淺談CASS軟件在道路線路測量中的開發(fā)及應用

劉正陶，劉文革

(四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川成都6l008l)

CASS軟件在線路測量中的應用很廣泛，包括地形圖的繪制，斷面的繪制與設計，土石方量的計算，公路曲線設計等［l］。但是它在有些方面還存在著缺陷和不足。這里所說的缺陷主要是在完成采集數(shù)據(jù)，進行后期圖形繪制時所存在的問題，例如在CASS環(huán)境下無法繪制較為復雜的道路線形。而本文所要解決的正是這方面的問題。

l CASS地形地籍成圖軟件簡介

CASS系列地形地籍成圖軟件，是廣州南方測繪儀器公司基于AutoCAD平臺推出的數(shù)字化測繪成圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡便，功能強大，成果格式兼容性強，被廣泛應用于地形、地籍成圖，工程測量應用，空間數(shù)據(jù)建庫等領域。CASS系統(tǒng)自推出以來始終保持與AutoCAD的同步升級。

CASS軟件是以AutoCAD為技術平臺，充分運用AutoCAD平臺的最新技術，全面采用真彩色XP風格界面，重新編寫和優(yōu)化了底層程序代碼，大大完善了等高線、電子平板、斷面設計、圖幅管理等技術，并使系統(tǒng)運行速度更快更穩(wěn)定。同時，CASS軟件運用全新的CELL技術，使界面操作、數(shù)據(jù)瀏覽管理、系統(tǒng)設置更加直觀和方便。在空間數(shù)據(jù)建庫、前端數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和轉(zhuǎn)換上，CASS軟件提供更靈活、更自動化的功能。特別是為適應當前測繪工程對線路測量的需要，該版本對于數(shù)據(jù)本身的結(jié)構也進行了相當?shù)耐晟啤?/p>

2 線路工程測量概述

2.l 簡述

在線性工程建設中，如鐵路、公路、輸電線、供熱、供氣和輸油等工程建設中所進行的測量，稱為線路工程測量，簡稱線路測量［2］。

2.2 線路測量的任務

線路測量是為各等級的公路和各種管道設計及施工服務的［3］。它的任務有兩方面:一是為線路工程的設計提供地形圖和斷面圖，主要是勘測設計階段的測量工作;二是按設計位置要求將線路敷設于實地，其主要是施工放樣的測量工作。

2.3 線路測量的基本內(nèi)容

(l)根據(jù)規(guī)劃設計要求，在選用中小比例尺地形圖上確定規(guī)劃線路的走向及相應大概點位。

(2)根據(jù)圖上的設計在實地標出線性工程的基本走向，沿著基本走向進行必要的控制測量(平面控制和高程測量)。

(3)結(jié)合線性工程的需要，沿著線性工程的基本走向進行帶狀圖或平面的測繪。比例尺按不同線性工程實際需求選定。

(4)根據(jù)規(guī)劃設計的線路把路線中線的點位測定到實地中。

(5)測量線路基本走向的地面點位高程，并分別繪制縱、橫斷面圖。

(6)按線性工程的詳細設計進行施工測量。

3 CASS環(huán)境下繪制任意線形曲線的理論依據(jù)

3.l 曲線要素及坐標的計算［5］

通常計算坐標的方法均是首先建立局部坐標系，計算點在此局部坐標系下的坐標，再利用坐標轉(zhuǎn)換公式計算統(tǒng)一測量坐標系下的坐標。但因不同類型的曲線組合形式的復雜，在實際的道路曲線中很多曲線要素的得到是非常困難的，并且不同類型的曲線計算方法也有所不同。所以上述的方法難以給出適應各種線形組合的統(tǒng)一計算公式，不利于編程計算，且利用曲線的參數(shù)方程取項太少會影響計算精度，取項太多計算公式復雜。因此必須找到一種能統(tǒng)一繪制各類曲線的方法。無論道路線形有多么復雜，形式有多樣，曲線單元是直線、圓曲線還是回旋線段，都可以把它看成是由回旋線組合而成的。既然道路線形都是統(tǒng)一的回旋線，那么就可以設計出一種統(tǒng)一的繪制道路曲線的方法。

在已知:起點里程、終點里程、起始點坐標(xa，ya)、起始點方位角αa、曲線轉(zhuǎn)向角β、起點半徑Ra、終點半徑Rb、回旋參數(shù)A的情況下，可以根據(jù)下列公式來計算回旋線上任意一點的點位坐標和方位角:變量說明:l為起點至任意點P的曲線長。

將公式(l)中方位角帶入坐標一同積分，式(l)改為如下式(2)形式，其中:變量說明:lab為曲線總長，αp為任意點P的方位角，A為緩和曲線常數(shù)，A2=R×So(R為圓曲線半徑，So為緩和曲線全長)。上式中i表示曲線的轉(zhuǎn)向，路線右轉(zhuǎn)i去+l，路線左轉(zhuǎn)i取-l。

設自A點的弧長為l的P點曲率為S(l)，不難看出當Ra=Rb=R時，AB曲線段即為圓曲線，這時M=0，圓曲線的曲率為

則坐標和方位角的計算公式有可改寫為:當Ra=Rb=∞時，AB段為直線段，則上式可以改寫成:

利用上述(2)～(4)公式［7］可計算出任意曲線上P點的坐標，剩下的工作就是使用某一種適合的計算機語言，對積分采用復化辛普生積分方法編制積分函數(shù)、編程實現(xiàn)計算曲線上任意點P的坐標，并取適當?shù)木嚯x將他們用直線連接起來。

3.2 繪制任意曲線的思路及流程圖

首先，自定義一個坐標系，使所繪制的圖形與其他元素統(tǒng)一。接下來需要輸入必要的已知數(shù)據(jù):起點里程、終點里程、起始點坐標、起始點方位角、曲線轉(zhuǎn)向、起點半徑、終點半徑、回旋參數(shù)，這其中會有兩次選擇。在輸入“曲線轉(zhuǎn)向”后會選擇是直線還是曲線，不同的選擇結(jié)果激活不同的算法。如果判定是曲線，那么會要求繼續(xù)輸入“起點半徑、終點半徑”，在計算機得到這些已知數(shù)據(jù)后比較它們是否相同，相同是一種算法，不同又是另一種算法。

然后根據(jù)每種不同的算法設置循環(huán)計算曲線上相應點的點位坐標，再用直線將這些相應點連接起來構成曲線。相應點的確定是根據(jù)精度要求和計算原理確定的。根據(jù)前面所輸入已知數(shù)據(jù)中的“起點半徑、終點半徑”計算出曲線長度，循環(huán)的次數(shù)由曲線長度決定，再將已繪制最后一個點與曲線的終點相連接。這樣曲線就繪制完成了。

程序流程如圖l所示。

4 編程實現(xiàn)在CASS環(huán)境下繪制任意線形道路中線

4.l 繪圖說明

圖l 左邊應為公式4，右邊為公式3

結(jié)合道路曲線中樁坐標計算公式及數(shù)學理論，通過計算機編程實現(xiàn)了在CASS環(huán)境下繪制任意線形的道路中線。以下演示操作步驟:

在繪制道路中線前必須做的工作就是加載所編寫的應用程序。在命令欄中輸入:“appload”，出現(xiàn)如圖2所示的加載窗口。找到需要加載的“fxj.lsp”文件，并且加載。

圖2 加載窗口

當提示:已成功加載fxj.lsp后，在命令行中輸入:fxj，開始執(zhí)行操作。

第一步操作，轉(zhuǎn)換坐標系。這一步操作是可選擇的，如果需要轉(zhuǎn)換坐標系輸入:Y，不需要則輸入:N。在定義完坐標系之后就可以輸入已知數(shù)據(jù)，并繪制曲線了。按照頁面上出現(xiàn)的提示依次輸入已知數(shù)據(jù)，首先輸入起終點里程，指定起點坐標，選擇曲線轉(zhuǎn)向，偏向右轉(zhuǎn)輸入l，左轉(zhuǎn)輸入-l，如果是直線輸入0。如果不是直線會要求繼續(xù)輸入起點半徑、終點半徑。當所需要繪制的道路線形為直線或圓曲線時可以輸入g或f選擇光滑曲線、復合曲線兩種方式。光滑曲線是整段路線一次形成，中間沒有節(jié)點，而復合曲線是以0.5 m的步長完成整段曲線的繪制。在CASS環(huán)境下，絕大多數(shù)對線形的編輯功能都是基于復合線的基礎之上，如果不是復合線則無法編輯，因此選擇復合線能夠使用CASS原有的功能進行編輯。

至此，該程序所有的操作步驟說明已完成。

4.2 實例操作

選擇一條起始里程為Kl+l57.0，終點里程為Kl+4l4.3，其中帶有緩和曲線和圓曲線，直緩點里程為 Kl+264.2，緩圓點里程為 Kl+299.2，圓緩點里程為Kl+4l4.3，圓曲線半徑為l39.94m，緩和曲線長為35 m，起始點方位角為90°，曲線向右偏轉(zhuǎn)，類型為:直線——緩和曲線——圓曲線的道路中線來檢驗程序的正確性。將這條道路分為3個部分，首先繪制直線，然后繪制緩和曲線，最后繪制圓曲線。

接下來需要檢驗所繪的曲線上點的位置與理論值是否一致，如果與理論值相一致，那么此程序正確，具有可行性。

首先使用CASS中原有的功能，對所繪制的曲線每間隔20m繪制出橫斷面，新建里程文件。操作步驟是:“工程應用”→“生成里程文件”→“由縱斷面生成”→“新建”。對緩和曲線和圓曲線做同樣的操作，完成結(jié)果如圖3所示。

圖3 生成橫斷面

然后就是生成里程文件。選用CASS系統(tǒng)中原有的一個.dat文件完成這一步驟。操作步驟:“工程應用”→“生成里程文件”→“由縱斷面生成”→“生成”。操作完成后會出現(xiàn)如圖4所示的窗口，按照要求選擇相應的.dat文件，并確定生成所生成的文件名。

圖4 生成里程文件

使用相同的方法完成緩和曲線和圓曲線的里程標注。完成后對比曲線起點、直緩點、緩圓點、曲線終點的標注結(jié)果與理論值。標注結(jié)果如圖5。

圖5 結(jié)果對比

標注結(jié)果與理論值完全相同，證明此程序具有可行性。

5 結(jié)論

本文結(jié)合各類線型的道路曲線的特點，以及工程測量中道路中線點位計算方法以及線形組合規(guī)律，設計了一種適用于各類線形道路中線的繪制方法。采用本文的方法可實現(xiàn)在CASS環(huán)境下用復合線繪制任意復雜曲線的功能，利用CASS已有的工程應用菜單，將復合線生成道路中線后可實現(xiàn)中邊樁坐標計算、道路縱、橫斷面圖生成、豎曲線設計、道路土方量的計算等。

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