道路定線技術(shù)在北京市規(guī)劃道路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

秦學(xué)秀，張保鋼

(北京市測繪設(shè)計研究院，北京 100038)

0 引言

城市道路網(wǎng)是由城市范圍內(nèi)所有道路組成的一個體系，是城市總平面圖的基本骨架，它是在編制城市總體規(guī)劃時擬定的。北京市規(guī)劃道路網(wǎng)是北京市城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)，是城市規(guī)劃和城市建設(shè)工程的必要保障。經(jīng)過幾十年的規(guī)劃道路定線測繪生產(chǎn)，北京市積累了大量的規(guī)劃道路定線測量成果，其成果以卷宗形式保存，查詢以道路名稱或項目編號為索引。隨著北京市城市規(guī)劃建設(shè)和地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及北京市規(guī)劃委辦公自動化工作的實施與深入，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲模式及單一的數(shù)據(jù)形式已不能滿足規(guī)劃設(shè)計、審批的需要，無法適應(yīng)城市建設(shè)的快速發(fā)展。

為滿足測繪生產(chǎn)、規(guī)劃審批、規(guī)劃設(shè)計和北京市各建設(shè)單位的需要，“北京市規(guī)劃道路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”項目在北京市規(guī)劃委立項，并通過了北京市規(guī)劃委員會組織的項目鑒定。鑒定結(jié)果認(rèn)為，該項目取得的成果在城市規(guī)劃道路數(shù)據(jù)的可視化管理與實用性方面處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 規(guī)劃道路數(shù)據(jù)內(nèi)容

1)規(guī)劃道路定線條件。它是由規(guī)劃行政主管部門開具的，是規(guī)劃道路數(shù)據(jù)生產(chǎn)的重要且唯一的依據(jù)。定線條件中主要提供了規(guī)劃道路的名稱、起止、條件編號、路寬、確定道路平面位置的測量及計算條件、路口紅線(立交)設(shè)置情況、曲線設(shè)置情況和平面示意圖等輔助資料。規(guī)劃道路每次變更都會附有一個定線條件，隨著道路變更次數(shù)的增加，規(guī)劃條件也相應(yīng)不斷增加。

2)規(guī)劃道路中線數(shù)據(jù)。規(guī)劃道路中線指道路的中心線，是根據(jù)定線條件進行外業(yè)測繪并經(jīng)內(nèi)業(yè)計算確定的道路起點、終點、折點、相交路口(本路與相關(guān)規(guī)劃道路交叉點)及圓弧段的平面位置。

3)路口紅線(立交)。對于特殊的、復(fù)雜的道路路口，定線條件中規(guī)定了路口紅線(立交)的圖形范圍及測設(shè)、計算條件。依據(jù)定線條件，通過外業(yè)實測及內(nèi)業(yè)計算，確定路口紅線(立交)的平面位置及對應(yīng)的屬性信息(路口紅線名稱、紅線曲線元素等信息)。

4)派生紅線。根據(jù)中線位置和中線兩側(cè)道路寬度推算的規(guī)劃路邊線，它是城市規(guī)劃審批和城市工程建設(shè)中最重要的依據(jù)。

在規(guī)劃道路中線和路口紅線數(shù)據(jù)中都包含有曲線元素，一般情況下當(dāng)?shù)缆氛埸c處角I＞3°時，在折點處會設(shè)置曲線，如果設(shè)置曲線，需要計算該點上規(guī)劃路的曲線元素，包括角I、曲線半徑R、切線長T、曲線長L、外距E和圓心坐標(biāo)O，如圖1所示。

圖1 規(guī)劃道路曲線元素Fig．1 Planning road curve elements

2 北京市規(guī)劃道路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

為了實現(xiàn)規(guī)劃路數(shù)據(jù)的有效組織、更新、管理、高效的空間數(shù)據(jù)查詢以及數(shù)據(jù)分發(fā)，本文基于ESRI公司的ArcInfo軟件和Map Objects控件，利用Visual Basic開發(fā)完成了北京市規(guī)劃道路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)由規(guī)劃道路數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和規(guī)劃道路數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)2部分組成。前者的核心是管理各類規(guī)劃道路數(shù)據(jù)，可以錄入規(guī)劃道路中線、紅線數(shù)據(jù)，同時生成派生紅線數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)對以上數(shù)據(jù)的增加、修改、刪除等一系列數(shù)據(jù)維護及管理工作，確保規(guī)劃道路數(shù)據(jù)正確，和現(xiàn)狀保持一致且完整;后者的核心是在后臺產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，瀏覽、查詢、輸出規(guī)劃道路中線、路口紅線及派生紅線數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的功能架構(gòu)見圖2。

圖2 規(guī)劃道路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig．2 Funetion framework of planning road data management system

3 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

3．1 規(guī)劃路數(shù)據(jù)庫組織

遵循分類分層的原則，將規(guī)劃路數(shù)據(jù)分為中線、紅線、派生紅線、規(guī)劃條件4個專題。其中，空間數(shù)據(jù)及各類注記以矢量數(shù)據(jù)模型存儲;道路中線的屬性信息、道路中線點的曲線信息、道路中線段的屬性信息、紅線的屬性信息等則以數(shù)據(jù)庫表的形式存儲?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間通過關(guān)鍵字關(guān)聯(lián)。通過建立數(shù)據(jù)拓?fù)?，建立起同一專題的圖形與屬性數(shù)據(jù)、同一專題不同屬性數(shù)據(jù)及不同專題屬性數(shù)據(jù)之間合理、有效的連接關(guān)系，便于數(shù)據(jù)的動態(tài)更新、查詢輸出及應(yīng)用。

3．2 規(guī)劃路中線數(shù)據(jù)庫模型。

限于篇幅，僅列出規(guī)劃路中線數(shù)據(jù)庫模型(圖3)。

圖3 規(guī)劃路中線數(shù)據(jù)庫模型Fig．3 Database model on centerlines of planning roads

4 關(guān)鍵技術(shù)

規(guī)劃道路空間數(shù)據(jù)是一個網(wǎng)狀圖形，相互關(guān)聯(lián)多，每一個坐標(biāo)點代表道路的變寬或轉(zhuǎn)折處，每一個交叉點代表一個路口，所以每增加或廢除一條路就會增加或減少若干個路口，每一條路的變更，都會引起許多相關(guān)道路的圖形和屬性變化。

規(guī)劃道路的屬性信息較多且相互關(guān)系復(fù)雜。每一條道路都有道路綜合信息，如路名、起止點、路寬的綜合描述、路網(wǎng)名稱、與道路對應(yīng)的多個條件編號等;有路段屬性信息，如路寬、長度、方位、曲線半徑及與之對應(yīng)的圓心坐標(biāo)、路段描述信息等;還有點屬性信息，如點名、曲線設(shè)置信息及與之對應(yīng)的曲線半徑和曲線元素信息、立交設(shè)置信息及與之對應(yīng)的立交名稱和立交紅線信息等。每一條道路與其他道路通常會有多個交叉路口，交叉路口可能會設(shè)有多個曲線、立交，所以交叉路口承載了多條路的屬性信息。另外，規(guī)劃道路數(shù)據(jù)中存在著一些不規(guī)范的數(shù)據(jù)，構(gòu)成特例，需要給出專門的處理方法。

4．1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的關(guān)鍵問題

4．1．1 中線條件編號表的設(shè)計

每條規(guī)劃道路至少對應(yīng)一個規(guī)劃條件編號，隨著道路變更次數(shù)的增加，規(guī)劃條件編號也不斷增加。所以規(guī)劃道路的條件編號個數(shù)在設(shè)計時是無法確定的。為了滿足條件編號的動態(tài)增加，減少數(shù)據(jù)冗余，特設(shè)計了規(guī)劃道路中線條件編號表，通過規(guī)劃道路中線屬性表和條件編號表中的關(guān)鍵項，建立每條規(guī)劃道路中線屬性與其他多個條件編號的關(guān)聯(lián)。

4．1．2 中線點屬性表中曲線標(biāo)識設(shè)置

曲線標(biāo)識是用于說明某點中線和紅線曲線設(shè)置情況的代碼。規(guī)劃道路中線的折點或交叉路口如果設(shè)置曲線，可有以下幾種不同情況:①規(guī)劃條件給出中線半徑，中線和兩側(cè)紅線均設(shè)置曲線;②規(guī)劃條件給出中線半徑，中線和一側(cè)紅線設(shè)置曲線，另一側(cè)紅線不設(shè)曲線;③規(guī)劃條件給出中線半徑，中線設(shè)置曲線，中線兩側(cè)紅線不設(shè)曲線;④規(guī)劃條件給出中線半徑，中線不設(shè)曲線，中線兩側(cè)紅線設(shè)置曲線。

為了能準(zhǔn)確表達曲線設(shè)置情況，便于系統(tǒng)自動識別并自動計算曲線元素，設(shè)計了曲線標(biāo)識字段。曲線標(biāo)識設(shè)為3位碼，第1位標(biāo)識左紅線，第2位標(biāo)識中線，第3位標(biāo)識右紅線(以規(guī)劃條件中給定的道路中線走向為前進方向，中線左側(cè)為左紅線，右側(cè)為右紅線)。1表示設(shè)曲線，0表示不設(shè)曲線。例如:111表示中線及兩側(cè)紅線均設(shè)曲線，010表示中線設(shè)曲線，兩側(cè)紅線均不設(shè)曲線，110表示中線及左側(cè)紅線設(shè)曲線而右側(cè)紅線不設(shè)曲線，011表示中線及右側(cè)紅線設(shè)曲線而左側(cè)紅線不設(shè)曲線。

4．1．3 中線點屬性表中曲線位置標(biāo)識設(shè)置

曲線位置用于說明某道路中線交叉點上曲線位置的設(shè)置情況，本系統(tǒng)設(shè)為8位碼。格式為“cang1．a(chǎn)ng2”或“rang1．a(chǎn)ng2”，其中 c說明規(guī)劃定線條件中所給半徑為中線半徑，r說明規(guī)劃定線條件中所給半徑為紅線半徑，ang1和ang2為與所設(shè)曲線相切的2路段的方位(度)，方向應(yīng)為從交叉點位置向外的方向。舉例如圖4所示。

圖4 曲線位置標(biāo)識Fig．4 Identifier for curve position

例1:某路中線略圖如圖4(a)。折1點曲線位置標(biāo)識為“c267．150”。含義:折1設(shè)曲線，中線半徑為500 m，半徑設(shè)在267°方位和150°方位之間，半徑值500存儲在與位置標(biāo)識相對應(yīng)的半徑字段中。

例2:某路交叉路口略圖如圖4(b)。O點為A路與B路的交叉路口，該路口設(shè)有2條曲線，圖中標(biāo)注的半徑均為紅線半徑。在A路中，O點曲線錄入2條曲線位置標(biāo)識:曲線位置標(biāo)識1為“r225．15”;曲線位置標(biāo)識2為“r225．140”。半徑值600和1 000分別存儲在與位置標(biāo)識相對應(yīng)的半徑1和半徑2字段中。而在B路中，由于B路與A路相交，O點曲線同樣需要錄入2條曲線位置標(biāo)識:曲線位置標(biāo)識1為“r225．15”;曲線位置標(biāo)識2為“r225．140”，程序可根據(jù)曲線位置標(biāo)識自動獲取相應(yīng)的半徑值。

例3:如果一條路中線(直線)與另一條路中線(曲線)相交，那么曲線位置標(biāo)識取值應(yīng)為“r方位角(直線段)．曲”或“c方位角(直線段)．曲”。如圖4(c)所示情況，曲線位置標(biāo)識應(yīng)為“r270．曲”。

4．1．4 規(guī)劃道路中線點屬性表中非正常曲線標(biāo)識設(shè)置

非正常曲線(標(biāo)識為1)是相對于正常曲線(標(biāo)識為0)而言的。一般正常曲線，曲線設(shè)置的位置明確，有確定的半徑、路寬，程序可以根據(jù)以上條件自動計算其曲線元素值。非正常曲線則計算條件不明確，需要人為根據(jù)具體情況個別處理計算其曲線元素值。所以正常曲線只需要錄入其半徑值，而非正常曲線則需要將曲線元素值全部錄入。非正常曲線的3種形式舉例如圖5所示。

圖5 非正常曲線示例Fig．5 Sample of abnormal curve

例4:某路折1設(shè)有曲線，中線半經(jīng)為1 000 m，如圖5(a)所示。曲線設(shè)在折1，那么圓弧應(yīng)與“折1—A”路段和“折1—折2”路段相切;而圖5(a)中的圓弧是與“A—折1”路段和“折2—B”路段相切的，與“折1—折2”路段并不相切。

例5:某路折1設(shè)有曲線，半經(jīng)為500 m，如圖5(b)所示?！癆—折1—B”為道路中線。曲線設(shè)在折1，那么圓弧應(yīng)與“A—折1”路段和“折1—B”路段相切。而圖4(b)中的圓弧是與“A—折 1”路段和“D—C”輔助線相切的，與“1—B”路段并不相切。

例6:某路路寬30 m，計劃向兩側(cè)擴展。折1設(shè)有曲線，中線半經(jīng)為1 000 m，如圖5(c)所示。根據(jù)該路路寬，南、北曲線應(yīng)分別設(shè)在中線以南15 m和中線以北15 m處，即，北紅線R=1 015 m，南紅線R=985 m。而實際上南、北曲線分別設(shè)在了中線以南25 m和中線以北25 m處(圖5(c))中虛線所示，即，北紅線R=1 025 m，南紅線R=975 m。

4．2 系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的技術(shù)關(guān)鍵

4．2．1 曲線元素計算

首先判斷該點是否設(shè)置曲線，如果設(shè)置曲線，進而判斷是否為正常曲線。如果是正常曲線，在此基礎(chǔ)上通過曲線標(biāo)識判斷在中線、兩側(cè)紅線哪個位置設(shè)置曲線;再通過曲線位置標(biāo)識確定定線條件所給半徑值是中線的或是紅線的。如果是中線半徑，且標(biāo)識為111，根據(jù)中線半徑和中線兩側(cè)路寬計算兩側(cè)紅線半徑，進而計算曲線元素;如果是中線半徑，且標(biāo)識為010或110或011，則根據(jù)需要選擇計算相應(yīng)位置曲線元素;如果是紅線半徑，先確定是左紅線還是右紅線，然后直接計算紅線曲線元素。

4．2．2 派生紅線圖形編輯功能實現(xiàn)

派生紅線是城市規(guī)劃審批和城市工程建設(shè)中最重要的依據(jù)，使用頻率最高。然而在資料卷宗中并不存在，只是通過道路寬度來隱含表示。為此在建立規(guī)劃道路數(shù)據(jù)庫時專門增設(shè)了派生紅線數(shù)據(jù)功能。

派生紅線根據(jù)中線位置和中線兩側(cè)道路寬度推算，同時需要計算并繪制所有折點和道路交叉口曲線，還要與所有立交紅線相銜接。系統(tǒng)編制了一整套圖形編輯工具，自動化程度高，應(yīng)用于派生紅線數(shù)據(jù)生成模塊和規(guī)劃條件數(shù)據(jù)生成模塊。派生紅線生成主要步驟如下:

1)曲線元素計算及繪制。首先，只生成派生紅線，但未繪制曲線，如圖6(a);然后，單擊中線交叉點，系統(tǒng)自動計算該交叉路口所有位置曲線元素并繪制曲線，如圖6(b);最后同時自動去除多余線劃并自動注記曲線元素值如圖6(c)。

圖6 路口曲線元素生成Fig．6 Generating of curve element in an intersection

2)路口多余線劃去除。自動生成的派生紅線在路口會有一些多余線劃(圖7(a))需要剔除，選定路口，系統(tǒng)自動剔除多余線劃(圖7(b))。

圖7 去除派生紅線路口多余線劃Fig．7 Removing of duplicate derived redlines in an intersection

4．2．3 規(guī)劃路中線圖形輸出功能實現(xiàn)

由于規(guī)劃設(shè)計和規(guī)劃道路資料歸檔的需要，在完成一條規(guī)劃道路或一個規(guī)劃道路網(wǎng)的作業(yè)后，必須輸出紙質(zhì)規(guī)劃道路略圖。該略圖要清楚地表示出每個路段、每個點的空間位置并標(biāo)注每條路的路名、每個路段的方位、每個點的點名、曲線元素、立交情況等必要信息。如果直接按比例打印輸出，有些極小的路段會表示不出來，相鄰比較近的點會重合。為滿足要求，不能直接使用數(shù)據(jù)庫中的圖形數(shù)據(jù)，而需要通過計算重新調(diào)整圖形比例關(guān)系，繪制規(guī)劃道路略圖，保證輸出的紙質(zhì)略圖能夠完整表達每條規(guī)劃道路、每個路段、每個點的空間位置和屬性信息。基于這種思路，系統(tǒng)很好地解決了這一問題。

5 結(jié)論

系統(tǒng)完成了紙質(zhì)成果向信息化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變，形成了比較完整、科學(xué)、合理的生產(chǎn)、入庫、動態(tài)更新機制，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化及數(shù)據(jù)共享，改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)模式，提供了高效的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)手段，提升了信息化管理和服務(wù)水平。該項目獲得了中國測繪學(xué)會國家測繪局測繪科技進步三等獎。系統(tǒng)應(yīng)用于北京市地理信息中心、北京市測繪設(shè)計研究院資料檔案室及各生產(chǎn)分院，并長期服務(wù)于北京市規(guī)劃委，多次為北京市規(guī)劃院、北京市交通委等政府部門和北京市各建設(shè)單位提供規(guī)劃道路數(shù)據(jù)，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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