JX4航测平断面成图系统设计与实现

刘回光 陶文

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.053

摘 要：该文基于当前JX4航测软件在平断面成图方面的不足，针对输电线路平断面的特点（既包含平面图形，又包含断面图形），如绘制房屋时，需要附加房屋高度，绘制交叉跨越时，需要附加线高，绘制水系时，需要闭合图形等需求，设计实现了基于JX4的平断面成图系统，并形成了完整的流程，对后期线路平断面图有了更高效的解决方式，能够广泛应用于线路采集中去。

关键词：JX4 航测 平断面成图 设计

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0053-03

1 研究背景

JX4系统已广泛用于地形图测绘，能进行各种比例尺平面图的数据采集及格式转换，该院于2013年年底引进该系统，并成功应用于风电场地形图测绘如华能怀宁风电项目1∶2 000地形图测绘项目，测绘面积达100多平方公里，地形图测绘能完全满足设计要求，但是线路设计一直占据着该院项目的重大比例，为设计提供线路平断面图是测绘专业在线路工程中的主要工作，而现有的JX4这套软件不具备断面数据采集成图输出功能。

全数字摄影测量技术应用于电力系统已多年，主要应用于线路优化设计及平断面数据采集与册输出等过程，目前国内全数字摄影测量系统测量平断面图的系统相对完善的是洛斯达公司基于JX4下开发的TL系统和武汉适普软件公司的电力量测系统，TL系统为洛斯达公司内部使用软件，不对外开放试用。而过去该院使用的适普公司的电力版软件部分功能还不完善，特别是跨越线输出数据混乱与实际采集和调绘均不符合，而平断面图中交叉跨越对杆塔位置起着至关重要的作用，断面遇沟壑处理自动化程度不高，不能自动断开点并赋予属性，后期人工编辑任务繁重。适普软件电力板块升级价格昂贵，软件引进成本高。所以项目组决定基于JX4这套航测系统研发出一套自动化程度高、处理效率高的平断面数据处理软件，能将采集到的数据（地形点和地物点含交叉跨越、独立危险地物、房屋等）集中转换成标准的、完整的线路平断面图。

2 系统设计与测试

2.1 需求分析

JX4作为传统全数字摄影测量工作站，主要用于基本比例尺地形图生产，可以通过人机交互的形式，采集地物和地形信息。基于JX4进行输电线路平断面测量，需要解决的关键问题，一个是立体测图作业方法的设计，另一个就是数据的转换。在开发相关软件时，一方面需要针对输电线路平断面的特点（既包含平面图形，又包含断面图形），对数据采集方式提出要求，如绘制房屋时，需要附加房屋高度，绘制交叉跨越时，需要附加线高，绘制水系时，需要闭合图形；另一方面需要对JX4软件本身进行研究，分析其数据输出格式和地物编码体系，最终建立合理的数据接口，用于生成满足该院设计专业需求的输电线路平断面图（即道亨ORG格式平断面图）。

2.2 数据分析

数据分析包含两方面内容：数据格式和编码体系，前者将决定软件数据输入接口开发，后者将决定软件数据转换算法的设计。

JX4采集的地物数据导出为SHP、DXF等几种常见矢量格式的数据，而地形数据可直接导出为文本格式的三维坐标点文件。

SHP格式为标准GIS数据格式，图形和属性相互关联，根据图形关联的属性信息即可判断地物类型，JX4输出的SHP格式地物图形数据按地物编码及图形几何类型进行了分类，并分别进行存储。

DXF格式作为常见的图形数据格式，本身并不含属性信息，但JX4在输出DXF图形文件时，为每一类地物建立了相应的图层，并且将地物编码作为图层名称，从而可通过图层名称识别地物类型（如图1所示）。

JX4采用《国土基础信息数据分类与代码》（GB/T 13923-92），作为其地物编码体系，地物代码为5位数字码，其结构如图2，表1。

2.3 数据采集

2.3.1平面数据

模拟外业的形式，指定一定的范围采集地物点，按照相关规范500 kV及以下线路设定左右宽度各50 m进行采集，500 kV以上等级线路按照左右各75 m进行采集，设置好国标图式的比例尺，方便最后输出时是国标的图式符号。经过试验，选择1∶10 000的比例尺能够满足我们算法的要求，主要是沿线影响设计排杆的诸多要素：沟、路、塘、房屋、地类界、坟地、交叉跨越等。此项操作在JX4测图软件矢量测图中进行。房屋比高在此项操作中完成。平面数据采集完成，输出成一个DXF格式。

2.3.2断面数据

断面测量在横断面测绘中完成，设置断面参数，设置转角曲线文件，格式如下。

3301005.3070 609247.2940 0.000 0.000 0.000

3301060.6890 609841.6299 1.000 0.0000 0.000

3301150.4822 610339.1843 1.000 0.0000 0.000

3300840.4260 610912.1500 1.000 0.0000 0.000

3300603.0345 613310.5155 0.000 0.0000 0.000

按左中右3条曲线分别采集，JX4软件输出时是JX4的ZMD格式，利用UE最后整合输出成XYZ格式的一个文本如下。

3301005.307 609247.294 265.920

3301005.847 609253.086 264.894

3301006.283 609257.770 263.832

3301006.870 609264.063 261.978

断面采集时最好采集跨越线下的地面点，这样能准确得到跨越线的高度，相比内插法得到的高程值要更精准。

2.4 数据接口开发

数据接口开发包括数据输入接口开发和数据输出接口开发。

一般来说，SHP格式矢量数据更有利于数据转换算法的设计，但JX4导出的SHP格式文件无法导出注记，而注记信息是地类界重要的信息，因此在该软件开发中，将采用DXF格式数据作为输入数据。DXF格式是一种公开的数据格式，研究其数据格式说明，即可实现DXF格式文件的读写。JX4导出的DXF地物图形数据，主要包括三维多段线、三维点、文字以及块这几种图元类型，软件需要至少实现对这几类图元数据的读取，同时需要确定图元所在图层，以对地物类型进行识别。该软件的数据输出为道亨ORG格式平断面，该格式也是一种公开的数据格式，软件需要实现输电线路转角、平面图形、断面图形、断面线等各种形式数据的ORG文件生成。

2.5 算法设计

算法流程图如图3所示。

（1）建立了编码体系对照表。

实现JX4地物编码与SL地物编码的一一对应。

（2）地形点转断面点。

软件根据线路路径，通过偏距累距计算，自动对无序采集的地形点进行识别，分别将其归类为中心线断面点、左边线断面点、右边线断面点。

（3）地物图幅裁切。

由于输电线路平断面有特定的测图边线，但在JX4实际测图过程中，将很难严格按边界进行测图，为适应平断面软件的测图边线，需要对JX4输出的数据进行自动裁切。

（4）水域处理。

当路径经过水域时，在水域的前后边界点上的断面需要进行断开，一般软件（如适普电力版）需要作业员进行人工处理，该软件进行自动处理，首先求出中心线及边线与水域的全部交点，再通过排序算法自动识别出前视沟边点和后视沟边点。

（5）房屋处理。

在输电线路平断面图中，边线以内的房屋需要同时绘制平面和断面，该软件首先自动判定房屋是否在边线以内，对于边线以内的房屋，先根据房屋平面图形各节点的Z值求出房屋所在地面的高程，再自动搜索出房屋范围内采集的比高点，求得房屋的实际高度，最终生成平面和断面。

（6）交叉跨越处理。

由于在JX4中一般很难直接测得交叉跨越的线高信息，因此需要通过间接的方式，如采集交跨线路两边杆塔顶部的高程，再通过内插，求得交叉跨越点处的高程，再通过中心断面和边线断面内插求得交叉跨越点投影到地面的高程，从而计算出大致线高，最终在平断面图中生成投影线。

（7）地物自动注记。

在其他软件（如适普电力版）中，平断面图的注记要全部手工添加，而该软件对此进行了优化，对于一般指示性的注记，如沟、路、塘等，将不需要作业员在测图时手工添加，而由软件自动生成，并且智能判定区域注记密度，对复杂区域的注记自动进行取舍，同时自动调整注记位置，以保证图面的美观和整洁。

（8）自动化质量检查。

该软件对于导入的JX4测图成果，能够自动进行质量检查，如检查边线以内的房屋是否采集了比高点，地类界区域是否标注了树高等。

2.6 平台系统测试

采用徽州-万安III回∏入韩村变220 kV线路工程部分段做了研发实验和现场对比测试，从现场反馈的情况看，研发软件测出的平断面效果非常理想，自动化程度高，测图效率更高，完全能够满足设计需求（见表2）。

2.7 软件特点及创新点

2.7.1特点

（1）该软件基于.net framework框架开发，可运行于目前任意版本Windows系统，且不需要其他任何第三方软件（如CAD）支持，完全独立运行。（2）软件界面简洁，高度集成了各种算法，无需人工干预，自动化程度高。

2.7.2创新点

比对研发成果软件和其他软件，及其生成的平断面数据与其他软件生成的平断面数据及外业终勘数据的对比。

（1）提出了一种基于传统数字摄影测量立体测图流程的输电线路平断面成图方法，与适普、海拉瓦相比，该方法无需针对立体测图软件进行定制开发，不仅适用于JX4，稍作修改可适用于目前大部分全数字摄影测量软件，打破了适普、海拉瓦的技术壁垒；（2）提出了一种水域、房屋断面、交叉跨越断面自动化处理方法。能够在处理沟河断面时自动断开，并生成断开线，人工编辑量少；（3）实现了平断面图地物的智能注记；（4）后期需要删改数据时，能够分层管理，比如删除全线所有房屋或者电力线，只需要在平面数据中选择房屋这个层，直接删除即可，过去数据不分层，删除时需逐个删除，容易漏删、错删，而且作业效率非常低。

3 结语

该文形成了一套完整的适合该院的基于JX4的平断面成图系统，并形成了完整的流程，对后期线路平断面图有了更高效的解决方式，能够广泛应用于线路采集中去。 鉴于当前的使用情况和试验验证，认为该软件完全能够和其他航测电力线路软件媲美，下一步，拟将SL与JX4测图进行联动测图，做到实时测图，实时出图，实时边图。

参考文献

[1] 北京四维远见信息技术有限公司. JX-4C数字摄影测量工作站操作手册[Z].北京：北京四维远见信息技术有限公司， 2002.

[2] 武汉适普软件有限公司.VirtuoZo全数字摄影测量系统使用手册[Z].武汉：武汉适普软件有限公司， 2003.

[3] 隋玉川，师飞.浅谈遥感影像在地图修测方面的应用[J].测绘与空间地理信息，2010，33（1）：124-126.