Civil 3D与Googl e Earth在工程方案中的应用

刘冬 王伊鸣

中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司 066004

Civil 3D与Googl e Earth在工程方案中的应用

刘冬 王伊鸣

中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司 066004

文章通过对某排土场方案设计，介绍了Civil 3D与Google Earth在工程方案中的应用，利用Civil 3d从Google Earth 中导出地形，并进行三维设计及仿真处理。

Civil 3D； Google Earth；排土场；三维设计；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

近年来，随着计算机技术的发展，一些功能强大的工程软件被开发出来，减少了工程设计的工作量，大大提高了工作效率。而一些软件的结合，往往能发挥更强大的功能。

在工程前期方案阶段，建设单位提供的地形图一般是纸质版的小比例尺地形图，比例一般为1：10万和1：5万，使用性和时效性较差，有些建设单位甚至找不到相关地形图，而重新测图需要一定的时间，往往会耽误工程进度。笔者利用Google Earth与Civil 3d，解决了这一问题。

1 软件介绍

Civil 3d（以下简称C3d）是一款以三维设计功能为主的工程设计软件，主要应用于总图、道路、规划等专业。主要特点是建模方便、快捷、准确，能够在完成平面及竖向设计的同时，快速生成立体模型。

Google Earth（以下简称GE）是Google 公司提供的电子地图服务，包括局部详细的卫星照片。能提供三种视图：一是矢量地图（传统地图），可提供政区和交通以及商业信息；二是不同分辨率的卫星照片；三是地形视图，可以用以显示三维地形。利用GE可以方便地了解工程所在地区的地形地物。

2 应用原理

GE可以显示三维地形，表明其内部存在地形标高数据。C3d软件的开发者考虑到这一点，开发了从GE中导入地形信息和图片的功能。利用C3d的导入功能，可方便快捷的将GE中指定区域的三维数据和图片导入C3d。后期利用C3d强大的地形处理功能，可以将三维数据转化为三角网或者等高线，并生成仿真地形，应用于工程方案设计中。下面笔者利用一个排土场工程介绍这一功能。

3 实例介绍

3.1 硬件及软件要求

计算机配置需要至少2G内存，推荐4G。否则在运行C3d时容易内存不足，导致死机。GE需要5.0以前的版本，新版本GE与Civil 3d不兼容，导出地形过程中失败，Civil 3d版本为07及以后的新版即可。

3.2 软件设置

在GE中根据选择可能的排土场位置，保证窗口显示的地形范围能够包括排土场设计所需的地形。勾选谷歌地图中Terrain图层，这个图层包含了地图中的标高数据。（见图1）

打开C3d，利用Units命令设置单位为m，其他根据需要设置。由于C3d的等高线间距默认为1，如果以毫米为单位，生成的等高线间距也会变成1毫米，大量的等高线往往会造成程序错误。

图1

3.3 导入地形及图像

选择文件菜单中的导入功能，从谷歌中导入图像和曲面。C3d自动将GE中显示的标高数据及图像导入，C3d默认的只显示曲面的边界，因此，操作完成后只显示图像和曲面边界线，标高信息实际已经被C3d储存。修改曲面样式，在曲面样式管理器中通过控制内部图层可以选择曲面的显示方式（见图2），利用图层管理，方便以等高线、三角网等样式显示导入的地形（见图3、图4）。

图2

图3

图4

导入的地形图坐标是由用户设置的，而不是GE默认的坐标值，由于GE的坐标也存在比较大的误差，因此对图纸坐标的核对意义不大。

3.4 地形处理

利用C3d曲面样式管理功能，把GE中导出的标高点利用三角网表现出来。利用曲面实用功能里的贴图工具，将图像粘贴到曲面上。即得到仿真地形（见图5）。C3d导入图像是黑白的，也可利用截图，将彩色图片粘贴到曲面上。

图5

3.5 排土场绘制

在确定了排土场平面、标高以及边坡参数之后，就可以利用之前导入的地形进行三维设计。新建一个设计曲面，将排土场的设计标高点设置到该曲面。C3d提供了多种放坡形式，包括分台阶放坡、定高放坡、定距放坡等，设计人员可以根据设计灵活布置。本次设置的放坡形式为单台阶放坡。放坡之后即可得到，排土场模型（见图6）。设计地形与自然地形处理后，可利用C3d的土方计算功能得出土方量，得出的填方量即为排土场容积。土方计算一般采用网格法（见图7）。

图6

图7

3.6 曲面合成

利用设计得到的排土场生成曲面，与之前得到的地形曲面合并，在三维视口中进行观察，即可得到较为真实的工程模型（见图8）。C3d还提供了将模型导入到GE的功能，方便与附近的地物联系起来，检查方案的合理性。

图8

4.与传统地形图比较

4.1 时效性

传统的小比例尺地形图多为几年甚至几十年之前测得，很多地物地貌发生变化，会对工程造成一定的影响。与传统的小比例尺地形图相比，GE的时效性更好，更新周期一般为1～3年，通过图片参照，能够了解最新的地物地貌。

4.2 绘制方法

将原始的地理信息资料通过整理和抽象化用制图方式表达，其中包含对资料的人为理解和判读，可能绝大部分是准确的，但错误是难以避免的。年代久远的旧版本地图由于时间和技术的限制尤其如此。

GE的地形资料更多的是经过自动处理的原始地形地貌资料，抽象化资料相对有限，人为的成分相对较少，需要个人的判读和标注。GE的3d模型的山脊和蒙皮图片的山脊常常会有一些偏移，这显然是由于“高程视角差”，GE应该是做了相应的处理和纠正。

4.3 精度

一般绘制精确的山区复杂地图是极困难的事情，很多小比例尺地图的等高线用了简单的内插法和相对比例较小的地图没有本质的区别。

GE导入地形图上等高线的画法也是内插法得来的，即C3d利用GE标高点内插形成等高线，其精度由GE标高点的准确性和密度决定，GE的标高点间距一般在几十米，精度与1：50000的地图接近。等高线只是提供了山势的主要走向，几条均匀的等高线之间的坡度很可能不是均匀的，他们中间完全有可能出现不大于一条等高距的陡坡或悬崖，因此，GE地形图只适合前期方案设计。

4.4 实用性

对于传统纸质地形图，计算机能通过扫描仪读入，但C3d不能识别，无法进行土方计算和三维设计，使用不便。

GE的地形图使用方便，无需后期处理，这是最大的优势所在。

5 结语

C3d结合GE不仅能够在方案阶段提前获取地形图，开展方案设计，节省时间，而且能进行仿真设计，能够直观的了解方案，判断方案的合理性。

此方法的缺点在于GE的地形标高点密度小，地形图精度较差，因此该方法只能应用与方案前期工作。

笔者仅利用排土场的设计介绍了C3d的部分功能，C3d对规划、道路、总图等专业有着较强的针对性，不仅能够更便捷的完成平面设计，还能在平面设计的基础上进行精确的竖向设计，生成三维模型，实现了真正的设计三维化，与利用3DMax结合photoshop制作的效果图有着本质的不同，与工程设计紧密结合。

[1]有色金属矿山排土场设计规范GB50421-2007

[2]钟蜀华.Autodesk Civil 3D 2008三维数字地形模型的创建与应用 [J]. 科技情报开发与经济,2008 （10）；153～155

[3]Autodesk Civil 3d 在精确地形建模中应用的几点体会 [J]. 水利规划与设计 ,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

刘冬 男 1985年1月生- 助理工程师 从事矿山总图运输、道路工程设计 中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司（原秦皇岛冶金设计研究总院）。