河道劃界中入庫資料自動(dòng)生成軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 磊，王 勝，薛俊杰

（淮安水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

1 概述

劃界工作既是依法保護(hù)水利工程的重要措施，亦是加強(qiáng)水利工程管理的基礎(chǔ)性工作，有利于推進(jìn)建立歸屬清晰、責(zé)權(quán)明確、監(jiān)管有效的河湖資源管理體系，有利于實(shí)現(xiàn)工程管理的制度化和規(guī)范化，有利于實(shí)現(xiàn)國土空間集約、高效、可持續(xù)利用，有利于建立統(tǒng)一銜接、功能互補(bǔ)、相互協(xié)調(diào)、多規(guī)合一的空間規(guī)劃體系。

僅以淮安市城市水利工程管理處河道和水利工程管理范圍劃定項(xiàng)目為例，需要完成蘇北灌溉總渠（4.5公里）、淮河入海水道（11.45公里）、里運(yùn)河（17.35公里）、大運(yùn)河（15.3公里）、廢黃河（10.1公里）的劃界工作。管理范圍線以界樁（牌）形式在實(shí)地落實(shí)，間距在200 m左右，最大不超過250 m。

完成實(shí)地埋設(shè)以及數(shù)據(jù)采集，必須對(duì)其進(jìn)行整理以便達(dá)到上傳格式要求，具體要求參照《通知》（蘇水管〔2015〕40號(hào)），即文字與范圍線垂直；字頭指向河流（湖泊）外側(cè)等。如果依賴手工進(jìn)行逐條添加，那么工作量將很龐大，而且極易出錯(cuò)，這就亟需一種自動(dòng)、高效的作業(yè)方法。

2006版本起，Autodesk公司已為AutoCAD留有.net等應(yīng)用程序應(yīng)用接口API（Application Programming Interface，API）。開發(fā)接口是完全面向?qū)ο蟮?，方便易用[1-2]。微軟公司為.net量身訂做的C#語言有程序易讀等優(yōu)勢(shì)[3-4]，是較為理想的CAD開發(fā)工具[5]，故而提出一種基于C#與CAD二次開發(fā)的自動(dòng)生成方法。

2 數(shù)學(xué)邏輯

軟件自動(dòng)化的實(shí)質(zhì)是將傳統(tǒng)的繁瑣操作流程進(jìn)行數(shù)學(xué)邏輯拆解，然后將其進(jìn)行表達(dá)式（軟件代碼）表達(dá)，再輔以邏輯銜接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)流程的程序化替代。

2.1 樁位編號(hào)信息

相關(guān)規(guī)定中要求，上傳數(shù)據(jù)庫的CAD成果的樁位編號(hào)樣式如圖1所示。

圖1 樁位編號(hào)要求樣式

即：a樁位編號(hào)文字垂直于管理范圍線；b樁位編號(hào)字頭指向河流外側(cè)；

CAD二次開發(fā)時(shí)，添加的文字默認(rèn)是水平的，那么只要確定出其旋轉(zhuǎn)角即可。假設(shè)當(dāng)前樁位點(diǎn)是O，管理范圍線上在其前后有相鄰的節(jié)點(diǎn)O1和O2，則有矢量OO1、OO2與真北方向所夾角度（方位角[6]）α1、α2，如圖 2 所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)角計(jì)算示意圖

圖中，虛線位置就是最終的樁位編號(hào)位置。

最后取α1、α2兩者的平均值就可以得到樁位編號(hào)自身的方位角α，那么問題就轉(zhuǎn)換為如何求取矢量的方位角值，其計(jì)算公式如下：

其中，β是矢量與水平線所夾的銳角。以方位角α為基礎(chǔ)即可滿足要求a；滿足要求b必須輔以外部手段。

以上是河流在左側(cè)的處理方式，如果其在右側(cè)，那么兩方位角差值為180°。但是因?yàn)閮蓜t都有管理范圍線，故而河流位置無法從圖形（管理范圍線，無指向?qū)傩裕┲兄苯荧@取，需要借助外部手段。

2.2 樁間距信息

相關(guān)規(guī)定中要求，對(duì)上傳數(shù)據(jù)庫的CAD成果的樁間距樣式有以下2個(gè)要求：

a樁間距文字位于相鄰樁位點(diǎn)中間；

b樁間距文字沿著管理范圍線放置；

相鄰樁位點(diǎn)構(gòu)成矢量，那么可利用與β、α相關(guān)的公式計(jì)算旋轉(zhuǎn)角，即可滿足要求a；要使文字位于樁位點(diǎn)中間（要求b），必須考慮文字高度、單個(gè)（不同高度）字符占據(jù)寬度，再輔以平移手段才能保證文字近似在中間。最終要求樣式如圖3所示。

圖3 樁間距要去樣式

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)就是在數(shù)學(xué)邏輯的基礎(chǔ)上將其實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)邏輯部分是其中的核心部分，然后再輔以其它邏輯運(yùn)行，才能確保軟件可以真正運(yùn)行。

3.1 框架流程圖

按照線性布局的方式進(jìn)行軟件整體設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)流程

由圖可以看出，已經(jīng)有效的降低了人工參與度，真正參與的只有“外部手段”。

3.2 CAD二次開發(fā)知識(shí)

CAD二次開發(fā)[7]的實(shí)質(zhì)就是利用預(yù)留的API實(shí)現(xiàn)與CAD的互操作?；贑#的開發(fā)方式通常是添加以下2個(gè)引用：

其中，2006與16.0是不同CAD版本的區(qū)別。

（1）線識(shí)別

CAD文件包含很多圖元對(duì)象，軟件要的是多段線，AcadDocument.Utility.GetEntity（）方法能夠獲取多段線實(shí)體，即：

AcadDoc.Utility.GetEntity（out object，out point，“拾取目標(biāo)多段線”）;

其中，返回值ResultObj是拾取的對(duì)象。

CAD中多段線的相關(guān)屬性值都可以從object中獲取得到，而用到的只是節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，即：

這樣即可進(jìn)行方位角以及點(diǎn)間距計(jì)算。

（2）文字添加

CAD中添加圖元功能同樣可以利用接口程序完成繪制，樁編號(hào)以及間距信息都是“文字”圖元，主要通過AcadModelSpace接口來實(shí)現(xiàn)。

通過ModelSpace 的AddText（）方法可以實(shí)現(xiàn)文字添加功能，即：

其中，str是文字內(nèi)容，point是文字插入點(diǎn)，height是文字高度。

另外，直接添加的文字是水平的，故而需要對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，即：

textObj.Rotate（rotateBase，rotateAngle）；

其中，textObj是添加的文本對(duì)象；rotateBase是旋轉(zhuǎn)指定基點(diǎn)；rotateAngle是旋轉(zhuǎn)指定角度。

線識(shí)別和文字添加是本軟件的基礎(chǔ)，劃界工作中資料自動(dòng)化整理的需求功能和這兩者大同小異，故而本軟件設(shè)計(jì)對(duì)其它相關(guān)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理具有重要的參考意義。

3.3 外部手段

因?yàn)橛?jì)算機(jī)無法從圖上直接判讀出河道（湖泊）位于范圍線（無指向?qū)傩裕┑淖髠?cè)還是右側(cè)，所以必須依賴人工判讀。

軟件運(yùn)行后會(huì)彈出選擇對(duì)話框，具體如圖5所示；返回文件后依照指向選擇是或否，具體如圖6（a）（b）所示。這是整個(gè)流程中唯一一處需要人工參與的部分，但是圖上判讀較為直觀，并不會(huì)給軟件的可靠性帶來負(fù)面影響。

圖5 人工判讀方式

圖6 人工判斷依據(jù)

3.4 設(shè)計(jì)UI

軟件的目標(biāo)是簡化實(shí)際工作流程，那么設(shè)計(jì)UI[8-9]的目標(biāo)是（線性）清晰明了，如圖7所示。

圖7 UI設(shè)計(jì)圖

完成“讀取樁坐標(biāo)”和“識(shí)別樁邊線”操作后，“繪制樁編號(hào)”和“繪制樁間距”將會(huì)解除被鎖定狀態(tài)。

3.5 核心代碼

4 應(yīng)用實(shí)例

簡單說明項(xiàng)目情況，同時(shí)利用質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)軟件的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 項(xiàng)目介紹

淮安市河道和水利工程管理范圍劃定項(xiàng)目中，廢黃河（10.1 km）采用1:10000地形圖作為工作底圖，修測河道管理范圍線附近的地物，重點(diǎn)修測地形圖中外堤腳線。入庫的右側(cè)管理范圍線如圖8所示，共計(jì)埋設(shè)125根界樁。

圖8 案例管理范圍線

按技術(shù)設(shè)計(jì)書要求，1：1000圖上管理界線圖上用紅色實(shí)線繪制河道管理范圍線，線寬為0.6 mm；管理范圍界線樁點(diǎn)用紅色圓圈表示，直徑1.5 mm。而且點(diǎn)位坐標(biāo)文件已按CASS數(shù)據(jù)文件格式編輯完成。

界樁編號(hào)的最終要求[10]格式如下：垂直管理范圍線標(biāo)注，不要壓蓋河床，顏色為紅色，等線體字高2.0 mm。

4.2 效果評(píng)價(jià)

打開本文開發(fā)的軟件界面，讀取準(zhǔn)備好的文件和識(shí)別樁邊線，設(shè)置好樁號(hào)命名規(guī)則、號(hào)中數(shù)字位數(shù)、樁號(hào)名稱字高后即可點(diǎn)擊相應(yīng)命令按鈕實(shí)現(xiàn)樁編號(hào)和間距添加。自動(dòng)添加的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

列出4處不合格且具有明顯特征的圖形截圖，如圖9所示。由圖可知，針對(duì)樁編號(hào)，不合格現(xiàn)象（互相壓蓋）通常出現(xiàn)在管理范圍線不平滑、不規(guī)則變化的樁位點(diǎn)上；針對(duì)樁間距，線的不平滑、不規(guī)則變化會(huì)導(dǎo)致不合格現(xiàn)象（與管理范圍線有壓蓋），樁位間距離較近也會(huì)導(dǎo)致不合格現(xiàn)象（互相壓蓋）。這種不合格的樁編號(hào)或者間距注記就需要內(nèi)業(yè)人員手動(dòng)二次修改。

表1 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

但是，由表1所知，雖然存在這一定的不合格現(xiàn)象，但是兩者的合格率都在90%以上，樁間距的標(biāo)注合格率甚至達(dá)到了95%，高合格率確保了軟件的可靠性。

圖9 不合格處截圖

另外，標(biāo)注河道右側(cè)的125個(gè)樁編號(hào)以及123個(gè)樁間距的用時(shí)累計(jì)不超過6 s。相比人工添加，作業(yè)效率得到極大的提升，進(jìn)而體現(xiàn)出軟件的自動(dòng)化生成方法的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語

河湖劃界入庫資料的整理在整體上是屬于重復(fù)性工作，從提高工作效率角度出發(fā)，提出基于C#和CAD二次開發(fā)的文字標(biāo)注自動(dòng)添加方法，并且以此進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，最后在淮安廢黃河劃界工作中進(jìn)行應(yīng)用。

（1）軟件的可靠性較高，體現(xiàn)在標(biāo)注的高合格率上（樁編號(hào)為91.2%、樁間距為95.1%）。

（2）軟件的自動(dòng)化及高效性，體現(xiàn)在標(biāo)注的用時(shí)上（樁編號(hào)與樁間距的用時(shí)皆小于3 s）。

質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表中的“合格率”和“用時(shí)”指標(biāo)驗(yàn)證了樁編號(hào)與樁間距的自動(dòng)化添加方法的可行性，而且為河湖劃界資料入庫提供整理了一種新的解決思路，具有較高的參考價(jià)值。

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