工程測量數(shù)字化繪圖軟件設(shè)計

朱廣軼,王立國,李 偉,鄭仰發(fā)

(1.沈陽大學(xué) 建筑工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110044;2.龍煤礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 雙鴨山分公司地測處,黑龍江 雙鴨山 155100)

工程測量數(shù)字化繪圖軟件設(shè)計

朱廣軼1,王立國2,李 偉1,鄭仰發(fā)1

(1.沈陽大學(xué) 建筑工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110044;2.龍煤礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 雙鴨山分公司地測處,黑龍江 雙鴨山 155100)

結(jié)合沈陽大學(xué)ZMS 7.8軟件系統(tǒng)采用VB調(diào)用CAD的過程,提出了工程測量數(shù)字化繪圖軟件設(shè)計的方法與步驟·

坐標(biāo)變換;DTM;等高線;繪圖軟件;設(shè)計

目前,全站儀和 GPS、GIS、RS的出現(xiàn),計算機(jī)軟硬件的飛速發(fā)展,使工程測量領(lǐng)域面臨數(shù)字化成圖的重要課題[1]·數(shù)字化測圖(DSM)的理念是以計算機(jī)為核心,在外連接輸入輸出設(shè)備硬、軟件的支持下,對地形空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、輸入、成圖、繪圖、輸出、輸入、管理的系統(tǒng)·DSM形成電子地圖是進(jìn)行GIS開發(fā)的必要步驟·

DSM軟件是數(shù)字化成圖系統(tǒng)的關(guān)鍵[2],它分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件·系統(tǒng)軟件的任務(wù)主要是管理計算機(jī)系統(tǒng)資源·應(yīng)用軟件才是處理專業(yè)數(shù)據(jù)或?qū)崿F(xiàn)特定功能的程序·可見,數(shù)字化繪圖軟件是工程測量DSM系統(tǒng)的重中之重·在CAD環(huán)境下,地形圖的地物、地貌點(diǎn)根據(jù)測點(diǎn)的屬性調(diào)用地形符號庫符號,根據(jù)測點(diǎn)三維坐標(biāo)、點(diǎn)的連接關(guān)系,可方便地繪制·然而,地形等高線的分析與繪制卻非易事,本文以此為主線,結(jié)合作者ZMS 7.8軟件的開發(fā)闡述了工程測量數(shù)字化繪圖軟件設(shè)計的方法與步驟·

1 坐標(biāo)變換鮮題

工程測量數(shù)字化繪圖軟件涉及大地坐標(biāo)系、計算機(jī)屏幕坐標(biāo)系、繪圖機(jī)繪圖坐標(biāo)系,如圖1所示·為了數(shù)字化測圖與繪圖,外業(yè)測得的大地坐標(biāo)必須轉(zhuǎn)換為設(shè)備繪圖坐標(biāo)·

1.1 坐標(biāo)系方向和尺度變換

采用數(shù)學(xué)公式分別進(jìn)行坐標(biāo)系方向和尺度變換比較麻煩,然而,采用VB語言卻非常簡單·在ZMS 7.8中,采用Scale語句完成了坐標(biāo)系的方向與尺度變換[3-4]:

式中,(Ylu,Xlu)為測量圖幅左上角點(diǎn)的大地坐標(biāo);(Yrd,Xrd)為測量圖幅右下角點(diǎn)的大地坐標(biāo)·如圖1所示·注意,為了計算機(jī)繪圖,這里已進(jìn)行了大地坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的對換·

圖1 三種坐標(biāo)系

1.2 坐標(biāo)系的平移、旋轉(zhuǎn)

采用數(shù)學(xué)公式[5]:

式中,φ為任意坐標(biāo)系(Xi,Yi)向?qū)嶋H坐標(biāo)系(xi,yi)的轉(zhuǎn)角(逆時針為正);(x0,y0)為任意坐標(biāo)系原點(diǎn)在實(shí)際坐標(biāo)系中的坐標(biāo)·

2 DTM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與選擇

DTM(Digital terrain model,數(shù)字地面模型)是以數(shù)字形式按一定的結(jié)構(gòu)組織在一起的,表示地貌特征空間分布的模型形式:

在地形測量中,Z表示高程;在地面工程分析中,可能為地表移動變形等其他指標(biāo)·DTM是由離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造出來的·常見的有矩形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)和三角形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)(TIN)[2],兩種格網(wǎng)單元如圖2所示·

圖2 矩形、三角形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)

矩形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)有規(guī)律,適用于工程預(yù)測;三角形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)(TIN)不規(guī)則,適用于野外實(shí)測的離散地形特征點(diǎn)·

3 等高線的追蹤與平滑處理

等高線追蹤利用格網(wǎng)數(shù)據(jù)信息生成等高線·在網(wǎng)格數(shù)據(jù)某一條邊的兩個端點(diǎn)高程只有分別大于和小于某個高程H時,相應(yīng)于高程H的等高線才可能與這條邊相交,等高線追蹤就是根據(jù)這樣的原理進(jìn)行的·為了使等高線更為準(zhǔn)確、更為美觀,必須使DTM等高線由折線變成光滑的曲線·平滑處理的基本原理是曲線擬合·

3.1 矩形格網(wǎng)等高線的追蹤

在計算范圍,劃定邊界平行于坐標(biāo)軸的矩形地表計算區(qū)域R,按給定間距將R剖分為m×n個網(wǎng)格·對于各網(wǎng)格點(diǎn),建立數(shù)學(xué)模型Z=f(x,y)·若等值線Z=f(x,y)與其中的一網(wǎng)格邊AB相交,則[5]

3.2 三角形格網(wǎng)等高線的追蹤

如圖2(b)所示,計算等高線與三角形格網(wǎng)單元的交點(diǎn)P(X,Y,Z),一般采用線性插值,則交點(diǎn)P為

按上式進(jìn)行等值線追蹤,以一定的順序把它們逐點(diǎn)連接起來,形成各等值線數(shù)組·

3.3 等高線的平滑處理

等高線平滑處理方法有線性迭代法、分段三次多項(xiàng)式法、二次多項(xiàng)式加權(quán)平均法、張力樣條插值法等·本文推薦張力樣條插值法,原因是:這種方法在三次樣條函數(shù)中加入一個不等于0的張力系數(shù)σ,隨σ取值變化控制曲線彎曲程度,表示不同地貌的變化類型,在計算機(jī)輔助設(shè)計CAD和計算機(jī)輔助制造CAM中表現(xiàn)出既能達(dá)到平滑又不容易失真的優(yōu)越性·

4 VB調(diào)用CAD軟件開發(fā)

VB具有很強(qiáng)的計算功能,CAD具有強(qiáng)大的繪圖功能,將二者結(jié)合起來進(jìn)行工程測量數(shù)字化繪圖軟件開發(fā)顯示出很大的優(yōu)越性·在VB中建立Auto CAD對象[6],根據(jù)以上分析即可繪出測區(qū)的等值線與其他地貌、地物;通過逐一插值m-1個剖面,同時不斷連接n-1個相垂直的剖面,則產(chǎn)生相應(yīng)的立體圖·

圖3為沈陽大學(xué)ZMS 7.8系統(tǒng)框圖,該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、坐標(biāo)系變換、建立DTM、繪圖幾部分·

圖3 程序結(jié)構(gòu)框圖

5 結(jié) 論

數(shù)字化繪圖軟件是工程測量、GIS開發(fā)的前沿性重要課題·這種軟件的設(shè)計涉及大地坐標(biāo)系、計算機(jī)屏幕坐標(biāo)系、繪圖機(jī)繪圖坐標(biāo)系、DTM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型,充分認(rèn)識其關(guān)系與特點(diǎn),通過數(shù)學(xué)手段與組合編程能夠解決這一問題·沈陽大學(xué)自主開發(fā)的ZMS 7.8軟件運(yùn)用VB調(diào)用CAD解決了這一問題·

[1] Carter J R.Digital Representations of Topographic Surfaces[J].PhotogrammetricEngineering and Remote Sensing,1988,54(11):1577-1580.

[2] 楊德麟.大比例尺數(shù)字測圖的原理方法與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997.

[3] 錢培德.中文Visual Basic 6.0[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.

[4] 朱廣軼,王瑋,關(guān)鍵,等.教學(xué)試卷分析軟件開發(fā)[J].沈陽教育學(xué)院學(xué)報,2006,8(2):146-148.

[5] 朱廣軼,王瑋,劉曉群.開采與地表沉陷分析的可視化軟件系統(tǒng)[J].煤炭工程,2006(8):99-100.

[6] 張晉西.Visual Basic與Auto CAD二次開發(fā)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002:141-143.

Digital Mapping Software Design for Engineering Survey

ZHU Guangyi1,WAN G Liguo2,L I Wei1,ZHEN G Yangf a1
(1.School of Architecture and Civil Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China;2.Geology and Survey Department of Shuangyashan Branch,Longmay Mining Group CO.L TD.,Shuangyashan 155100,China)

Combined ZMS 7.8 edition software system of Shenyang University with the process of VB calling CAD,the method and procedure of digital mapping software design for engineering survey are presented.

coordinate transformation;DTM;contour;mapping software;design

P 258;TP 302.4

A

1008-9225(2011)02-0001-03

2010-10-12

遼寧省教育廳資助項(xiàng)目(L2010379)·

朱廣軼(1962-),男,遼寧喀左人,沈陽大學(xué)教授·

【責(zé)任編輯:劉乃義】