地形圖點線矛盾檢查軟件開發(fā)

胡現(xiàn)輝，胡茂林，王三軍 ，錢 進

(1.西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021；2. 廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

等高線和高程點是地形圖數據的重要組成部分，但總是不可避免的會產生一些錯誤，如何消除或減少這些錯誤，是地形圖質量控制的一項重要工作。在正常情況下兩根等高線之間高程點的高程應介于等高線高程之間，如果其中有的高程點的高程不能滿足上述條件，則稱該高程點與兩條等高線高程矛盾，俗稱點線矛盾。點線矛盾檢查是保證地形圖精度的必要前提，等高線和高程點由于數據量大，高程屬性不直觀等原因采用人工目視檢查點線矛盾費事費力、容易導致檢查錯漏、產生新的人為錯誤，尤其對大批量的數據人工檢查無法提高檢查效率，同時數據的正確性也難以把握和控制。

同時由于地形圖質量直接影響土石方量，隨著經濟的發(fā)展、工程成本的提高和工程預算制度的嚴格執(zhí)行，設計計算土石方與實際土石方不合的矛盾日益突出，這也是目前工程施工中易反饋的問題。所以地形圖點線矛盾檢查就顯得十分重要，因此通過編寫軟件實現(xiàn)點線矛盾自動檢查是非常有必要的。

1 軟件設計思路

軟件主要思路是根據等高線與高程點(有高點和注記點)的特性，利用TIN模型的基本原理，對等高線節(jié)點或高程點(有高點和注記點)作為節(jié)點構TIN，根據待檢查點的平面位置，逐點循環(huán)判斷出待檢查點是否位于TIN中的某個三角形內。對普通三角形根據三角形角點高程直接判斷，對平三角形和特殊三角形需在TIN中進行雙線性內插得到內插高程，然后對內插高程與待檢查點的高程進行比較。

軟件開發(fā)涉及的算法包括：用于將離散點構造三角網的構造狄洛尼三角網算法、判斷高程點是否在三角網中某一三角形中的點在三角形內算法、在三角網中使用三角形角點坐標高程內插指定坐標高程的雙線性內插算法。軟件流程圖見圖1。

圖1 軟件流程圖

2 軟件實現(xiàn)方法

2.1 等高線節(jié)點構TIN檢查法

等高線節(jié)點構TIN檢查法是以等高線節(jié)點建立TIN，再遍歷地形圖內所有高程點，獲得每個高程點所在的三角形，或者遍歷每個三角形，獲得三角形內的高程點，判斷高程點與所在的三角形的三個角點的高程值是否矛盾。將等高線所有節(jié)點使用逐點插入算法構Delaunay三角網算法較為復雜，運行速度較慢，但準確率高檢查結果可靠，可將實際錯誤全部查出。由于使用等高線節(jié)點構TIN時除生成的三角形多數為普通三角形(兩個角點高程相同的三角形)外，部分區(qū)域會生成平三角形(三個角點高程相同的三角形)與特殊三角形(三個角點高程各不相同的三角形)，在平三角形與特殊三角形區(qū)域判斷點線矛盾會出現(xiàn)疑似錯誤，如在山頂、鞍部、地形圖邊緣處。等高線節(jié)點構TIN示意圖見圖2。

圖2 等高線節(jié)點構TIN示意圖

2.2 高程點構TIN檢測法

高程點構TIN檢測法是以高程點(有高點或注記點)建立TIN 網，再遍歷圖內所有等高線節(jié)點，獲得每個等高線節(jié)點所在的三角形，或者遍歷每個三角形，獲得三角形內的等高線節(jié)點，判斷等高線節(jié)點與所在的三角形的三個角點的高程值是否矛盾。高程點(有高點)構TIN示意圖見圖3。

圖3 高程點(有高點)構TIN示意圖

2.3 軟件詳細流程圖

以等高線節(jié)點構TIN方法檢查有高點為例，算法部分詳細流程圖見圖4，其余三種檢查方法算法與此類似。

圖4 等高線節(jié)點構TIN方法檢查有高點算法詳細流程圖

3 結語

3.1 算法優(yōu)缺點比較

軟件采用構TIN法進行點線矛盾檢查，該算法相比較于放射線法優(yōu)點為算法一次到位，不需要多次循環(huán)，判定簡潔；缺點為構TIN和內插過程相對復雜及地形復雜區(qū)域、地形圖邊緣區(qū)域難以判定點線矛盾。

等高線節(jié)點構TIN方法與高程點構TIN方法比較：

(1)等高線節(jié)點構TIN方法，由于等高線節(jié)點數量大，構TIN速度慢，但準確率較高，但地形圖內部分區(qū)域因構TIN產生平三角形和特殊三角形，會出現(xiàn)疑似錯誤，如等高線回旋較大區(qū)域和山頂、鞍部區(qū)域。

(2)高程點構TIN方法，速度較快，但圖內一些特殊地形，會出現(xiàn)疑似錯誤。

3.2 軟件總結

(1)數字化地形圖測量的生產中，高程值的質量好壞直接關系到地形圖產品的質量。而高程值的檢查對于有效地進行質量檢測，提高數字化生產的效率與可靠性具有重要的意義。采用軟件自動化進行點線矛盾檢查，明顯提高了地形圖質量檢查的準確性。

(2)開發(fā)的地形圖點線矛盾檢查軟件效率高、運行速度快、使用簡便，特別對于地形坡度較大、等高線較密集的山區(qū)等地形有更加明顯的效果。從而在一定程度上解決了數字化地形圖生產檢查難的問題，降低了人工檢查的工作量，提高了生產效率和產品質量。

(3)隨著工程精細化管理的提高，對設計、施工管理日益細化、經濟指標量化，對土石方工程量計算提出了更高要求，進行地形圖點線矛盾檢查，提高地形圖成品質量可以減少施工過程中土石方工程量不符合的矛盾。