纬地公路设计操作步骤（公路设计纬地Surfer8.0与纬地数模处理方法和精度对比）

以下根据某设计院提供的同一区域的两种地形数据（一是原始测量点云数据、二是Surfer软件加密处理后的点云数据），分别使用surfer软件和纬地软件构建数字地面模型，进行点高程插值操作，对两种软件插值采集到的点高程精度进行对比分析，并探讨其建模原理、方法的差异性。

1、对比所采用的数模处理软件

软件1：Surfer8.0—10.0；

软件2：纬地路线软件数模版6.0。 2、数据来源：

数据1：激光扫描获得的原始点云数据，参见下图。原始点云数据共386967个点。

数据2：使用surfer格网化加密后获得的数据，Grid的间距为0.50米。加密后点个数为3531372个。比原始测量数据点增加了10倍以上。

这里采用surfer软件中较为常用的两种矢量点数据格网化加密方法：Kriging和nearest neighbor（参加下图）。应用这两种数据加密方法，除了按照固定的格网间距加密点数据外，还可以对原始数据中高程异常点和粗差点继续剔除和过滤处理。也就是滤除高程异常点数据。在本试验对比中，笔者分别采用surfer中提供的多种高程插值加密方法。但对本文后面对比精度的影响不大，这里就不再一一列举了。

3、对比内容

1）等高线对比

分别采用Surfer8.0和纬地路线软件数模版生成等高线，图形化显示，属于直观的等高线线形对比；

以下是使用数据2通过Surfer软件生成的等高线图：

以下是使用纬地软件建立数模后，自动生成的等高线图：

下图是把两种软件生成的等高线图叠加后效果图。叠加方式：在CAD界面中按照空间坐标直接叠加获得的，其中红色线条为纬地软件生成，蓝色线条为surfer软件生成。

对比结果：同一高程的等高线基本上是重合或一致的。在放大查看是会有些许差异。

2）随机采样点高程对比

在数模空间范围内，以大面积随机采样的方式，对比采用两种数模处理软件采样获得的高程点的高程精度。

下图中红色十字为在数模范围内分布的采样点，共385个。采样点选择时重点考虑到各种地形变化情况。

采样点高程差分布：分别利用两种软件采集同一平面坐标点（采样点）的高程，获得对应高程1和高程2，共获得385组高程数据。每一平面坐标位置的高程差（高程1-高程2=高程差）的分布如下图所示。

对比结果：可以看到同一平面位置插值后的高程值基本小于5CM（主要集中在2CM以内）。

3）公路路线纵断面地面高程对比

根据公路路线位置，按照相对固定的间距，采样获得地面高程，对两种软件采样获得的地面线高程进行对比。下图中红色线条为某公路项目的设计中心线。

下图为基于原始测量数据，利用纬地软件构网插值得到的地面高程与surfer软件插值得到地面高程之差的分析图。

下图为基于surfer软件格网化加密后的数据，利用纬地软件构网插值得到的地面高程与surfer软件插值得到地面高程之差的分析图。

对比结果：无论是基于原始测量数据还是surfer软件格网化后加密的数据，利用纬地软件建立数模后插值得到的公路中桩高程与surfer软件采集到的高程均存在一定差异，高程差值基本在5CM以内。

尽管利用Surfer加密后的数据总量比原始测量数据增加了10倍，但通过构网插值对比，点高程精度应该是没有提高。

对比分析总结：

一、 基于同一数据源时数模插值精度对比

从以上实际数据对比分析，我们可以发现：

1、 基于同一数据时，surfer软件和纬地路线软件数模插值后的高程是非常接近的，一般高程差小于2CM--5CM。对公路项目的初步设计或工程可行性研究阶段而言，这一差别是应该能够满足精度要求的。

2、 由于建模方式的原因，Surfer软件格网化时需要对原始测量数据进行加密处理。而这一加密处理过程是在原始数据基础上的插值加密，是不能提高数模和高程插值的根本精度的。

二、 建立数模、高程插值思路、方法的差异

通过调查研习，笔者了解到：建立数模时，surfer软件采用的Grid格网、矩阵方式，而纬地软件采用的是不规则三角网方式。如上面对比内容显示，正是由于建模和插值的原理方法不同，对于同一数据源时，surfer软件和纬地路线软件生成等高线和高程插值结果存一定的差异。

1、 surfer软件采用的是格网化（Grid）建模和插值方法。格网数据是surfer的基本数据格式，使用surfer时各类原始地形数据必须先被处理成格网数据之后，才能在surfer中进行后续工作。格网化建模和插值方式原理较为简单，但在加上一定的数学平滑算法后，格网方式形成的地形表面较为平滑，适合于制作可视化的三维等值线图等需要。由于格网化方式需要的是规则的、等间距的点高程数据，而一般实际工程测量得到的数据肯定不会是等间距、矩阵式的数据，因此，格网化时均需要在原始测量点高程数据的基础上，利用一定的数学方法进行插值处理，才能获得规则、等间距的点高程数据。这些数学方法会考虑到地面平缓的需要。所以，格网化建立的数模并不是直接利用原始测量数据建立的。而由此再次插值得到的工程设计所需要的任意点位的高程数据的精度就自然会受到一定的影响。笔者分析认为，在原始测量数据精度满足要求的前提下，格网化建模和插值方法，可能会降低插值的精度。

另外，在原始测量数据源不更新的前提下，格网化方式构网时，加密网格间距的方法是不能提高数据精度的。而每加密一次网格，数据总量则会呈倍数的增加，数模处理的效率自然会大幅度降低。

2、 纬地软件采用不规则三角网建模和插值方法。该方法是工程测量和设计领域公认的数模构网方式，有利于保证数模和插值的精度。据了解，几乎世界范围内所有的工程测量和工程设计的专业软件系统均主要采用的是不规则三角网方式。与格网方式比较，该方式有利于实现在降低数据总量的同时，更为准确描述地形变化，即地形平缓时，数据点数少；地形变化复杂的区域，数据点数多。通常采用该方式建立数模时，直接使用的是原始测量的数据源，过程中不会对数据源进行再次处理和加工（除有意识消除一些高程粗差点外）。该方式侧重于尊重原始测量数据事实，建模插值的精度完全取决于原始测量数据的精度，一般建模和插值过程不会引起精度损失。

值得特别说明的是，地形特征线（山脊线等）是数模处理中精确刻画地形变化的重要方式和数据源，是专业地形测量中必须考虑的因素。但从笔者掌握资料，似乎surfer软件在构网中不能直接考虑地形特征线因素。而纬地路线软件是可直接读入并根据特征线来构建数模的。

三、 surfer软件和纬地路线软件两者专业侧重方向不同。

1、 Surfer软件适合于地质专业制图需要。

Surfer是美国Golden Software公司开发的一款三维绘图软件，可基于XYZ高程点数据，绘制基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图以及三维表面图等工程图形。简单易学，是许多地质专业工作者的常用软件。

2、 纬地软件适用于工程测量和设计需要。

纬地路线软件是国内开发的针对道路与交通工程专业的设计软件，是目前国内公路、交通、市政、铁路等行业领域进行道路设计的主流软件。数模处理功能是该软件一个基础数据处理的子功能。在原始数据精度保证的前提下，其基于数模采集高程数据的精度可满足工程设计各个阶段的需求（具体可参见关于两种软件的详细介绍材料）。、 基于同一数据源时数模插值精度对比

从以上实际数据对比分析，我们可以发现：

1、 基于同一数据时，surfer软件和纬地路线软件数模插值后的高程是非常接近的，一般高程差小于2CM--5CM。对公路项目的初步设计或工程可行性研究阶段而言，这一差别是应该能够满足精度要求的。

2、 由于建模方式的原因，Surfer软件格网化时需要对原始测量数据进行加密处理。而这一加密处理过程是在原始数据基础上的插值加密，是不能提高数模和高程插值的根本精度的。

二、 建立数模、高程插值思路、方法的差异

通过调查研习，笔者了解到：建立数模时，surfer软件采用的Grid格网、矩阵方式，而纬地软件采用的是不规则三角网方式。如上面对比内容显示，正是由于建模和插值的原理方法不同，对于同一数据源时，surfer软件和纬地路线软件生成等高线和高程插值结果存一定的差异。

1、 surfer软件采用的是格网化（Grid）建模和插值方法。格网数据是surfer的基本数据格式，使用surfer时各类原始地形数据必须先被处理成格网数据之后，才能在surfer中进行后续工作。格网化建模和插值方式原理较为简单，但在加上一定的数学平滑算法后，格网方式形成的地形表面较为平滑，适合于制作可视化的三维等值线图等需要。由于格网化方式需要的是规则的、等间距的点高程数据，而一般实际工程测量得到的数据肯定不会是等间距、矩阵式的数据，因此，格网化时均需要在原始测量点高程数据的基础上，利用一定的数学方法进行插值处理，才能获得规则、等间距的点高程数据。这些数学方法会考虑到地面平缓的需要。所以，格网化建立的数模并不是直接利用原始测量数据建立的。而由此再次插值得到的工程设计所需要的任意点位的高程数据的精度就自然会受到一定的影响。笔者分析认为，在原始测量数据精度满足要求的前提下，格网化建模和插值方法，可能会降低插值的精度。

另外，在原始测量数据源不更新的前提下，格网化方式构网时，加密网格间距的方法是不能提高数据精度的。而每加密一次网格，数据总量则会呈倍数的增加，数模处理的效率自然会大幅度降低。

2、 纬地软件采用不规则三角网建模和插值方法。该方法是工程测量和设计领域公认的数模构网方式，有利于保证数模和插值的精度。据了解，几乎世界范围内所有的工程测量和工程设计的专业软件系统均主要采用的是不规则三角网方式。与格网方式比较，该方式有利于实现在降低数据总量的同时，更为准确描述地形变化，即地形平缓时，数据点数少；地形变化复杂的区域，数据点数多。通常采用该方式建立数模时，直接使用的是原始测量的数据源，过程中不会对数据源进行再次处理和加工（除有意识消除一些高程粗差点外）。该方式侧重于尊重原始测量数据事实，建模插值的精度完全取决于原始测量数据的精度，一般建模和插值过程不会引起精度损失。

值得特别说明的是，地形特征线（山脊线等）是数模处理中精确刻画地形变化的重要方式和数据源，是专业地形测量中必须考虑的因素。但从笔者掌握资料，似乎surfer软件在构网中不能直接考虑地形特征线因素。而纬地路线软件是可直接读入并根据特征线来构建数模的。

三、 surfer软件和纬地路线软件两者专业侧重方向不同。

1、 Surfer软件适合于地质专业制图需要。

Surfer是美国Golden Software公司开发的一款三维绘图软件，可基于XYZ高程点数据，绘制基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图以及三维表面图等工程图形。简单易学，是许多地质专业工作者的常用软件。

2、 纬地软件适用于工程测量和设计需要。

纬地路线软件是国内开发的针对道路与交通工程专业的设计软件，是目前国内公路、交通、市政、铁路等行业领域进行道路设计的主流软件。数模处理功能是该软件一个基础数据处理的子功能。在原始数据精度保证的前提下，其基于数模采集高程数据的精度可满足工程设计各个阶段的需求。

以上资料是个人查阅出来觉得有用分享给大家。以上资料，希望对做设计的大家有些帮助，我会持续更新纬地这块儿内容，有更好的方法，大家可以一起学习，沟通。希望大家走的更远吧，谢谢大家了,