基于三維坐標的斷面數(shù)據(jù)采集與繪制模式研究

李保杰

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

基于三維坐標的斷面數(shù)據(jù)采集與繪制模式研究

李保杰1

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

介紹了利用全站儀或GNSS-RTK同時采集斷面特征點三維坐標的方法。研究表明，將先進的測繪儀器與優(yōu)秀的測繪專業(yè)軟件相結(jié)合，是提高作業(yè)效率和成圖精度的一種便捷、高效的作業(yè)方法，具有很高的實用價值。

斷面測繪；三維坐標；CASS軟件

在線路工程（如管道工程或隧道工程）中，為了給工程設(shè)計、施工提供必要的技術(shù)依據(jù)，經(jīng)常需要測繪縱橫斷面圖。傳統(tǒng)的縱橫斷面圖測繪方法費力費時，效率較低。隨著先進測繪儀器的研發(fā)和計算機軟件的飛速發(fā)展，研究如何將二者有機結(jié)合以提高作業(yè)效率和成圖精度，具有很高的實用價值。

1 三維坐標的采集

空間點的位置可以用三維坐標(X，Y，H)表示。一般通過角度測量、距離測量和高程測量[1]來獲取空間點三維坐標。全站儀、GPS等測量技術(shù)的迅速發(fā)展，使得一次設(shè)站即可獲得點的三維坐標成為可能。

縱橫斷面圖的測繪是通過采集線路中線里程樁的高程和橫斷面上地形變化點到中樁的平距和高差繪制出來的。借助于電子測量儀器，采集線路斷面上地形變化點的三維坐標，再由坐標即可獲得兩點之間的距離和高差。外業(yè)作業(yè)時，若使用全站儀測量，可在工程測區(qū)沿線的控制點上設(shè)站，然后在相應(yīng)樁號的斷面上測出地形特征點的三維坐標；若使用GNSS-RTK測量，則只需實時地在相應(yīng)樁號的斷面上打點，以測出斷面地形特征點的三維坐標。該方法實現(xiàn)了大量外業(yè)數(shù)據(jù)的自動存儲，且這些數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)線實現(xiàn)與計算機的自動傳輸，不僅可大大提高工作效率還可避免由于人工輸入而產(chǎn)生的差錯。

需要注意的是，為了數(shù)據(jù)后期使用的方便，應(yīng)使用有編碼的數(shù)據(jù)，即將采集的斷面點加上編碼，如通過輸入以L、R或Z的字母來區(qū)分左側(cè)斷面點、右側(cè)斷面點及中樁點[2]。

2 斷面方向的確定

采集的斷面數(shù)據(jù)能否正確反映斷面上地形的起伏變化，關(guān)鍵是所選擇的碎部點是否在該中樁斷面上。

線路設(shè)計文件中，一般是以坐標的形式給出中樁點的設(shè)計位置，所以在測設(shè)時，只要在實地將中樁點定位后即可測量出縱斷面。但因線路既有直線型，也有曲線型，所以橫斷面的測量較為復雜。直線型的橫斷面直接垂直于線路中線，如果斷面方向要求不嚴格，則可根據(jù)跑尺人員目估，現(xiàn)場確定橫斷面方向；否則，需要在線路中樁上設(shè)站，后視線路前進方向，然后旋轉(zhuǎn)照準部90°或270°即可定出橫斷面方向。因為曲線型線路的橫斷面垂直過圓心與中樁連線的切線方向，所以橫斷面方向較難確定。實際作業(yè)時可先利用解析法在設(shè)計圖上計算出橫斷面上任意一點的坐標，然后在現(xiàn)場測設(shè)該點，則該點與中樁點的連線方向即為該斷面的橫斷面方向[3]。

3 CASS軟件所需數(shù)據(jù)文件格式的建立

3.1 CASS軟件所需的數(shù)據(jù)文件格式

選擇用CASS軟件繪制斷面圖，繪制方法選擇根據(jù)里程文件繪制法。CASS軟件中里程文件的編寫格式為：

BEGIN,0：1

-24.96,490.46

-15.97,490.24

-7.67,490.83

0,491.67

1.44 ,492.12

5.88 ,493.78

13.34 ,494.44

27.84 ,495.89

代碼涵義如下：

1）每個新斷面第一行以“BEGIN”開始；斷面左側(cè)或右側(cè)的里程表示該橫斷面上的地形變化點距中樁的平距。橫斷面左側(cè)地形點的平距用負值表示，右側(cè)地形點的平距用正值表示。例如，以上代碼表示斷面1的里程為K0+000，該中樁左側(cè)24.96 m的地形變化點高程為490.46 m。

2）各地形點的表示順序按斷面上里程從小到大順序排列。如果需要繪制不同時期的斷面線，可在斷面數(shù)據(jù)后面加“NEXT”數(shù)據(jù)行，“NEXT”往下的數(shù)據(jù)行表示同一斷面另一個時期的斷面數(shù)據(jù)，如設(shè)計的標準斷面數(shù)據(jù)，“NEXT”往下的標準斷面數(shù)據(jù)行編寫格式與自然斷面的格式一樣，繪斷面圖時可將兩期斷面線同時畫出來[4]。

3.2 數(shù)據(jù)文件格式的建立

將全站儀中的數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)诫娔X中，另存為**.dat格式；然后打開Excel，通過菜單【數(shù)據(jù)】→【導入外部數(shù)據(jù)】→【導入數(shù)據(jù)】把文本數(shù)據(jù)導入到Excel中，并添加表頭：點號，編號，X，Y，H。在F2單元格中輸入公式=ROUND(SQRT(C2-$C$6)^2+(D2-$D$6))（顯示結(jié)果為斷面特征點相對于中樁的邊距，保留兩位小數(shù)），在G2單元格中輸入公式=F2&","&E2（顯示結(jié)果為將斷面特征點邊距與高程合并為CASS所需的里程文件的數(shù)據(jù)組），分別選中F2、G2單元格進行下拉拖拽操作，進而計算其他斷面特征點的邊距及合并斷面邊距、高程[5]，如表1所示。將G列數(shù)據(jù)復制粘貼于記事本中，再編輯中樁的里程和高程，并另存為**.hdm格式。

表1 用Excel表格建立CASS軟件所需的數(shù)據(jù)文件格式示例

4 CASS軟件繪制斷面圖

打開CASS軟件，如果僅需繪制斷面圖，則點擊菜單【工程應(yīng)用】→【繪斷面圖】→【根據(jù)里程文件】選擇相應(yīng)的里程文件，進行工程所需求的設(shè)置，即可繪制斷面圖。斷面圖還可根據(jù)已知坐標、等高線、三角網(wǎng)等方法繪制。如果還需計算出土方量，則點擊菜單【工程應(yīng)用】→【斷面法土方計算】[6]，在彈出的下一級菜單中選擇標準斷面的設(shè)計文件[7]，即可繪制斷面圖和土方量計算表示例，如圖1、2 所示。

圖1 斷面圖示例

圖2 土方量表示例圖

5 結(jié) 語

在帶狀工程中往往包含了大量縱橫斷面圖測繪，在較大的橫斷面中，又有多個斷面特征點。利用電子儀器的數(shù)據(jù)存儲、傳輸功能，Excel中公式的輸入、編輯功能，可實現(xiàn)對三維坐標數(shù)據(jù)的處理，從而自動獲取符合CASS軟件要求的數(shù)據(jù)格式；再將此數(shù)據(jù)復制粘貼在記事本中，保存為CASS軟件需要的數(shù)據(jù)格式，即可實現(xiàn)在CASS軟件中自動、準確地繪制縱橫斷面圖，且可避免斷面圖上地形特征點的失真或缺失。準確繪制的斷面圖可為工程的土石方量計算提供可靠的依據(jù)，也可大大提高成圖效率[8]。通過多種軟件的綜合運用，許多繁瑣的內(nèi)業(yè)工作變得簡單、便捷和高效。

[1] 李聚方,趙杰.地形測量[M].鄭州：黃河水利出版社,2004

[2] 施永勝,孫鴻睿,鄒崢嶸.簡碼數(shù)據(jù)采集法在斷面測量中的應(yīng)用[J].海洋測繪,2006,26(3)：48-51

[3] 張東明.基于碎部點的斷面測量及數(shù)據(jù)處理方法[J].科學技術(shù)與工程,2010,10(13)：3 184-3 186

[4] 劉衛(wèi)國,李大軍,佟月峰.基于CASS里程文件繪制復雜斷面的新方法[J].礦山測量,2006,6(3)：23-25

[5] 丁愛萍.計算機應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,2008

[6] 南方CASS6.1用戶手冊[Z].廣州：南方測繪儀器有限公司,2005

[7] 李忠,桂小敏. CASS6.1在任意斷面土方計算中的應(yīng)用[J].山西建筑,2007,33(18)：356-357

[8] 魏紅洲,覃永基.利用Excel與南方CASS軟件結(jié)合繪制斷面圖的方法探討[J].科技信息,2011(7)：27,33

P258

：B

：1672-4623（2016）11-0082-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.029

李保杰，高級工程師，主要從事工程測量、地質(zhì)礦產(chǎn)測繪工作。

2014-12-29。