路線工程測量可視化系統(tǒng)設計

摘要：主要介紹路線工程測量計算的數(shù)學模型及如何開發(fā)電算可視化系統(tǒng)，從而解決由人工筆算產(chǎn)生的種種局限性。該系統(tǒng)主要完成中線測設要素的計算、單一附合導線和閉合導線的近似平差、基本的交會計算以及簡圖的繪制，解決路線工程測量中的計算問題。

關鍵詞：數(shù)學模型；路線測量；中線計算；繪制簡圖

路線工程測量一直面對著數(shù)據(jù)量龐大，繁雜的問題，而放樣要素的計算是路線工程測量的重要內(nèi)容，主要是通過設計參數(shù)計算主點和中樁坐標，以及解算路線工程建設當中所需要的控制點坐標。路線放樣時所要求的坐標數(shù)據(jù)量是非常大的，控制點的坐標精度要求也比較高的。在目前便攜式電腦比較普及的情況下，設計一套相應的測量數(shù)據(jù)電算可視化處理系統(tǒng)來完成這樣繁重而苛刻的工作，就顯得事在必行。

1系統(tǒng)總體設計

針對路線測量的大量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的手算方法以遠遠滿足不了工作的需要，而以往在計算器上開發(fā)的一些相應程序，多伴有計算功能的局限性和操作、顯示的不便性。由此路線工程測量可視化電算系統(tǒng)的出現(xiàn)自然水到渠成。

1.1 系統(tǒng)設計和開發(fā)原則[1]

標準化：遵循標準和約定俗成的習慣，滿足維護人員和操作人員的要求。

易使用性：系統(tǒng)設計應針對使用人員設計，達到易學易用、操作方便。如具有良好的人機界面。

高效性：設計中應對數(shù)據(jù)運算，傳輸進行一定的優(yōu)化設置，達到預算時間最小。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

主要應用Visual C++ 6.0開發(fā)平臺，采用MFC編程技術，運用C++語言編寫程序，簡圖的繪制使用AutoCAD軟件，通過編寫LISP應用程序?qū)崿F(xiàn)自動展點、連線和標注。最后使用實際工程成果數(shù)據(jù)對編寫的程序進行測試，以完善其功能，保證成果精度。

1.3 數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是一個系統(tǒng)的核心，用來存儲原始數(shù)據(jù)，已知數(shù)據(jù)和預處理數(shù)據(jù)等等。是一個系統(tǒng)建立的基礎。

為了力求使系統(tǒng)達到各方面要求，在綜合分析了所有相應數(shù)據(jù)的基礎上，設立了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。以盡力達到數(shù)據(jù)冗長度最小、系統(tǒng)資源需求最小，用戶滿意度最高。數(shù)據(jù)類型如表一：

2 系統(tǒng)功能模塊

模塊化設計可以提高代碼重復利用率，便于調(diào)試排錯，易于擴展[3]。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)處理特點，本軟件具有以下三個總模塊，如圖一：

其中數(shù)據(jù)處理模塊分為直線坐標計算、圓曲線要素計算、緩和曲線要素計算、豎曲線坐標計算、導線平差計算、交會計算六個子模塊，這種設計體現(xiàn)了模塊間的獨立性，同時也不失各個模塊間的橋梁關系。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

在經(jīng)過了可行性研究，需求分析等一系列準備工作后，就可以著手系統(tǒng)設計了。良好的系統(tǒng)，首先是良好的人機交互界面，高效的數(shù)據(jù)處理，簡潔緊湊的模塊。

系統(tǒng)計算起關鍵作用的是數(shù)據(jù)處理中的六個計算模塊，對函數(shù)的設置也采用獨立性，選擇不同的函數(shù)完成不同的設置和功能，各函數(shù)間也是互相獨立的，對整個工程的其他部分是沒有影響的。如直線中樁坐標計算模塊：

首先建立直線段坐標計算的數(shù)學模型[2]，如圖2，A、B是導線點，M至JD1是公路的中線，i是待測設的中線點位，計算第i點的坐標，即

式中xm、ym是路線的起點M的坐標，L是中線點之間的間距，α是中線的方位角，i=1、2……n。設定測站A點的起始方向AM，利用A、M、i點坐標進行坐標反算的辦法求A點至第i點的距離Si及 i，直線段中線的測設方法主要采用極坐標法，極坐標法可利用控制點視野開闊的有利條件進行中線測設[4]。數(shù)學模型建立后則開始編寫代碼。

直線中樁坐標計算模塊設計最終如圖3：

如此完成其他相應模塊。

最后簡圖繪制使用Autodesk公司的AutoCAD繪圖軟件，該軟件不僅具有豐富的繪圖命令，還具有強大的圖形編輯功能，而且具有二次開發(fā)的功能，進行AutoCAD二次開發(fā)的高級語言有很多，本次設計使用的是嵌入AutoCAD內(nèi)部的高級語言--Auto LISP語言，完成中線和導線簡圖的繪制[5]。

主要編程思路：

(1）讀取原始數(shù)據(jù)文件。

(2）進行字符處理，使之成為程序所要求的

格式。

(3）進行展點、連線、標注，生成圖形。

最終運行結(jié)果如圖4：

4程序運行與工程實踐

以直線段為例，打開“路線測量可視化系統(tǒng).EXE”文件，運行使用的源數(shù)據(jù)采用實際的工程數(shù)據(jù)：北京懷柔河北路道路工程中的中樁放樣坐標數(shù)據(jù)，點擊主界面的左側(cè)列表中的“直線段”取從起點到JD1的一段直線段數(shù)據(jù)，見表2：

將已知參數(shù)輸入到文本框中，設置無誤后點擊計算即可，計算結(jié)果在界面右側(cè)的“結(jié)果顯示區(qū)”中顯示出來，也可以文本輸出，將成果打印出來，詳細放樣參數(shù)如下表3：

參考文獻

[1]馬明棟，趙長勝，(等).面向?qū)ο蟮臏y量程序設計[M].北京:教育科學出版社.2000.

[2]李正中，任秀，(等).現(xiàn)代路線工程測量[M].北京:教育科學出版社.2000.

[3]唐澤圣.程序設計Visual C++ 6[M].北京:電子工業(yè)出版社.2000.

[4]朱東海.Visual C++ 6使用詳解[M].北京:機械工業(yè)出版社.1999.

[5]佟里欣.AutoLISP入門[M].北京:海洋出版社.2000.

[6]孫家駟.道路設計資料集[M].北京:人民交通出版社.2001.