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基于AutoCAD平台的线路横断面线提取系统的设计与实现

2013-05-14林春峰黄华平闵世平

实验流体力学 2013年4期
关键词:横断面勘测里程

林春峰 黄华平 闵世平

(中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都 610031)

在线路勘察设计阶段,横断面图主要用于路基设计和土石方数量计算。一般的横断面图由现场实测绘制,但是其勘测工期、成本、质量,受测区天气、交通、地形困难程度等自然条件的限制较大,易造成测绘精度不高,工期难以保证,勘测成本加大。王智[1]研究了利用航测技术制作横断面图的方法,使得作业人员能够根据线路的位置在室内计算机上任意绘制横断面,不仅可保证勘测设计工期,而且能降低勘测成本。由于利用航测技术绘制的横断面图误差较大,因此需要勘测外业人员到现场进行地形点的采集,用以修正地形,利用修正之后的地形得到准确的横断面成果。本文设计并实现了一个线路横断面线提取软件,以AutoCAD平台进行横断面的快速提取,从而在一定条件下取代人工测量横断面,可减少野外测绘工作量,保证勘测设计工期。

1 技术流程

采用航测成果结合实测的外业高程点进行横断面提取,涉及到的技术流程如下:利用航测制图成果和勘测成果建立地形模型,根据中桩位置确定横断面线;利用横断面线和地形模型进行变坡点的提取。

1.1 地形建模

航测制图成果中包含等高线、高程点、坎、斜坡等数据,这些数据能够表示实际的地形地貌,但航测制图成果中地形地貌位置与实际位置存在误差,需要外业勘测数据进行数据修测,使得航测制图成果更符合实际情况。为了将修测之后的制图成果作为横断面提取的数据源,需要进行地形建模。

地形建模即利用修测之后的地形地貌数据进行三维数字地表建模,常用的三维数字地表模型有不规则三角网模型(TIN)和数字高程模型(DEM)[2],为了计算方便,本文采用TIN模型进行地形建模[3]。

1.2 横断面确定

线位上某里程处的横断面必须与线位严格垂直[4],如图1所示。

图1 横断面示意

线路中线某里程CK处的坐标为(x0,y0),该里程处的切线斜率为k,横断面线上离CK点距离为d的p点坐标为(x1,y1),经过严密的数学公式推导计算得到

b=y0-kx0

m=k2+1.0

r1=2kb-2x0-2ky0

(1)

其中k、x0、y0、d为已知参数,b、m、r1、r2为中间变量。得到两组结果是因为横断面线上距中桩点距离为d处的点有两个。

1.3 变坡点寻找

通过公式(1)就能得到线位上某里程处横断面上任意一点的平面位置(x,y),通过构建好的地形模型就能计算得到该平面位置处的高程值z。在横断面上采用一定的间距进行采样,计算采样点的x,y,z坐标,并按照一定的顺序连接起来,即可得到该里程处的横断面线。然而,上述方法会造成横断面线上节点过多,因此需要利用简化算法寻找变坡点。

道格拉斯-普克算法能够准确的删除线段上小弯曲的节点,在整体上有效的保持线要素的形态特征[5],因此采用该算法对初步提取的横断面线进行简化,寻找变坡点,得到最终结果。

道格拉斯-普克法的流程如下:

①将一条曲线首末顶点虚连一条直线,求出其余各顶点到该直线的距离;

②选其最大者与规定的限差相比较,若小于等于限差,则将直线两端间各点全部删去;

③若大于限差,则离该直线距离最大的顶点保留,并以此为界,把曲线分为两部分,对这两部分重复使用上述方法,直至无法做进一步的压缩。

2 系统的设计

横断面提取软件设计的总体目标如下:

能够加载修测改正之后的地形图,快速进行地形建模。

提供用户可选择的横断面提取方法,包括能够自动提取线路上任意里程处的横断面、交互式的提取指定里程处的横断面等。

能够将提取的横断面数据以一定的数据结构保存。

按照系统设计的目标,将系统分为数据层、服务层和用户层,系统结构如图2所示。

图2 系统结构

其中,数据层提供构建地形的等高线数据、高程点数据及其他地形地貌数据;服务层包括提供地形建模、横断面确定、变坡点寻找、横断面线绘制和横断面成果保存等计算服务;用户层通过调用服务层的服务访问并计算数据,得到或保存横断面线结果。

横断面提取的整体流程如图3所示。

图3 整体流程

为了使提取的横断面线结果在不同专业之间转换、应用,设计了一个横断面线成果的数据结构。该数据结构包括了横断面线的几何信息(中桩里程、中桩坐标、节点坐标)和属性信息(节点属性),以扩展标记文本格式存储[6,7]。

文件格式为:

<横断面集>

<横断面 index=”1” >

<左节点集 total=value>

<节点 index="1">

<节点 index="2">

……

……

<右节点集 total=value>

<节点 index="1">

<节点 index="2">

……

……

<横断面 index=”2” >

……

……

……

……

3 系统的实现

系统采用AutoCAD软件为基础平台,这样能够方便的加载、显示、管理修测之后的地形图数据,同时其强大的二次开发接口能够方便开发人员访问、绘制数据等[8]。横断面提取软件被当作功能插件加载到AutoCAD软件中使用。

软件分为两种操作模式:一种是选择已有的线位进行横断面采集;另一种是自定义线位进行横断面采集,如图4所示。

图4 横断面提取设置

选择了相应的横断面采集模式之后,按照系统设计的流程进行横断面提取,图5为修测之后等高线、高程点构建的三维地形图。图6为提取得到横断面结果图。

图5 构建的三维地形

图6 横断面结果

4 结束语

地形横断面提取软件综合了计算机、地理信息系统、测绘等技术,基于AutoCAD平台,实现了数据快速管理、加载、显示和地形横断面快速提取等功能,取代人工测量横断面,从而减少野外测绘工作量,保证勘测设计工期,提高生产效率。

[1] 王智. 用航测方法测绘数字化横断面图的研究[J].测绘通报,2004(4):24-27

[2] 李志林,朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,2000(3)

[3] 武晓波,王世新.Delaunay三角网的生成算法研究[J].测绘学报,2004(6)

[4] 谯生有,王善高,周建东.应用线路实时坐标系测设线路横断面[J].测绘通报,2001(6)

[5] 彭认灿,董箭,郑义东,等.垂距法与道格拉斯-普克法删除冗余顶点效率的比较[J].测绘通报,2010(3):66-67

[6] 柳忠杰.数字横断面的标准化处理[J].铁道勘察,2004(6)

[7] 罗思群.基于XML技术的数据转换[D].北京:中国科学院软件研究所,2001

[8] 李世国.AutoCAD高级开发技术ARX编程及应用[M].北京:机械工业出版社,1999

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