道路红线圆弧段转为折线的思考与建议

2016-08-10宋小冬2

测绘通报 2016年7期

关键词：边线折线圆弧

杨　光，宋小冬2

（1.同济大学测绘与地理信息学院，上海200092；2.同济大学建筑与城市规划学院，上海200092）

道路红线圆弧段转为折线的思考与建议

杨光1，宋小冬2

（1.同济大学测绘与地理信息学院，上海200092；2.同济大学建筑与城市规划学院，上海200092）

道路红线在城市规划及各项建设业务中的重要性、严肃性不言而喻。在道路规划设计过程中，道路边线除了用直线，还经常用圆弧线。随着设计成果进入管理业务，道路边线转变为红线，成为各种业务的重要依据。在实践中，道路红线用圆弧表示，经常给各类业务带来诸多不便，如地块边界确定、面积量算、宗地的几何处理、施工定位、竣工验收、违法违章建设查处等，定位出现偏差、错位，地块边界出现交叉、空隙。在很多业务、技术人员不得不自行将圆弧改变成折线，这样就引起了各类业务的不一致。如果将道路红线中的圆弧统一转变为折线，可以避免这些偏差、错位，不仅带来便利，也能保证精确性。本项研究认为，将圆弧转换成折线技术上不难，误差也可控制，还存在从折线逆向转换成圆弧的可能。在道路规划设计结束后，将圆弧状的道路边线转换成折线，才确定为红线，将会使后续其他业务变得自然、顺畅。

道路红线；规划；放样；圆弧；误差

城市道路红线（简称红线）一般是指道路用地的边界，通常由城市规划部门划定。有时也对允许建造的建筑范围划定边界，俗称建筑红线，一般后退于道路红线，也可能与道路红线重合。红线的主要目的是限制各方的建设行为，在城市建设、土地管理各项业务中，它的重要性长期以来毫无疑问。近几年，随着信息技术的推广，对于道路红线中圆弧段的处理出现一些争议。本文就此技术问题，从信息处理的有效性、管理的便利性展开讨论，主要针对道路红线，也可延伸至建筑红线。

一、道路红线和日常业务的关系

1.道路的规划设计

道路的规划设计可看成是产生红线的初始业务。规划设计过程中往往先产生道路中心线，根据道路的设计宽度，先推平行线，产生边线，再设计横断面、纵断面、交叉口等，规划设计成果要用于管理，道路边线就要转变为红线。为了方便车辆通行，道路中心线往往有圆弧（对于高速公路，还可能出现缓和曲线），在道路交叉口，边线相交处，也会有圆弧，因此道路红线存在大量圆弧，主要出自道路的规划设计，如图1、图2所示。

2.控制性详细规划的编制

控制性详细规划（简称控规）一般依据道路红线划分地块，制定其他控制线和控制指标，在特殊条件下，可能会对道路红线提出局部调整意见。作为正式的规划成果，规划红线和规划地块边界应该重合，如果出现空隙或交叉，属规划编制业务的质量问题。

图1　道路边线用圆弧

图2　交叉口边线用圆弧

对于绝大多数的建设项目，特别是土地出让，均要拟定规划设计条件，道路红线是重要的内容，除了在文本中提出退让红线的要求，还要绘制在附图中（附图也在从纸介质走向数字介质）。

3.地块边界的确定

在地籍管理业务中，地块边界一旦发生变化，道路红线是重要依据。如果地块边界与道路红线出现交叉，就会产生管理权限的冲突，如果两者出现空隙，容易成为“真空”地带，既不利于后续管理，也浪费土地，因此两者重合才属正常。在规划、土地两个机构相互独立条件下，交叉、空隙经常发生，应积极防范，相互间保持一致，才能使规划管理、土地管理走向和谐、有序。

4.建设项目的定位

无论是一般建筑工程，还是市政工程、园林工程，未按规划设计条件后退红线或超越红线，往往被判为违法、违章建设，需要整改或受到惩罚。

5.土地权属的勘定

土地管理部门在确定地块具体位置或土地招、拍、挂前都要进行勘测定界测量，在确定地块边界的同时，还要详细测算地块周边范围内原有土地的各种用途，将来的规划用途，允许建设的范围，以及各类土地的用途流向，形成勘测定界报告。该项业务必须参照规划部门提供的道路红线、河道蓝线、控制性详细规划中的其他控制线，用于土地出让的规划设计条件等，确定各项建设活动的允许范围，要遵循的退让要求，还要确定待拆的建筑、待征的土地。这些不同用途的新地块是后续土地出让的依据，也是后续地籍变更的依据，这样就形成了多个宗地。地籍管理中的宗地（规划界一般称地块）要求全覆盖，即道路、河流等也需要划界编宗，形成道路宗、河流宗等（如图3所示）。如果有圆弧存在，很容易出现自相交或有缝隙的图形，属地籍管理中的数据质量问题（如图4所示）。

图3　地籍管理中的一般宗地与道路宗

图4　宗地边界出现交叉

二、红线采用圆弧段带来的麻烦

从上述各类业务的关系可以看出，红线的含义很严肃，最初由道路设计产生，在控制性详细规划中得到确认，后续业务中应该严格遵守。

在计算机技术得到普及的今天，道路设计一般依靠计算机辅助设计（computer aided design，CAD）软件完成，城市道路的中心线、边线（即红线）一般由直线段、圆弧段组成，除了单条道路的边线，在两条道路的交汇处，也用圆弧来连接（在上海一般用圆弧，在国内多数城市用斜向切线）。

圆弧带来的矛盾主要发生在土地管理和建设工程管理两个领域，包括:

1）地块边界的确定。无论是各发达国家还是国内的地籍管理技术规范都指出了地块边界均是由直线段组成的，这经历了长期的实践考验。对于地籍测量、权限界定，用直线段和直线段的交点（也称折线的拐点、界址点）表示精确而简单，如果出现圆弧，则容易产生误差与歧义（如内圆还是外圆），解释也变得复杂。在国家规范之外，上海自定义了补充规范，允许圆弧的存在，这势必带来不必要的麻烦。

2）地块面积的量算。由直线段围合而成的地块，其面积计算的公式的解释均较简单，容易保持一致性。出现圆弧时，势必带来局部弓形，要靠复杂一些的函数来计算，还要依据不同的方向，作相加或相减处理，容易发生疏漏、差错。除了要知道圆弧的端点、半径，还有可能存在4种不同情况（如图5所示）。不同软件平台，对圆弧的初始定义不一致，一般用圆心、半径、起始终止角表达（AutoCAD中多义线的圆弧用h/d来表达，正负号表示左右，如图6所示）。一旦数据要转换，会导致一个软件平台算出的面积和另一个平台的结果有差距，而且往往到了其他业务流程才发现，而由谁来解释、校正误差，尚无合适的途径。更进一步的是，一旦有多个圆弧相接，业务人员只能凭自己的经验处理，会出现多种结果并存的尴尬局面。

图5　带圆弧多边形的复杂性及圆弧表达的多样性

图6　圆弧的弦高与弦长

3）宗地边界的几何处理，包括移位、合并、分割、连接。这些操作针对圆弧的话，明显比直线段复杂，要靠手工式、交互式操作，也容易发生差错、误差。如为了产生道路宗地，需要在交叉口加一条线，一般将圆弧和直线的相交点作为参照点、连接点，很容易产生多边形的互交叉（如图4所示）。如CAD的多义线中有圆弧，转换到地理信息系统（GIS）数据库，由于几何定义有出入，在转换成多边形时，会产生多边形的自交叉、互交叉、缝隙。

4）施工定位。在工程测量中，如果要严格按圆弧放线、定线，势必要先定圆心，如果有关测量工具不能接触圆心的位置（如圆心在建筑物内部或圆心离开红线太远），只能用拟合的办法，事实上用折线段代替圆弧段，真正的圆弧已经消失。因此，事先就将圆弧转为折线，对施工、验收都方便。

5）违法、违章建设查处。建设工程是否压线、跨线、越线，主要靠坐标点来检验，等于是折线、直线，如果要借助圆弧来定位、判定，实施难度比放线、定位更困难。

在上述5种业务中，技术人员、业务人员一般对业务采取如下对策:

1）第5）项业务，圆弧被放弃。

2）第4）项业务，圆弧被简化成近似的折线。

3）第3）项业务，如果按圆弧处理，要增加很多工作量，很可能用折线代替。

4）第2）项业务，目前还没有用函数计算弓形面积的技术规范，事实上用折线来拟合。

5）第1）项业务，将圆弧转换成折线才能满足国家技术规范。

三、将圆弧转换为折线的可操作性

1.关于误差控制

1）如果采用双侧弦高拟合办法，可以用很小的数据量来保证较高的精度，要开发专门的软件来处理，稍复杂一些。

2）如果采用单侧弦高拟合办法，精度稍低于双侧，要存储的数据量也会大一些，但是技术相对简单。

3）如果用弦长来控制，需要事先估算弦高多少，才能判断误差是否满足要求。

图7是单侧弦高方法示意，点位最大的误差是弦高h。如果考虑到解析测量方法的精度要求或国家地籍测量技术规范的界址点精度要求，弦高为0.05～0.07 m，可取 0.05 m作试验性的计算（见表1）；如果为了保证折线内部的直线长度相同，需要倒过来计算弦长。但从表1中可以看出，多数弦长在2～10 m之间，基本上可以满足地籍测量及建设工程放样的精度要求。

图7　弦长与弦高关系

表1　圆弧转为折线的误差和数据量估计　m

笔者建议，可进一步论证弦长、弦高，然后进行制定圆弧转为折线的规范性要求。

2.关于逆向转换

笔者认为，道路中心线的圆弧应长期保留，除了用图形表示，还应增加文字标注。如果在特殊条件下，修改道路规划设计要用到道路红线，可能会出现折线转换为圆弧的要求。如果道路中心线的圆弧值存在，可以靠红线宽度来推算单条道路的边线。对于两条道路的交汇边线，可以靠参数来试算、拟合，因为正常交汇边界线所用圆弧的半径是5 m的整倍数。因此，逆向转换不存在理论、技术上的障碍。虽然现实中发生逆向转换的机会很小，但是理论、技术上可行，能消除设计人员的后顾之忧。

3.关于转换的时机

从各项业务的相互关系，以及国内其他城市多年的经验来看，道路规划设计阶段产生的道路边线，在确定为红线时圆弧应转换成折线，是比较稳妥的时机。转换前属道路边线，转换后属道路红线，后续各项业务不再需要转换，各种操作均变得比较自然、顺畅。

4.关于软件平台

目前规划设计业务较多以AutoCAD为平台，规划管理较多为ArcGIS平台，圆弧转折线可在Auto-CAD平台上完成，也可在从AutoCAD向ArcGIS转换时完成。折线转圆弧建议在AutoCAD平台上完成。