在GEOPAK中用高程點(diǎn)和斷裂線生成等高線的關(guān)鍵技術(shù)

孫曉云，毛文軍，王曉東

(1.西安煤航信息產(chǎn)業(yè)有限公司，陜西西安710054;2.包頭市測(cè)繪院，內(nèi)蒙古 包頭014030)

一、引 言

GEOPAK是BENTLEY公司旗下一款運(yùn)行在MicroStation軟件平臺(tái)上的工程設(shè)計(jì)軟件包，其中的GEOPAK Civil Engineering Suite為設(shè)計(jì)道路、橋梁和多層立體橋梁、鐵路、工場(chǎng)等提供了完善的功能，軟件適用于絕大多數(shù)工程設(shè)計(jì)與測(cè)繪項(xiàng)目。目前有美國(guó)聯(lián)邦高速公路管理局、16個(gè)州的運(yùn)輸部門和全世界超過600個(gè)工程顧問公司正在使用這個(gè)產(chǎn)品。GEOPAK(V8.05.00.64)軟件包包含以下 6 個(gè)主要模塊:

1)GEOPAK Bridge用于橋面標(biāo)高和量化的三維幾何模型建構(gòu)，可用于建立單跨或多層復(fù)雜的交通道路。

2)GEOPAK Drainage為設(shè)計(jì)和分析排水系統(tǒng)，是從填補(bǔ)道路、場(chǎng)地設(shè)計(jì)到排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全面性系統(tǒng)。

3)GEOPAK Road為大規(guī)模的道路項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工提供一個(gè)全面的解決方案。

4)GEOPAK Site為場(chǎng)地設(shè)計(jì)項(xiàng)目所提供的工具，從數(shù)字地形模型建構(gòu)到自動(dòng)平面觀察，而且提供視覺化的互動(dòng)式工址設(shè)計(jì)環(huán)境，具備靈活的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)功能。

5)GEOPAK Survey是針對(duì)專業(yè)測(cè)繪人員設(shè)計(jì)的，可處理外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)至成圖所包含之各類應(yīng)用需求。

6)GEOPAK Water Sewer提供強(qiáng)大的給排水分析和設(shè)計(jì)功能。

此外，GEOPAK還包括:GEOPAK Rebar(協(xié)助進(jìn)行鋼筋混凝土的細(xì)部設(shè)計(jì)與計(jì)料的工具)和Geo-Macao(為符合歐洲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的互動(dòng)式土木設(shè)計(jì)方案)。

在航測(cè)數(shù)據(jù)處理過程中，經(jīng)常需要利用高程點(diǎn)和斷裂線制作DTM，生成TIN或GRID表面模型，以及生成等高線等。能夠完成這些功能的軟件較多，但在MicroStation平臺(tái)上運(yùn)行的此類軟件主要有Sitework、InRoads、GEOPAK等。目前較多應(yīng)用的是運(yùn)行在 Microstation95或 Microstation/J環(huán)境中的Sitework或InRoads，但是隨著數(shù)據(jù)量的增大和項(xiàng)目要求的提高，在低版本 Microstation環(huán)境中用Sitework來完成這些任務(wù)變得比較煩瑣而且效率下降，很多情況下希望能夠在MicrostationV8環(huán)境下來完成這些工作，因?yàn)閂8版本對(duì)文件大小沒有限制，其他一些操作也相對(duì)簡(jiǎn)化，本文介紹的GEOPAK Civil Engineering Suite即能夠滿足這種需求。

二、生成等高線的操作步驟

用GEOPAK生成等高線需要分4個(gè)步驟完成，分別是從圖形文件、坐標(biāo)文件或DEM文件提取數(shù)據(jù);用提取出來的數(shù)據(jù)生成不規(guī)則三角網(wǎng);讀取不規(guī)則三角網(wǎng)文件;最后生成或顯示等高線。以從設(shè)計(jì)文件提取數(shù)據(jù)為例，該過程涉及3個(gè)文件，一個(gè)文件為含有高程點(diǎn)和斷裂線的三維設(shè)計(jì)文件(*.dgn)，一個(gè)為存儲(chǔ)提取出來的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)文件(*.dat)，一個(gè)為存儲(chǔ)生成的不規(guī)則三角網(wǎng)文件(*.tin)，生成的等高線圖形將寫入或顯示在當(dāng)前的設(shè)計(jì)文件中。下面以在MicroStationV8 2004(8.05.00.64)環(huán)境中運(yùn)行的 GEOPAK 為例，詳細(xì)介紹生成等高線的具體操作步驟。

在智能加工機(jī)床研發(fā)方面，研究重點(diǎn)在于監(jiān)控技術(shù)集成、知識(shí)庫(kù)與專家系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷以及智能刀具與工裝技術(shù)[11-12]等，如圖9所示。

1.從圖形文件中提取數(shù)據(jù)

1)用MicroStationV8 2004打開包含有高程點(diǎn)(Spots)和斷裂線(Breaks)的三維設(shè)計(jì)文件(* .dgn)，如圖1 所示。

圖1 高程點(diǎn)和斷裂線

2)激活 GEOPAK，選擇 GEOPAK ROAD或GEOPAK SITE中的DTM應(yīng)用(APPLICATIONS→GEOPAK ROAD→DTM Tools)。只要正常安裝了GEOPAK，在MicroStationV8的菜單欄就會(huì)出現(xiàn)“Applications”下拉菜單。單擊菜單中的“Activate GEOPAK”命令即可激活GEOPAK。

3)激活“EXTRACT”菜單中的“EXTRACT GRAPHICS”，如圖2所示。“EXTRACT”菜單下有4個(gè)命令，其中“Geographics”是從當(dāng)前設(shè)計(jì)文件中的圖形元素提取數(shù)據(jù)，“XYZ”是從三維坐標(biāo)文件中提取數(shù)據(jù)，“DEM”是從帶有坐標(biāo)系統(tǒng)信息的DEM文件中提取數(shù)據(jù)，“Set Format”用來設(shè)置提取文件的格式。

圖2 命令操作順序

4)設(shè)置圖形提取對(duì)話框中的各個(gè)選項(xiàng)，如圖3所示。在這個(gè)對(duì)話框中可以給定輸出的數(shù)據(jù)文件名，選擇文件格式。如果是首次向該文件輸出提取的數(shù)據(jù)，要將“File Open”項(xiàng)選為“Create”，“Feature”項(xiàng)選“Spot”即高程點(diǎn)，“Mode”項(xiàng)選“Extract”?！癝earch Criteria”用來設(shè)置所選要素的特性標(biāo)準(zhǔn)，如層、色、線型、線寬、類型等，在“Extract”中可以設(shè)置提取要素的范圍，可以設(shè)置為視圖(View)、圍柵(Fence)、選擇集(Selection Set)等。

圖3 圖形提取設(shè)置對(duì)話框

5)按“Apply”命令執(zhí)行提取操作，就會(huì)生成數(shù)據(jù)文件(*.dat)。生成的*.dat文件有兩種格式可供選擇，二進(jìn)制文件(Binary)或文本文件(ASCII)。如果選擇了ASCII文件，可以在提取操作完成后瀏覽和更改數(shù)據(jù)文件。其格式為“要素碼(整數(shù))X坐標(biāo)(數(shù)值)Y坐標(biāo)(數(shù)值)高程Z(數(shù)值)”每行為一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，各數(shù)值之間用空格分開，文件格式示例如下:

1 17381.651 22324.071 391.600

2 17404.721 21621.311 440.890

3 17405.041 22319.311 382.380

3 17427.411 21907.411 297.200

6)提取完高程點(diǎn)后，可以接著提取斷裂線。選擇并打開剛才生成的*.dat文件，“File Open”項(xiàng)選擇“Append”(添加)，“Feature Type”項(xiàng)選擇“Breaks”，按“APPLY”命令提取斷裂線，斷裂線數(shù)據(jù)將添加到*.dat文件中。

2.構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN

選擇下拉菜單“BUILD→TRIANGLES”，輸入文件名，如圖4所示?！?.dat”文件用剛提取生成的數(shù)據(jù)文件，*.tin文件可以選擇或重新輸入。分解選項(xiàng)(Dissolve Option)中有兩個(gè)選項(xiàng)可供選擇，如果選擇“Sliver”則三角網(wǎng)中的狹長(zhǎng)三角形將按軟件默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)被分解成小三角形，該選項(xiàng)沒有用戶參數(shù);如果選擇“Side”，用戶可以設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)，如果三角形的邊長(zhǎng)超過了所設(shè)數(shù)據(jù)，則該三角形將被分解為更小三角形，但該選項(xiàng)只對(duì)邊界三角形的外邊有效，對(duì)三角網(wǎng)的內(nèi)部三角形無效。設(shè)置完成后，按“Process”命令，將在您指定的目錄下生成不規(guī)則三角網(wǎng)(* .tin)文件。

圖4 構(gòu)建三角網(wǎng)對(duì)話框

3.讀入顯示三角網(wǎng)TIN

要在設(shè)計(jì)文件中顯示生成的三角網(wǎng)，需激活讀入命令(DTM→LOAD→DTM Feature)，打開對(duì)話框如圖5所示。打開“Triangles”的顯示開關(guān)(Display ON)，選擇設(shè)置好各選項(xiàng)后按“Load”命令。就可以看到生成的三角網(wǎng)，如圖6所示。

圖5 讀入三角網(wǎng)對(duì)話框

4.生成等高線

在圖5對(duì)話框中雙擊“Contours”修改等高線的各項(xiàng)設(shè)置，更改等高距“Major Interval”和“Minor Interval”。單擊“Read”命令可以讀入當(dāng)前文件的最低和最高高程，雙擊“Major Lines”、“Major Labels”、“Minor Lines”可以打開顯示(Display)。要設(shè)置等高線的特性和標(biāo)高注記特性，可先選擇要設(shè)置的項(xiàng)目，然后雙擊列表框下的線狀命令即可打開特性設(shè)置對(duì)話框，如圖7所示。設(shè)置完成后，單擊“Load”命令，圖形中將顯示生成的等高線，如圖8所示。要打開“Contours”的顯示開關(guān)，才可以看到生成的等高線。如果打開“Display Only”，則等高線只顯示但不寫入圖形文件。

圖6 示例三角網(wǎng)

圖7 等高線設(shè)置對(duì)話框

圖8 示例等高線

三、結(jié)束語

由于在MicroStationV8環(huán)境下，操作的文件避免了V7版本下32 MB的限制，較大的文件無須分割即可完成構(gòu)建TIN和生成等高線的操作，免除了文件分割、合并、接邊等操作步驟，大大簡(jiǎn)化了作業(yè)，提高了工作效率。同時(shí)，通過試驗(yàn)比較可以發(fā)現(xiàn)用GEOPAK生成等高線的速度比用Sitework要快許多。但是在用GEOPAK生成的等高線數(shù)據(jù)中也發(fā)現(xiàn)了一些不盡如人意的問題，如多余短線、重疊線尾等，這些問題通過簡(jiǎn)單的程序處理后就可以解決，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)完全滿足了工作的需要，提高效率的同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］王海英.MICROSTATION軟件GEOPAK在地形圖編輯中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2009，35(18):366-368.

［2］孫程.基于GEOPAK Site的三維開挖輔助設(shè)計(jì)［J］.人民長(zhǎng)江，2013(17):30-32.

［3］蘇瑩瑩.GEOPAK軟件在奮斗水庫(kù)三維設(shè)計(jì)開挖中的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2014(4):47-48.

［4］趙一新，李政鵬，屈志剛.GEOPAK在前坪水庫(kù)工程場(chǎng)地開挖的應(yīng)用［J］.西北水電，2014(5):105-107.

［5］劉戰(zhàn)江.水利測(cè)繪在基于MicroStation平臺(tái)三維設(shè)計(jì)軟件中的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2012(1):118-119.