CAD二次開發(fā)技術(shù)在堤防工程設(shè)計中的應(yīng)用

李 垚，夏富洲，劉富奎

(1.安徽省水利水電勘測設(shè)計院，安徽 合肥 230000；2.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072；3.中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司，廣東 中山 528400)

在河道堤防的工程設(shè)計當(dāng)中，需要繪制河道的橫、縱斷面圖、堤防線等線的平面圖、計算堤防的工程量等，如果用手工繪圖或計算要花費(fèi)大量的時間。目前有些程序雖然也能夠快速繪制橫、縱斷面圖，但是這些程序鮮有考慮到程序的兼容性。比如，現(xiàn)狀橫斷面線是由設(shè)計者A用某個主流軟件繪制，交給設(shè)計者B繪制設(shè)計橫斷面線，標(biāo)注水位，計算工程量的時候，由于一些計算參數(shù)的缺失，導(dǎo)致再次使用程序繪圖、計算時出現(xiàn)錯誤。本論文著重研究一種快速進(jìn)行堤防工程設(shè)計的方法，同時編制出一套功能完整、兼容性高的應(yīng)用程序。

1 橫斷面繪制

1.1 本程序模塊的特色

橫斷面的繪制內(nèi)容包括以下幾個方面：現(xiàn)狀橫斷面線，設(shè)計橫斷面線，網(wǎng)格線，坐標(biāo)標(biāo)注，樁號標(biāo)注，水位標(biāo)注等。

繪制圖形的時候，要求把圖形放到各個圖層中。如現(xiàn)狀橫斷面線可以放到圖層“TW_橫斷面”中，設(shè)計橫斷面線可以放到圖層“TW_挖填線”中。

在通常的設(shè)計流程中，首先把現(xiàn)狀橫斷面線，網(wǎng)格線，坐標(biāo)標(biāo)注等繪制完成；然后根據(jù)繪制好的現(xiàn)狀橫斷面線繪制設(shè)計橫斷面線，標(biāo)注水位等等。

由于設(shè)計斷面線以及水位標(biāo)注需要繪制到指定的高程上，且橫斷面圖眾多，一個一個進(jìn)行斷面設(shè)計花費(fèi)時間太多。其它程序通常的做法是：將所有橫斷面圖的原點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置成統(tǒng)一的坐標(biāo)值，并把這些坐標(biāo)值寫入到外文件中，比如txt文件中。當(dāng)需要繪制設(shè)計斷面線以及水位標(biāo)注時需讀取txt文件中的原點(diǎn)坐標(biāo)來完成繪制圖形。這種做法的弊端是：當(dāng)設(shè)計者A將現(xiàn)狀橫斷面線、網(wǎng)格線、坐標(biāo)標(biāo)注繪制完成后，將設(shè)計斷面線以及水位標(biāo)注的工作交給另一設(shè)計者B繪制時，需要把txt文件一起交給設(shè)計者B，這樣可避免設(shè)計者B的再一個個把設(shè)計斷面線以及水位標(biāo)注這些圖形繪制到斷面圖中。

本文將介紹一種在dwg格式文件中通過數(shù)據(jù)搜索的方式自動讀取橫斷面的原點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而繪制出設(shè)計斷面線以及水位標(biāo)注等圖形的方法。由于采用了數(shù)據(jù)搜索技術(shù)，可以不需要把橫斷面的原點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置成統(tǒng)一的原點(diǎn)坐標(biāo)，也不需要將原點(diǎn)坐標(biāo)寫入到外文件當(dāng)中，以下介紹這種數(shù)據(jù)搜索技術(shù)。

1.2 橫斷面圖上的數(shù)據(jù)搜索技術(shù)

數(shù)據(jù)搜索技術(shù)中需要用到一個輔助的圖形，如圖1中的圖框所示。該圖框的作用是把每個橫斷面圖分割成一個個獨(dú)立的區(qū)域，然后程序分別對各個橫斷面圖進(jìn)行堤防設(shè)計及標(biāo)注。

圖1 橫斷面圖

(setq qd_list

(cons '(-4 . "

(append SL<-SW_li3

(list '(-4 . "

'(-4 . ">=，>=，*")

(cons 10 qd_minpt)

'(-4 . "AND>")

'(-4 . "

'(-4 . "<=，<=，*")

(cons 10 qd_maxpt)

'(-4 . "AND>")

'(-4 . "AND>")

)

)

)

)

(ssget "_C" qd_minpt qd_maxpt qd_list)

其中：qd_minpt為圖框的左下角點(diǎn)，qd_maxpt為圖框的右上角點(diǎn)。SL<-SW_li3視情況，如果需要得到圖1中的樁號圖形集合，則可以為′((0."TEXT")(8."TW_樁號"))；如果需要得到圖1中的坐標(biāo)圖形，則可以為′((0."TEXT")(8."TW_注記"))；如果需要得到網(wǎng)格線，則可以為′((0."LINE")(8."TW_網(wǎng)格"))，其中(0."TEXT")中的TEXT是指被搜索圖元的類型，(8."TW_樁號")中的TW_樁號是指被搜索圖元的圖層。

設(shè)通過過濾獲得網(wǎng)格線的集合為SL<-SW_SS，首先將SL<-SW_SS中坐標(biāo)x值相等的網(wǎng)格線分選出來，并把分選出來的線按x坐標(biāo)遞增的方向排序，將新得到線集合設(shè)為SL<-SW_SSX；

然后把SL<-SW_SS中坐標(biāo)y值相等的網(wǎng)格線分選出來，并把分選出來的線按y坐標(biāo)遞增的方向排序，將新得到線集合設(shè)為SL<-SW_SSY。以線集合SL<-SW_SSX為例，取出線集合SL<-SW_SSX中的某條直線以窗交選的方式搜索坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如下代碼：

(setq SL<-clxy_Textss (ssget "_C" SL<-clxy_TextPoint SL<-clxy_TextPoint2 SL<-SW_li2))

SL<-clxy_TextPoint，SL<-clxy_TextPoint2是網(wǎng)格線周圍的兩點(diǎn)，用于選擇網(wǎng)格線周圍的坐標(biāo)。SL<-SW_li2為′((0."TEXT")(8."TW_注記"))。通過此方法可以搜索到網(wǎng)格線下的x坐標(biāo)值。如圖1中，假如網(wǎng)格線1搜索到的數(shù)值為zb1，網(wǎng)格線2搜索到的數(shù)值為zb2，又知道網(wǎng)格線1在線集合SL<-SW_SSX中的序號為d1，網(wǎng)格線2在線集合SL<-SW_SSX中的序號為d2，且相鄰兩根網(wǎng)格線的距離可以通過取相鄰兩條網(wǎng)格線x坐標(biāo)之差來求得，將此值設(shè)為M。則可以求出x向的比例為：

x向比例={(d2-d1)×M}÷(zb2-zb1)÷1000

(1)

此時再來求原點(diǎn)的x坐標(biāo)，設(shè)網(wǎng)格線1搜索到的數(shù)值為zb1，網(wǎng)格線1在線集合SL<-SW_SSX中的序號為d1，原點(diǎn)處網(wǎng)格線序號為0，相鄰兩條網(wǎng)格線x坐標(biāo)之差為M，則原點(diǎn)的x坐標(biāo)為：

x坐標(biāo)=d1×M÷x向比例÷1000-zb1

(2)

按照上述方法同樣可以求出原點(diǎn)的y坐標(biāo)。

通過數(shù)據(jù)搜索技術(shù)可以自動分辨出每個橫斷面的原點(diǎn)坐標(biāo)，以及x、y向的比例尺從而可以快速將設(shè)計斷面線以及水位標(biāo)注繪制到各個橫斷面圖中，從而大大提高繪圖效率。

2 縱斷面繪制

縱斷面通常需要繪制左堤頂線、右堤頂線以及深泓線等?？v斷面圖形的繪制需要注意y軸的標(biāo)尺的最大值和最小值的取值。設(shè)左堤頂線各斷面高程的最小值為m1，最大值為n1；右堤頂線各斷面高程的最小值為m2，最大值為n2；深泓線各斷面高程的最小值為m3，最大值為n3。如果m1，m2，m3中m2最小，則y軸的標(biāo)尺標(biāo)注的最小值為：(-(fixm2)1)；當(dāng)n1，n2，n3中n2最大，y軸的標(biāo)尺標(biāo)注的最大值為：(+(fixn2)1)。

3 工程量的計算

工程量的計算內(nèi)容分為：左右岸挖方量、左右岸填方量、左右清基方量、左右岸臨水側(cè)硬質(zhì)護(hù)坡、左右岸背水側(cè)草皮護(hù)坡。

3.1 左、右岸挖填方量

圖2 挖填方計算示意圖

如圖2所示，有條挖填線與現(xiàn)狀堤防線的交點(diǎn)為P1、P2、P3，P1、P2之間的S1為填方量，P2、P3之間的S2為挖方量。程序判斷挖方量和填方量，只需要把P1與P2的中點(diǎn)所在的位置取一直線分別交于P1與P2之間的挖填線點(diǎn)Pt1和現(xiàn)狀堤防線點(diǎn)Pt2，判斷Pt1，Pt2的y坐標(biāo)大小即可以判斷是挖方還是填方。如果Pt1的y坐標(biāo)值大于Pt2的y坐標(biāo)值，則為填方量，反之則為挖方量。

求S1的面積，設(shè)S1由點(diǎn)集(Q1，Q2，Q3，…，Qn)組成，坐標(biāo)分別為：Q1(X1，Y1)，Q2(X2，Y2)，Q3(X3，Y3)，…，Qn(Xn，Yn)。

S=1/2×{(X1×Y2-Y1×X2)+(X2×Y3-Y2×X3)+…+(Xn×Y1-Yn×X1)}/bx/by/1000/1000

(3)

其中bx為x向比例，by為y向比例，公式中S以m2計。

3.2 左、右清基方量

欲求左、右岸清基方量，需求清基的長度，按0.3m的挖深即可求得。清基的長度如圖2所示，P1、P2截取現(xiàn)狀堤防線的長度再按一定的比例計算得到。設(shè)P1、P2截取現(xiàn)狀堤防線的點(diǎn)集為(Pt1，Pt2，Pt3，…，Ptn-1，Ptn)，坐標(biāo)分別為：Pt1(X1，Y1)，Pt2(X2，Y2)，Pt3(X3，Y3)，…，Ptn-1(Xn-1，Yn-1)，Ptn(Xn，Yn)。

清基的長度為：

(4)

式中，bx—x向比例；by—y向比例，公式中的d以m計。

4 堤防，河底等線的平面圖

4.1 平面圖上的數(shù)據(jù)搜索技術(shù)

本節(jié)需要解決以下3個問題：

(1)堤防、河底等線在樁號線上的坐標(biāo)標(biāo)注；

(2)河道中心線位置的讀?。?/p>

(3)堤防、河底等線的平面圖繪制。

要解決這3個問題，需要使用另外一種數(shù)據(jù)搜索技術(shù)?，F(xiàn)把這種數(shù)據(jù)搜索技術(shù)的算法闡述如下。

圖3 平面圖數(shù)據(jù)搜索

(1)首先選取所有的樁號文字，并獲得包含樁號文字的四個矩形頂點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖3所示。

(2)如圖3所示，頂點(diǎn)分別為：P1、P2、P3、P4。在P1、P2、P3、P4垂直于各點(diǎn)所圍矩形的長邊方向上搜索樁號線。

(3)最后根據(jù)樁號線的方向及基點(diǎn)的坐標(biāo)就能夠精確確定橫斷面圖各特征點(diǎn)在平面圖上的位置。

這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)堤防、河底等線的坐標(biāo)標(biāo)注，河道中心線的位置讀取，堤防、河底等線的平面圖繪制等功能。

4.2 堤防、河底等線在樁號線上的坐標(biāo)標(biāo)注

我們通常需要獲得堤防線、河底線等與樁號線的交點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)分別打印到CAD模型空間和CSV格式的文件當(dāng)中。

其中將交點(diǎn)打印到CAD模型空間使用代碼：

(setq Mtextobj(vla-addMtext mSpace pt20.0(strcat "X="(rtos (car p1)2 2)" Y="(rtos(cadr p1)2 2))))，把交點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)分別打印到模型空間中。

把交點(diǎn)打印到CSV格式文件：需要打印樁號、交點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。然而一個交點(diǎn)需要與一個斷面號對應(yīng)起來。利用4.1節(jié)介紹的平面圖上的數(shù)據(jù)搜索技術(shù)，可以把樁號文字與樁號線(如圖2)組合在一起了，而交點(diǎn)是樁號線和堤防、河底等線求交所得，因此可以把每個交點(diǎn)對應(yīng)的樁號以及交點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)打印到CSV格式文件當(dāng)中。

4.3 堤防、河底等線的平面圖繪制

橫斷面圖繪制完成后，需要將堤防線，河底線繪制到平面圖上。在橫斷面圖上以及平面圖上都有一個基點(diǎn)，可以通過這個基點(diǎn)把橫斷面圖上測得的離基點(diǎn)的距離放樣到平面圖上。在這里需要注意2個問題：

(1)離基點(diǎn)的距離可以為正也可以為負(fù)，在把距離放樣到平面圖上時，也需要規(guī)定一個方向。

(2)橫斷面圖上測得的離基點(diǎn)的距離的順序是無序的，需要通過按里程從小到大進(jìn)行排序。

解決第一個問題的方法是：我們做一條輔助線(設(shè)該輔助線為PM)，使線PM與樁號線的交點(diǎn)(設(shè)此交點(diǎn)為P)始終保持在基點(diǎn)的左側(cè)。如果離基點(diǎn)的距離為負(fù)值，則將點(diǎn)繪制到基點(diǎn)的左側(cè)，即與交點(diǎn)P同側(cè)的方向，如果離基點(diǎn)的距離為正值，則將點(diǎn)繪制到基點(diǎn)的右側(cè)，即與交點(diǎn)P異側(cè)的方向。

解決第二個問題的方法是：把圖3中的字符串N23(29+672.3)、N24(29+628.2)、N25(29+597.1)等分別轉(zhuǎn)化為數(shù)字29672.3、29628.2、29597.1后再根據(jù)樁號的大小進(jìn)行排序。

另外，完成堤防、河底等線的平面圖繪制依然需要用到4.1節(jié)的“平面圖上的數(shù)據(jù)搜索技術(shù)”。通過數(shù)據(jù)搜索可以獲得樁號文字、樁號線、基點(diǎn)的組合信息，然后通過樁號文字中的信息從小到大進(jìn)行排序，由于樁號文字、樁號線、基點(diǎn)是組合在一起的，樁號線、基點(diǎn)也跟著樁號文字的大小值進(jìn)行排序。這樣經(jīng)過排序后求得的在樁號線上的點(diǎn)相連以后堤防線、河底線等才不會出現(xiàn)交叉纏繞的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

本文主要介紹了快速繪制縱橫斷面圖、計算工程量，繪制平面線的方法。著重介紹了數(shù)據(jù)搜索技術(shù)，使用數(shù)據(jù)搜索技術(shù)進(jìn)行的縱橫斷面繪圖、平面線繪圖，大大提高了設(shè)計者的工作效率。本文介紹的應(yīng)用程序已經(jīng)在《豐樂河流域綜合治理工程》、《無為縣五千畝至萬畝圩口除險加固工程(Ⅰ期)》、《安徽省淮河流域西淝河等沿淮洼地治理應(yīng)急工程》、《2015年度攔路港堤防除險加固工程》等項目中得到很好的應(yīng)用。