使用Civil-3D建立数字地形模型

1AUTODESKCIVIL3D2007白皮书使用Civil3D建立数字地形模型1.简介Civil3D软件是Autodesk为土木与基础设施行业提供的三维设计解决方案，适用于勘测、场地规划、总图、道路设计、水利工程、地质矿产等多个不同的行业领域。Civil3D的功能非常强大，但其中最有价值的是三维数字地形模型。使用数字地形模型，既可用于直观的查看场地的三维效果，也可用于土方计算、纵横断面绘制等设计与计算用途。因此，详细了解如何生成数字地形模型非常重要。本文不是一份全面的Civil3D入门教材，而是着重讨论如何在Civil3D中根据多种原始数据创建数字地形模型。在Civil3D中，数字地形模型被称为“曲面”。用户需要首先创建一个曲面对象，然后把源数据（例如测量点、等高线、DEM文件等）添加到曲面定义项中，就可以生成曲面。在Civil3D中创建曲面对象的步骤是：在工具空间的“浏览”选项板上找到“曲面”结点，单击右键，选择“新建”，然后在弹出对话框中输入新建曲面的名称与描述（可选），确定即可。创建了曲面对象之后，在工具空间的浏览选项板上，展开“曲面”结点前的按钮，就可以看到新生成的曲面对象。继续展开该曲面对象以及其下的“定义”结点，就可以看到在“定义”目录下面列出了多种源数据类型。Civil3D能通过列表中的任一种源数据生成曲面，也可以混合使用多种源数据，只要把这些源数据添加到曲面的定义目录下面即可。然而，根据源数据的类型和质量不同，可能需要采取不同的处理手段。下文将详细介绍。使用CIVIL3D建立数字地形模型22.使用测量点数据使用原始的测量点数据创建地形模型是最直接、最准确的方式。在Civil3D中，如果能获取测量点数据，那么最好是直接从测量点数据创建地形曲面，因为这样能避免通过其它软件进行处理而引入的额外误差。根据具体情况不同，有些时候我们可以取得点数据文件，而有些时候我们只能利用现有DWG图上绘制的测量点对象。因此，根据不同的数据来源，我们可以采用不同的创建方式。2.1使用点数据文件在Civil3D中，可以导入文本格式的点数据文件（.txt或.csv）。例如，右图是一个典型的点数据文件，文件的每一行表示一个测量点，而四列数据分别表示点编号、X、Y、Z坐标，列之间用空格分隔。这样的数据格式被称为“PENZ（空格分隔）”格式。Civil3D中预定义的数据格式还有NEZ、PENZD等。格式名称中的每个字母代表的含义如下：P－点编号E－东距（AutoCAD中的X坐标）N－北距（AutoCAD中的Y坐标）Z－标高（AutoCAD中的Z坐标）D－点描述（任意字符串）使用CIVIL3D建立数字地形模型3格式名称中的字母排列顺序就代表了每一列的数据含义，而每种排列方式都可以选择使用逗号或者空格作为分隔符，因此可选择多种数据格式。另外，Civil3D也允许用户自定义数据格式，但不在本文的介绍范围内。如果用户使用的点数据文件是其它格式（例如Excel文件）的，则需要事先转成文本文件，并符合Civil3D的数据格式之一，然后才可以导入到Civil3D中。a)创建点编组有了点文件之后，就可以把文件导入到Civil3D中。通常的方式是先用点文件生成Civil点编组对象，然后使用点编组生成地形曲面。操作步骤：1.点击菜单“点-创建点”，然后在浮动的“创建点”工具栏上点击“导入点”按钮。2.在“导入点”对话框中选择正确的数据格式，点击按钮找到并选择数据文件，然后点击按钮创建一个新的点编组（输入一个点编组名称，例如“survey”）。点击“确定”后，Civil3D就会创建一个点编组，包含该文件中所有的测量点对象。3.创建点编组后，在绘图区域中应能看到所有的测量点（可能需要缩放当前视图区域才能看到）。同时，在Civil3D工具空间的“浏览”页面上选中对应的点编组结点后，数据列表中会显示该编组中所有的测量点。用户可以在此处直接查看和修改点数据。（小技巧：点击列表上任一列的栏头，则所有的点记录会按照该列的数值进行排序。在任一点记录上单击右键，选择“缩放到”，则当前视图会自动缩放到该点所在的位置。）使用CIVIL3D建立数字地形模型44.（如果尚未创建曲面对象，此时请先创建曲面。）在工具空间的浏览选项板上，单击展开“曲面”结点前的按钮，然后找到已生成的曲面结点，右键单击“定义”下的“点编组”结点，在弹出菜单中选择“添加...”5.在弹出的点编组列表中，选择名称为“Survey”的点编组，然后单击“确定”。很快，图上就生成了地形曲面的等高线（根据制图样板的不同，曲面的显示方式可能不同）。在这种方式中，所有的点数据都存放在DWG文件中，并且曲面与点编组是动态关联的。如果修改了点数据（例如修改标高），那么地形曲面可以动态的进行更新，因此非常方便。但由于在图文件中生成了大量的点对象，需要消耗较多的系统资源，因此只适合于点数量较小（50000）的情况。如果点数较多，那么建议使用下面的方式：b)引用点文件为了节省系统资源，提高效率，在Civil3D中也可以不创建Civil点对象，通过引用外部点文件的方式直接创建曲面。这种方式的步骤与上一种方式相似，但您可以跳过第1～3步，按照下述方式：1.按照上面第4步的方式，创建一个新的曲面。2.在工具空间的浏览选项板上，单击展开“曲面”结点前的按钮，然后找到新生成的曲面结点，右键单击“定义”下的“点文件”结点，在弹出菜单中选择“添加...”使用CIVIL3D建立数字地形模型53.在“添加点文件”对话框中，选择数据格式和要导入的文件（参见“创建点编组”），点击“确定”。于是就完成了创建曲面的过程。上述两种方式的不同特点，可以通过下面的表格进行对比：创建点编组引用点文件数据存储点数据存放在DWG文件内部，以后不再需要访问外部文件点数据存放在外部文件中，重新生成曲面时需要访问外部文件数据显示在图形中可以显示所有点对象，并可使用工具空间查看点数据在Civil3D环境中无法显示点数据数据修改在工具空间的列表上直接修改点数据，曲面可以自动更新需修改点文件，然后手动重新生成曲面运行性能消耗系统资源较多，因此速度较慢消耗较少的系统资源，速度较快从上表中可以看出，“创建点编组”的功能更丰富，但消耗资源较多，速度较慢，因此适合于点数量较少（50000）、并且需要在图中显示点对象的场合；而“引用点文件”的功能较简单，仅能生成曲面而不能显示点对象，但速度更快，因此适合于需要用大量点数据快速生成曲面的场合。2.2使用DWG图形中的点使用点文件虽然方便，但并不是任何情况下都可获得点文件。很多情况下，我们只能拿到DWG格式的图文件，而图上标明了勘测点的坐标和标高。例如，右图来自一张典型的地形图。图上用图块（有时是AutoCAD点对象或者圆形）标示出点的位置（即XY坐标），旁边用文字标出点的高程。有些情况下，图块（包括AutoCAD点对象或者圆形，以下同）本身的Z坐标就是正确的高程值，而有些情况下图块对象本身的Z坐标为0。根据原始数据的情况不同，可以采取不同的处理手段：a)使用有高程的图块或对象Civil3D可以直接将有标高的图块处理为测量点对象。步骤是：1.新建曲面2.在工具空间的浏览选项板上，展开新建的曲面结点，在“定义-图形对象”结点上右键单击，选择“添加…”使用CIVIL3D建立数字地形模型63.在弹出对话框中选择要添加的对象类型，例如点或图块，确定4.用框选方式选中要添加的所有图块或点对象，回车（注：您也许希望先通过关闭掉其它的图层，以防止错误的选中其它的图块）b)转换文本点在这种情况下，需要使用Civil3D本地化扩展中提供的“转换文本点”工具，先把文本转换成Civil点对象，然后再使用点编组创建曲面。使用“转换文本点”工具的前提是：¾Civil3D2006中文版及更高版本，并已安装本地化扩展包¾要识别的文本均位于同一个图层上，并且文本的内容就是点的高程值¾每个点高程文本到点位的相对偏移都相同。例如，下面左图中的高程文本是符合这个条件的，而右图中的高程文本则不符合（Civil3D2006与2007版暂不能处理右图的情况）在满足上述前提条件的情况下，就可以使用“转换文本点”工具。步骤是：1.点击菜单“点-实用程序-转换文本点”2.按提示，选中任一个点高程文本对象3.按提示，输入该高程文本对应的点位置4.输入这一批高程点的描述5.接下来，Civil3D将自动搜索该文本对象所在的图层上的所有文本，并根据相同的点位偏移，在每个文本对应的点位置上创建一个Civil点对象，该点的高程值就是文本的内容，并且为点添加描述。最后，Civil3D还将创建一个点编组（使用该描述为编组命名），并把这次生成的所有Civil点放在该编组中。使用CIVIL3D建立数字地形模型7“转换文本点”是一个非常方便的工具，它可以快速的把DWG图上现有的勘测点识别为Civil点，以便后续应用。如果希望将识别出的高程点导出成为点文件，还可以使用Civil3D的导出功能（菜单“点-实用程序-导出”）。3.使用现有等高线图形在很多时候，用户手上并没有原始测量点数据，而是使用现有的DWG格式的等高线地形图。因此，除了使用测量点数据，Civil3D还可以从现有的等高线图形创建数字地形。这些等高线通常是直线、多段线或样条曲线。（注意：Civil3D不能直接使用样条曲线生成曲面。如果是样条曲线，需要先使用Express工具转换成多段线对象。）3.1添加三维等高线无论现有的等高线对象是直线或是多段线，只要它们是三维的（也就是有正确的Z坐标），那么就可以直接用来创建地形曲面。无论等高线是否有间断，对于最后结果通常没有大的影响。添加等高线到曲面的步骤是：1.在图形区域中选中任一条等高线。单击右键，选择“选择类似对象”。Civil3D会自动选中同一图层上的所有等高线对象。2.在工具空间的浏览选项板上展开要添加的曲面。在“定义-等高线”结点上单击右键，选择“添加...”。在弹出的对话框中点击“确定”即可。注意：上述操作时，需保证所有的等高线对象位于一个图层上，并且该图层上没有其它的直线或多段线对象。如果等高线对象位于几个不同的图层上，则可以分批添加，每次处理一个图层。3.2二维等高线赋值如果现有的等高线是二维的（Z坐标为0）或者Z坐标不正确，那么还需要先使用Civil3D本地化扩展中提供的“等高线赋值”工具，为其赋上正确的高程值。等高线赋值的步骤是：1.点击菜单“曲面-实用程序-等高线赋值”2.按提示，先输入第一根等高线的高程值，再输入等高线的高程增量使用CIVIL3D建立数字地形模型83.绘制一条橡皮线，依次穿过所有要赋值的等高线4.继续绘制橡皮线，或者回车结束命令。命令完成后，凡是赋上高程值的等高线会用红色标示出来。完成赋值后，就可以使用“添加三维等高线”功能将其添加到曲面定义中。注意：使用这个工具时，要赋值的等高线对象应是连续的多段线。如果等高线有中断，那么必须分批进行处理。另外，必须保证橡皮线仅穿过要赋值的等高线而不穿过其它的多段线对象，必要时可以关闭其它的图层。3.3使用三维特征线在现有的等高线地形图上，有时还会遇到地形特征线，例如山脊线或山谷线。如果这些地形特征线是用三维多段线表示的，并且每个顶点都有正确的Z坐标，那么也可以将其作为源数据加入到曲面定义中（可以与等高线混合使用）。添加的方式与“添加三维等高线”相似，只是选择将其加入到“定义”结点下的“特征线”类别中，并且选择特征线类型为“标准”即可。另一种情况是地形上有垂直的陡壁，例如挡墙或悬崖。这种情况下可以使用“陡壁特征线”功能。具体操作请查阅Civil3D帮助文件中的“创建陡壁特征线”。4.小结Civil3D不仅提供了强大的地形分析和处理功能，更重要的是能从多种源数据快速灵活的创建三维的数字地形模型。Civil3D2007已经提供了丰富的功能对原始的二维地形数据进行预处理，而随着产品的不断发展，这些工具还会更加方便和强大，帮助用户更好的实现从二维到三维的转换，赢得生产效率的飞跃提升。Autodesk、AutoCAD和