基于AutoLISP道路放样数据的快速自动提取
2016-11-28唐争气
唐争气
(1.中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083； 2 湖南城市学院 市政与测绘工程学院，湖南 益阳 413000)
基于AutoLISP道路放样数据的快速自动提取
唐争气1，2*
(1.中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083； 2 湖南城市学院 市政与测绘工程学院，湖南 益阳 413000)
介绍了利用AutoLISP的CAD二次开发，自动提取道路主点坐标和曲线线元要素。把道路的设计数据生成一个相应格式数据文件。将此数据文件通过蓝牙或数据线传输到GPS手簿或全站仪内存中，并导入放样软件中，现场利用仪器的坐标放样程序，进行放样并做好放样点的测量，从而实现了快速一体化放样。实践证明，大大地提高放样与施工的效率，避免了人工录入错误，降低了测量作业人员对道路理论知识的要求，可实现了傻瓜式零人为错误放样。
线元；放样数据；自动提取
1 引 言
测设市政道路中边桩、附属构筑物的平面位置是施工测量的一项重要任务。施工单位基本上是采用极坐标法测设路线和附属构筑物。极坐标法测设构筑物的元素是测站至待测设点位方向的水平距离及其与已知实地定向方向的水平夹角，须预先计算出测设元素或绘制测设元素图表。目前常用的方法是先从设计平面图图纸上查找放样点位的坐标或通过计算器键入曲线要素计算出放样点坐标，然后通过提前或现场手工向仪器输入坐标数据后，再进行现场放样。显然，存在手工输入环节，会影响了放样的速度，并且容易出错。
随着RTK GPS和全站仪在工程测量中的广泛应用，仪器不仅且带有大容量的内存，内置数据采集、路线和坐标放样、数据通讯等程序，甚至提供了支持数据导入、坐标提示放样、直线偏距放样等功能。可以实现无须人工进行任何手工录入和任何计算，即全数字化测设。
本文将介绍道路放样数据元素计算方法，利用AutoLISP开发了主点坐标提取与坐标标注程序和线元数据文件提取生成的算法与流程和程序实现。
2 道路放样数据元素计算方法
市政道路平面曲线线元包括直线、圆曲线和缓和曲线。单个曲线的放样坐标计算比较简单，利用起点坐标或交点坐标、起始切线方位、曲率半径以及待求点至该曲线起点的里程即可计算各放样坐标。而在实际工程放样应用当中，市政道路曲线往往是由一些连续的单一曲线构成的综合曲线，曲线坐标点放样数据的计算方法有交点法和线元法两种。
2.1 交点法
交点法要求输入交点坐标、交点类型、圆曲线半径、缓和曲线长、起点里程。综合曲线起点和终点被认为是退化了的交点。一般市政道路不包括缓和曲线。具体计算公式考文献[1]，交点法示意图如图1所示。
图1 交点法示意图
2.2 线元法
线元法，它将综合复杂的市政平面总线形分解成若干个曲线(包括直线)线形单元。只需已知市政道路平面曲线的起点信息如平面坐标、切线方向和曲率半径，曲线单元长度和曲线偏向，则从起点处开始设置任何一单元，沿任何方向延伸，此曲线单元终点的信息如坐标、切线方位角、曲线半径都可以计算获得，同时，将其作为下一段线元起点的相同信息加以利用。如此逐个单元递推计算。缓和曲线要素可作为一般曲线单元的代表，曲率半径为无穷大即为直线，起点和终点相同即为圆曲线，不同则为缓和曲线。具体计算公式考文献[3]，线元法示意图如图2所示。
图2 线元法示意图
3 路线主点坐标提取与坐标标注
平曲线主点是指曲线的起、中、终点以及不同半径和不同形状曲线之间的衔接点；在设计中，控制这些主点的桩位和桩号是使用曲线元素来控制，因此，提取主点坐标并标注十分必要。有利于在放样过程中实地核对。
4 线元数据提取的算法流程与程序实现
4.1 算法流程
图3 程序流程图
4.2 部分程序代码
(if(/=tu 0) ；曲线凸度不为零即圆曲线
(progn
(setq radius(/(*(+ 1.0(* tu tu))dis 0.25)(abs tu)))
(setq h (* dis(abs tu)0.5)
h1(- radius h)
)
(setq half-angle(atan(/ dis 2)h1))
(setq arc-length(* 2 half-angle radius))
(setq cen(midp pt1 pt2))
(setq cen(polar cen
(+(angle pt1 pt2)
(if(ornil
(and(> h1 0)(> tu 0))
(and(< h1 0)(< tu 0))
)
(* pi 0.5)
(* pi -0.5)
)
)
(abs h1)
)
)
(setq
p3
(polar pt1 JDQq radius)；获取起始点切线方向的半径点
p4
(polar pt2 JDZq radius)；获取终止点切线方向的半径点
p5
(inters pt1 p3 pt2 p4 nil)；切线交点
)
(if(not p5)
(prompt " 没有交点...")
)
(vl-cmdf "line" pt1 p5 "")
(vl-cmdf "line" pt2 p5 "")
(setq x3(nth 0 p5))
(setq y3(nth 1 p5))
(setq
pa(list(strcat "第"(rtos(+ i 1))"段线元：圆曲线")
lc
y1
x1
y2
x2
(if(> tu 0)
(radius)
(* -1 radius)
)
arc-length
y3
x3
)
)
(setq par(cons pa par))
)
(progn
(setq pa(list(strcat "第"(rtos(+ i 1))"段线元：直线")
lc
y1
x1
y2
x2
dis
aa
)
)
(setq par(cons pa par))
)
)
5 程序应用实例
以芷江市政道路为例介绍这种市政道路放样数据的快速提取并放样。
2015年是中国人民抗日战争胜利70周年，怀化芷江作为我国重要受降地，芷江县城市政道路改造任务重、时间紧。笔者根据规划设计提供的路线平面图，利用AutoLISP二次开发出主点坐标标注程序(限于篇幅，所有代码省略)，一分钟内快速完成主点坐标标注的绘制(如图4所示)。示意图上标明了所有主点里程和坐标，为了方便相关人员的识图理解，还标明了N，E方向坐标。
图4 主点坐标标注示意图
同样，利用AutoLISP二次开发批量提取路线要素程序生成数据文件。部分路线数据文件格式如下：
说明：曲线单元为直线
说明：曲线单元起点x坐标
说明：曲线单元起点y坐标
说明：曲线单元起点里程
x2>3036611.360908457100说明：曲线单元终点x坐标
说明：曲线单元终点y坐标
说明：曲线单元起点切线方位
说明：曲线单元终点切线方位
说明：曲线单元起点曲率
说明：曲线单元终点曲率
说明：曲线单元曲率半径
说明：曲线单元长度
说明：曲线模式
说明：曲线单元标志
通过蓝牙传输将道路路线数据文件转换成(.rod格式文件)传至华测RTK GPS手簿中。
笔者利用自编程序，几分钟内快速完成了三条道路的放样数据的提取并导入到路线放样软件中，并立即开始实地放样测量，得到了相关单位和专家的肯定。
6 结 语
市政道路的中线、边线以及附属构筑物的施工放样情形多样，有时甚至需要进行多次重复放样。由于此法的放样数据是自动提取，可以随时方便地提取，不必多次重复手工输入。实践证明，利用此方法进行道路放样数据提取，不仅减少了人为因素的影响，自动化程度很高，放样点位准确无误，内业成果资料规范，而且大大减轻了测量人员的劳动强度，提高了测量作业效率。该程序在多项工程实例中已成功运用并得以检验证实高效、方便，从真正意义上实现了全数字一体化道路放样，降低了测量作业人员对道路理论知识的要求，实现了傻瓜式零人为错误放样。
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[6] 唐争气. 全数字坐标放样内外业一体化的探索[J]. 城市勘测，2012(1)：135～137.Automatic Extraction to Staking Out Data of Road Based on AutoLISP in AutoCAD
Tang Zhengqi1，2
(1.School of Geosciences and Info-Physics，Central South University，Changsha 410083，China；2.School of Municipal and Surveying Engineering，Hunan City University，Yiyang 413000，China)
This paper describes the use of secondary-development of Auto-lisp，automatic extraction of road principal point coordinates and curve line element feature. The design data generate a corresponding road data file format. This data file was transmitted via Bluetooth or a datcable to the GPS or total station memory，and imported lofting software，the instrument coordinate lofting program was used to lofting and setting out survey on-site，thus enabling rapid integration lofting. Practice show that it greatly improve the efficiency of construction and lofting，avoid manual entry errors，reduce the theoretical knowledge requirements of measuring worker，and achieve a fool zero error.
curve element；data of lofting ；automatic extraction
1672-8262(2016)05-126-04
P209
B
2016—04—26
唐争气(1974—)，男，博士研究生，副教授，主要从事工程测量与测绘数据处理及地理信息系统的研究和应用。
湖南省教育厅青年课题(12B022)
