，并使用極坐標(biāo)和對象捕捉追蹤創(chuàng)建對象。還可以局部打開和局部加載，即只打開和編輯需要的部分圖形或外部參照。：使用3DORBIT 命令可以方便地處理三維對象視圖，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維旋轉(zhuǎn)，利用這一功能可以對公路透視圖進(jìn)行編輯和查看。

　　AUTOCAD2000還具有多個(gè)活動(dòng)工作平面的功能，各視口和視圖可以有不同的用戶坐標(biāo)系（UCS）和標(biāo)高設(shè)置，這使處理三維圖形更容易。利用該功能可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)公路測設(shè)數(shù)據(jù)生成包含路面、中央分割帶、防護(hù)欄、路面標(biāo)線、填挖邊坡、擋土墻等模型的公路景觀。

　　3.2 HEAD公路工程輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)

　　3.2.1概述

　　HEAD公路工程輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Highway Engineering Aided Design System）依托交通部第一公路勘察設(shè)計(jì)院的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)實(shí)力，適用于公路路線設(shè)計(jì)、平交和立交設(shè)計(jì)、橋涵鋼筋設(shè)計(jì)等各個(gè)相關(guān)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也適用于工可、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)以及外業(yè)測量等各個(gè)測設(shè)階段。它功能特點(diǎn)有：

　　1．具有動(dòng)態(tài)導(dǎo)航自動(dòng)捕捉等功能。

　　2．可任意擴(kuò)充的參數(shù)化圖庫和固定圖庫。

　　3．可與AutoCAD直接轉(zhuǎn)換。

　　4．可用C語言方便地進(jìn)行二次開發(fā)。

　　5．直角坐標(biāo)系與測量坐標(biāo)系可自由轉(zhuǎn)換。

　　6．鋼筋設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)習(xí)慣和鋼筋標(biāo)準(zhǔn)方法。

　　7．精確的回旋線定義功能。

　　8．實(shí)用的路線查詢功能。

　　9．豐富的各種平面線型設(shè)計(jì)。

　　10．提供多種交互式拉坡與豎曲線設(shè)計(jì)方法。

　　11．自由選擇或定義路基斷面型式。

　　12．開放的圖庫類型。

　　3.2.2系統(tǒng)的一些特殊用途

　　3.2.2.1自建的內(nèi)業(yè)“測量場地”：

　　利用系統(tǒng)的查詢功能，可以對圖中的內(nèi)容進(jìn)行查詢，這無異于在計(jì)算機(jī)這樣一個(gè)虛擬世界中建立起符合實(shí)際的“測量場地”，猶如用超級全站儀進(jìn)行“內(nèi)業(yè)測量”。

　　在命令行輸入ELEN，則可指點(diǎn)圖素進(jìn)而得到其實(shí)際長度，這相當(dāng)于實(shí)際的長度測量，我們類似地可以進(jìn)行點(diǎn)點(diǎn)之間、點(diǎn)線之間、線線之間的距離測量；如果輸入LANG則可得到某一直線的方位角，輸入LLANG則可以測量某兩直線的夾角；利用DIMZB命令可以進(jìn)行某特殊點(diǎn)位的坐標(biāo)測量；我們還可以利用屬性的查詢而得到圓（弧）長度、半徑等數(shù)據(jù)以及回旋線長度、回旋線參數(shù)等數(shù)據(jù)；等等。

　　我們首先可以利用實(shí)地的一些測量結(jié)果建立起計(jì)算機(jī)中的模擬環(huán)境，然后，利用上面的命令或者操作過程，測量到更多內(nèi)容的數(shù)據(jù)。

　　實(shí)例：

　　圖6是一個(gè)平交設(shè)計(jì)，我們可以利用HEAD 公路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并計(jì)算，這其中就要用到許多特殊用途。

　　圖6

　　我們首先可以利用全站儀測得的實(shí)地坐標(biāo)在計(jì)算機(jī)上按照坐標(biāo)繪出交叉路線的位置，如上圖中的3個(gè)控制點(diǎn)：兩路線中線上各一點(diǎn)和相交點(diǎn)，只要輸入這三個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，即可得到路線交叉走向關(guān)系，然后按照路線的寬度生成路線邊線，再指點(diǎn)兩相交的路線邊線作與兩邊線都相切的圓弧，在與兩線相切的前提下，系統(tǒng)會(huì)提示需要多大半徑的圓弧，這時(shí)我們可以依據(jù)平交技術(shù)規(guī)范以及實(shí)地情況，設(shè)出平交半徑，我們可以不斷地變化半徑大小，這樣系統(tǒng)就把所有的變化都顯示在圖形上，我們可以直觀地進(jìn)行比較，得到最后結(jié)果后我們可以方便地刪掉不需要的弧線，。這樣作出的圖是與實(shí)際相符的準(zhǔn)確圖形，我們可以繼續(xù)利用查詢功能方便地得到所設(shè)圓弧與邊線相交點(diǎn)a、b、c、d等特征點(diǎn)的坐標(biāo)，還可以測量各弧長度（例如圖中的弧長j、m）、弧與邊線圍成的區(qū)域的面積(例如圖中陰影填充部分的面積a)等數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)我們可以得到所設(shè)平交的工程數(shù)量。另外，如果在該平交處設(shè)有一涵洞，涵洞兩個(gè)端口設(shè)在兩相對的弧線上并與路線1相平行，而且涵洞通過路線2的某一特定中樁，依據(jù)這些條件我們可以方便地在圖中作出該涵洞，如圖中的粗線所示，我們繼續(xù)可以測量出滿足上述幾何條件的涵洞的長度、以及涵洞與路線2的斜交角等數(shù)據(jù)。以上這些數(shù)據(jù)如果利用幾何關(guān)系進(jìn)行公式計(jì)算，將是麻煩而又不準(zhǔn)確的，但使用此處介紹的特殊功能將準(zhǔn)確而又快捷。

　　3.2.2.2變參設(shè)計(jì)

　　變參設(shè)計(jì)是將一些常常用到的設(shè)計(jì)圖形進(jìn)行參數(shù)化處理，在以后設(shè)計(jì)中只需進(jìn)行變化參數(shù)，則構(gòu)筑的參數(shù)化圖形即可按照輸入的參數(shù)值做圖形變換，生成新圖。變參設(shè)計(jì)減少了重復(fù)勞動(dòng)，大大提高了設(shè)計(jì)的速度。

　　例如，圖6所示的平面交叉設(shè)計(jì)，我們可以先作出圖形模板，然后對需做變參的圖素進(jìn)行標(biāo)注并設(shè)置代號，如兩路線交角α、控制點(diǎn)1、2、3的坐標(biāo)N_i、E_i（_i=1、2、3）、路線1與路線2的寬度B₁、B₂以及弧長j、m或者弧線所在圓的半徑R_i（_i=1、2），標(biāo)注完之后應(yīng)存盤，在以后同類型的設(shè)計(jì)中，我們只需執(zhí)行變參設(shè)計(jì)命令并調(diào)出已經(jīng)存好的模板，即可出現(xiàn)參數(shù)對話框，依次輸入α、N_i、E_i（_i=1、2、3）、B₁、B₂、j、m、R_i（_i=1、2）這13個(gè)參數(shù)的新數(shù)值后，即可自動(dòng)生成符合條件的準(zhǔn)確圖形。

　　變參設(shè)計(jì)給用戶提供了廣闊的二次開發(fā)空間，我們可以建立起各種常用變參模板，構(gòu)成圖形數(shù)據(jù)庫，供以后設(shè)計(jì)使用。類似的變參設(shè)計(jì)還有很多，在此不再一一敘述。

　　4.結(jié)語

　　科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，是我們促進(jìn)生產(chǎn)效率、工作質(zhì)量大幅度提高的有力武器，我們應(yīng)該大力開發(fā)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的各種潛能，使之更好地為我們工作服務(wù)。本文所介紹的僅僅是筆者實(shí)際工作中較常用到的幾個(gè)方面，范圍相當(dāng)有限，謹(jǐn)供同行參考，希望對您有所啟發(fā)，也希望能夠拋磚引玉，共同提高。