林春峰 程 昂

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

基于AutoCAD的高程點(diǎn)和等高線快速賦值軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林春峰 程 昂

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于AutoCAD平臺的高程點(diǎn)和等高線快速賦值軟件，該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)高程點(diǎn)自動、批量賦值。針對等高線賦值，提出了“區(qū)分計(jì)曲線和首曲線，先程序自動、后人工交互”的作業(yè)模式，該模式可以使用已賦值的高程點(diǎn)實(shí)現(xiàn)計(jì)曲線快速賦值，然后利用已賦值的計(jì)曲線對首曲線賦值。在實(shí)現(xiàn)過程中考慮了實(shí)際作業(yè)習(xí)慣，提供多級檢查機(jī)制，確保各環(huán)節(jié)各類數(shù)據(jù)賦值正確無誤。工程實(shí)踐證明，該軟件能夠極大地提高生產(chǎn)效率，降低錯(cuò)誤率。

高程點(diǎn) 首曲線 計(jì)曲線 賦值

地形圖中，高程點(diǎn)和等高線是表示地形地貌非常重要的地理實(shí)體要素，分別以帶有高程值的注記和帶有不同寬度的曲線來表示。在AutoCAD中，有時(shí)表示高程點(diǎn)和等高線實(shí)體的塊和線元素本身沒有高程信息。基于AutoCAD軟件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種針對數(shù)字地形圖中高程點(diǎn)和等高線賦值的軟件，能夠根據(jù)數(shù)字地形圖中包含的相關(guān)信息快速實(shí)現(xiàn)高程點(diǎn)和等高線賦值工作。

1 數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)分析

工程應(yīng)用中，數(shù)字地形圖通常以AutoCAD軟件所支持的DWG格式存儲，DWG數(shù)據(jù)中包含點(diǎn)、線、塊、填充、圓、弧、注記等實(shí)體類型，且包含圖層。一個(gè)圖層中可以包含一種實(shí)體類型，也可以包含多種實(shí)體類型[1-3]。

高程點(diǎn)和等高線是數(shù)字地形圖中兩種非常重要的地理實(shí)體要素，能夠表示地形地貌特征。在DWG數(shù)據(jù)中，高程點(diǎn)通常以“塊”或“塊+注記”的形式存在于圖面上[4]，即：塊在地形圖中的平面位置表示高程點(diǎn)實(shí)際所在的平面位置，注記的內(nèi)容即為高程值，塊和注記實(shí)體本身的高程值為0，高程點(diǎn)賦值的目的就是將注記內(nèi)容表示的高程值賦予塊和注記實(shí)體。

在DWG數(shù)據(jù)中，等高線分為首曲線和計(jì)曲線兩種，都是線實(shí)體類型，不同種類的等高線按照圖層和線寬區(qū)分。未賦值的等高線，本身實(shí)體對象的高程值為0，在工程應(yīng)用時(shí)，等高線高程值的判讀需要根據(jù)其周邊高程點(diǎn)、等高距等要素人工判識。等高線賦值的目的就是將表示等高線的線實(shí)體對象的高程改正為正確的高程值。圖1為高程點(diǎn)和等高線在數(shù)字地形圖中的形式。

圖1 高程點(diǎn)和等高線

圖1中，紅色粗線為計(jì)曲線，黃色細(xì)線為首曲線，白色塊和注記為高程點(diǎn)。根據(jù)計(jì)曲線是加粗首曲線，且高程值為10的整數(shù)倍[5]等特性，可以根據(jù)圖面上的高程點(diǎn)對計(jì)曲線高程值進(jìn)行判斷；首曲線則可以根據(jù)判斷完成的計(jì)曲線進(jìn)行判斷。

2 實(shí)現(xiàn)思路

高程點(diǎn)和等高線賦值有兩種作業(yè)模式：一種是人工模式，即通過人工方式，逐個(gè)逐條的錄入高程點(diǎn)和等高線的高程值；另一種是半自動模式，即針對等高線由人工指定起始等高線，根據(jù)等高距及高差，自動通過空間關(guān)系完成等高線的高程賦值[6，7]。第一種模式工作量巨大，在生產(chǎn)中基本不予采用；第二種模式雖然部分實(shí)現(xiàn)自動化，但仍需人工干預(yù)，特別是出現(xiàn)地貌突變或等高線因?yàn)樽⒂泬荷w等因素?cái)嚅_等情況等，自動賦值往往失敗。

常見的具有高程點(diǎn)和等高線賦值功能的軟件有GeoWay、MapGis、清華山維等，但是采購軟件具有較高成本，且不一定符合本單位的具體需求。因此，設(shè)計(jì)了一種基于AutoCAD軟件的高程點(diǎn)和等高線快速賦值軟件，軟件能夠全自動實(shí)現(xiàn)高程點(diǎn)賦值，然后根據(jù)已賦值的高程點(diǎn)信息構(gòu)建TIN，利用TIN和計(jì)曲線的空間關(guān)系及計(jì)曲線的特性對計(jì)曲線進(jìn)行自動賦高程值，并提供對計(jì)曲線高程值進(jìn)行檢查的功能，確保計(jì)曲線賦值完全正確；最后，根據(jù)已賦值的計(jì)曲線對首曲線進(jìn)行交互式賦值。軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 高程點(diǎn)和等高線賦值流程

2.1 高程點(diǎn)賦值

數(shù)字地形圖中，高程點(diǎn)一般是由“塊”或“塊+文本”注記的形式存在，且是單獨(dú)存放于一個(gè)圖層?！皦K”或“塊+文本”在數(shù)字地形圖上的平面位置為其真實(shí)的平面位置，高程信息則存儲于圖面的文字信息中，高程點(diǎn)賦值就是將圖面中文字信息中存儲的高程值賦給“塊”或“塊+文本”。實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3 高程點(diǎn)賦值流程

高程點(diǎn)賦值可以通過程序自動完成，無需人工交互操作。

2.2 計(jì)曲線賦值

計(jì)曲線為加粗等高線，其高程值一般為10的整數(shù)倍，且單獨(dú)存放于一層。利用該性質(zhì)，可以通過已經(jīng)賦值的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)對其賦高程值。

(1)高程點(diǎn)構(gòu)建TIN。構(gòu)建的TIN能夠反映數(shù)據(jù)范圍內(nèi)地形的整體情況。

(2)取一根計(jì)曲線，獲得其與TIN三角形邊的交點(diǎn)，并計(jì)算交點(diǎn)的高程值，具體計(jì)算方法如下：

假設(shè)某條等高線與TIN中某邊(頂點(diǎn)A和頂點(diǎn)B，并已知其平面坐標(biāo))的交點(diǎn)為J，點(diǎn)A的高程值為Za，點(diǎn)B的高程值為Zb，如圖4所示。

圖4 計(jì)算交點(diǎn)高程值

可以通過計(jì)算得到：點(diǎn)A到點(diǎn)B的距離為Dab，點(diǎn)J到點(diǎn)A的距離為Dja，則點(diǎn)J的高程值Zj可以按照“權(quán)重與距離成反比”的原則進(jìn)行計(jì)算，即為

(1)

(3)按照式(1)對等高線上所有的交點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，圖5為等高線與TIN交點(diǎn)示意。

圖5 等高線與TIN相交

(4)對交點(diǎn)高程值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置區(qū)間{……[-15，-5)，[-5，5)，[5，15)，[15，25)，[25，35)……}，統(tǒng)計(jì)交點(diǎn)的高程值落入哪一個(gè)區(qū)間，計(jì)算方法如下：

首先按照式(2)計(jì)算交點(diǎn)高程值所在的區(qū)間索引值，每一個(gè)區(qū)間索引值對應(yīng)一個(gè)前閉后開的區(qū)間

(2)

其中，(int)Math.Floor(m)函數(shù)的意思為取小于m值的最大整數(shù)部分?jǐn)?shù)值。

區(qū)間索引值與區(qū)間所對應(yīng)的高程值關(guān)系為

(3)

最后統(tǒng)計(jì)出每一個(gè)區(qū)間中交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，圖5所示的計(jì)曲線與TIN交點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

圖6 交點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(5)對所有計(jì)曲線進(jìn)行(2)-(4)步驟的操作，這樣就完成了計(jì)曲線賦值操作。

由于地形突變、高程點(diǎn)位置分布不均勻等因素，通過程序自動進(jìn)行計(jì)曲線賦值時(shí)，部分計(jì)曲線賦值會出錯(cuò)，需要進(jìn)行改正。設(shè)計(jì)了一種交互式計(jì)曲線賦值錯(cuò)誤查找、改正的方法，即提供對等高線交互式注記的功能，在數(shù)字地形圖上注記已經(jīng)賦值的計(jì)曲線，通過顯示出的高程值與周邊高程點(diǎn)進(jìn)行快速判定計(jì)曲線是否賦值正確，若不正確，立即改正。圖7為計(jì)曲線注記結(jié)果。

圖7 計(jì)曲線注記結(jié)果

2.3 首曲線賦值

因?yàn)槭浊€是在相鄰兩條計(jì)曲線中線的基本等高線，利用已賦值的計(jì)曲線對首曲線進(jìn)行交互式賦值，即：拉選一組計(jì)曲線，獲得相鄰兩條計(jì)曲線中間的首曲線，按照等距的原則將這兩條計(jì)曲線的高程值分配給首曲線。

假設(shè)相鄰兩條計(jì)曲線分別為J1、J2，其高程值分別為Zj1和Zj2，J1和J2中間有n條首曲線分別為S1、S2……Sn，拉選線方向?yàn)镴1-J2方向，如圖8所示。

圖8 交互式首曲線賦值示意

則首曲線Si(i∈{1，2，3...，n})的高程值為

(4)

依次拉選所有計(jì)曲線，則可以完成對首曲線的賦值。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

工程用數(shù)字地形圖一般以AutoCAD軟件的DWG格式存儲，且AutoCAD軟件提供開發(fā)接口，支持插件開發(fā)[8，9]。因此，以AutoCAD為基礎(chǔ)平臺，采用其提供的ObjectArX.net開發(fā)接口進(jìn)行高程點(diǎn)和等高線賦值軟件的實(shí)現(xiàn)。

依照上述高程點(diǎn)賦值的實(shí)現(xiàn)思路，設(shè)計(jì)了如圖9所示的“高程點(diǎn)賦值”工作界面，只需要指定待賦值的高程點(diǎn)所在的圖層和數(shù)據(jù)源，即可進(jìn)行自動賦值。

圖9 高程點(diǎn)賦值界面

圖10為計(jì)曲線賦值的工作界面，在該工作界面上，需要選擇高程點(diǎn)圖層、高程點(diǎn)類型以及待注記計(jì)曲線所在的圖層信息，就可以對計(jì)曲線進(jìn)行注記。

圖10 計(jì)曲線賦值

圖11為通過計(jì)曲線為首曲線賦值的工作界面，只需要設(shè)置計(jì)曲線和首曲線所在的圖層，然后利用交互式的方式在地形圖中拉選成組的計(jì)曲線，則可以實(shí)現(xiàn)首曲線賦值。

圖11 首曲線賦值

4 案例分析

某鐵路工程項(xiàng)目收集到了90幅、約2 250 km2數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)，高程點(diǎn)和等高線未賦值，為了工程設(shè)計(jì)需要，需要對高程點(diǎn)和等高線進(jìn)行賦值。采用高程點(diǎn)和等高線快速賦值軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于高程點(diǎn)賦值可以實(shí)現(xiàn)自動、批量處理，因此耗時(shí)較短，且正確率為100%。計(jì)曲線賦值分為自動賦值、交互式檢查和交互式賦值三部分，由于針對作業(yè)習(xí)慣提供了相應(yīng)的檢查和賦值功能，交互式方式較手動方式效率有較大的提高。首曲線賦值則是在計(jì)曲線賦值的基礎(chǔ)上進(jìn)行交互式操作，可以一次選擇多條計(jì)曲線，效率也較高。經(jīng)過多人較短時(shí)間作業(yè)，為該項(xiàng)目提供了確實(shí)可靠的地形圖成果。

5 結(jié)束語

提出了針對高程點(diǎn)和等高線賦值的完整的解決方案，設(shè)計(jì)的算法思想簡便，計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)編程，且符合作業(yè)流程習(xí)慣，具有很高的實(shí)用價(jià)值。在開發(fā)軟件時(shí)，需要考慮算法優(yōu)化，才能使得作業(yè)效率更高。

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BasedonAutoCADElevationPointsandContourFastElevationvalueAssignmentSoftwareDesignandImplementation

LIN Chun-feng CHENG Ang

2014-09-29

林春峰(1987—)，男，2011年畢業(yè)于武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)06-0011-04

P284

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