基于AutoCAD的道路橫斷面的提取方法*

徐加榮，魏 敏

(江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院，江蘇 南京 211102)

0 引言

道路斷面測(cè)量是道路建設(shè)過程中的一項(xiàng)重要工作，斷面數(shù)據(jù)是工程設(shè)計(jì)、土方計(jì)算、邊樁放樣、橋涵等構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。道路橫斷面是垂直于道路方向的地面斷面線，能描述道路中線兩側(cè)一定范圍內(nèi)的地面起伏變化情況。道路橫斷面測(cè)量一般情況下都是在道路中線兩側(cè)根據(jù)地形變化情況實(shí)測(cè)或從DEM模型上提取一些離散點(diǎn)三維點(diǎn)，從而模擬地形特征[1-2]。在測(cè)繪行業(yè)中，一般都是使用AutoCAD作為圖形數(shù)據(jù)的處理平臺(tái)。AutoCAD在圖形繪制方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但AutoCAD本身并沒有提供提取道路橫斷面的功能。AutoCAD具有十分豐富的二次開發(fā)接口，能夠通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)道路橫斷面數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取。為此，本文提出了一種利用VBA編程實(shí)現(xiàn)道路橫斷面自動(dòng)生成的方法。

1 橫斷面數(shù)據(jù)格式分析

道路橫斷面文件的格式種類較多，專用的道路設(shè)計(jì)軟件都有其特殊的數(shù)據(jù)格式。本文介紹的格式是由江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司)提出的橫斷面格式。此橫斷面數(shù)據(jù)以微軟的Excel文件作為存儲(chǔ)載體，工作表的第一行為標(biāo)題行，用于標(biāo)識(shí)每列的用途。有效數(shù)據(jù)從工作表的第二行開始，每一個(gè)斷面占3行，詳細(xì)格式要求如下：

第一行為中樁信息，從A列到E列分別填寫：線位名、中樁高程、中樁位置描述(即中樁的所處位置的地形特征，如溝邊、路邊、田中等)、位置、中樁樁號(hào)。

第二行為左側(cè)斷面數(shù)據(jù)，從D列開始填寫，D列填寫“左”，用于標(biāo)識(shí)此行數(shù)據(jù)為左側(cè)中樁，后面填寫斷面點(diǎn)距中樁的距離與高程值，兩個(gè)值為一組，依次向后由近及遠(yuǎn)填寫。

第三列為右側(cè)斷面數(shù)據(jù)，從D列開始填寫，D列填寫“右”，用于標(biāo)識(shí)此行數(shù)據(jù)為右側(cè)中樁，后面填寫斷面點(diǎn)距中樁的距離與高程值，兩個(gè)值為一級(jí)，依次向后由近及遠(yuǎn)填寫。

表1 斷面數(shù)據(jù)格式示例

2 模塊功能分析

根據(jù)橫斷面數(shù)據(jù)格式的要求及AutoCAD軟件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了橫斷面提取工具的總體框架，其主要由4個(gè)模塊組成：參數(shù)配置、中樁導(dǎo)入、橫斷面線繪制、橫斷面表格導(dǎo)出。

2.1 參數(shù)配置

參數(shù)主要由中樁導(dǎo)入配置、橫斷面配置、高程點(diǎn)配置、導(dǎo)出配置等組成，如圖1所示。

1) 中樁導(dǎo)入配置：設(shè)置中樁表的線路名稱、每列的用途、有效數(shù)據(jù)行；

2) 橫斷面配置：設(shè)置橫斷面線的圖層、搜索緩沖；

3) 高程點(diǎn)配置：設(shè)置高程的過濾表達(dá)式及取值表達(dá)式；

4) 導(dǎo)出配置：設(shè)置導(dǎo)出的數(shù)學(xué)精度。

圖1 參數(shù)配置模塊

2.2 中樁導(dǎo)入

中樁坐標(biāo)是在道路中線放樣時(shí)在外業(yè)實(shí)地測(cè)得的數(shù)據(jù)，包括樁號(hào)、平面坐標(biāo)、高程及地形說明等，保存于Excel文件中。中樁坐標(biāo)是生成橫斷面數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，每個(gè)橫斷面都以中樁為中心進(jìn)行搜索獲得。讀取中樁坐標(biāo)使用開源組件NPOI。NPOI是一個(gè)讀寫Excel、Word等微軟OLE2組件文檔的項(xiàng)目，是Apache POI 項(xiàng)目在.NET 中的實(shí)現(xiàn)，可以在不依賴于Microsoft Excel的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)Excel文件的讀寫。使用此組件讀取中樁坐標(biāo)的關(guān)鍵步驟如下：

1)實(shí)例化工作簿

FileStream=File.OpenRead(FilePath)

Book=New HSSFWorkbook(FileStream) 或 Book=New XSSFWorkbook(FileStream)

2)獲取工作表

Sheet=Book.GetSheetAt(0)

3) 獲取某一行

Row=Sheet.GetRow(RowIndex)

4) 獲取單元格數(shù)據(jù)

Value=Row.GetCell(CellIndex).ToString()

2.3 橫斷面線繪制

圖2 橫斷面線繪制示意圖

2.4 橫斷面表格導(dǎo)出

在提取橫斷面線時(shí)，從線路的起點(diǎn)開始，依次選擇橫斷面線，詳細(xì)步驟如下：

1)以中樁值從小到大的順序遍歷道路中樁；

2)以中樁為中心選擇橫斷面線；

3)分別提取左、右高程點(diǎn)；

4)重復(fù)步驟二。

在提取左、右高程點(diǎn)時(shí)，可以使用式(1)來判斷：如果A值大于0表示點(diǎn)在中心線的左側(cè)，A值小于0表示點(diǎn)在中心線的右側(cè)，A值等于0則表示點(diǎn)在中心線上[3]。

A=(X1-X)* (Y2-Y) - (Y1-Y) *

(X2-X)

我嘴里說著：“你們拿一把菜刀把我劈成兩半吧”，先替母親把不用的餐具放了上去，又幫著父親移動(dòng)書柜。移完書柜，我就屬于父親了。他拉住我，要我把他整理好的書籍一排一排地放到書架上。我的母親在廚房里叫我了，要我把剛才放上去的那一箱不用的餐具再搬下來，她發(fā)現(xiàn)有一把每天都要用的勺子找不著了，她說會(huì)不會(huì)放在那一箱不用的餐具里面，而這時(shí)候父親又把一疊書籍遞給了我，我說：“你們拿一把菜刀把我劈成兩半吧。”

(1)

式中：A表示方向判別值；X1、Y1表示當(dāng)前中樁點(diǎn)的平面坐標(biāo)；X2、Y2表示下一個(gè)中樁點(diǎn)的平面坐標(biāo)；X、Y表示某一高程點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

3 程序?qū)崿F(xiàn)

道路橫斷面提取工具的開發(fā)基于ObjectARX.Net框架，IDE選擇Visual Studio 2013，使用VisualBasic.Net作為編碼語言實(shí)現(xiàn)以上的全部功能。ObjectARX.Net是AutoCAD.Net API提供的托管程序集，方便開發(fā)人員使用.Net Framework支持的任意一門語言進(jìn)行開發(fā)。此工具的運(yùn)行流程，如圖3所示。

圖3 道路橫斷面提取程序運(yùn)行流程

本文基于AutoCAD2010來實(shí)現(xiàn)道路橫斷面提取工具的各個(gè)功能，主要有以下幾個(gè)步驟：

3.1 創(chuàng)建編程環(huán)境

在Visual Studio 2013中創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，語言選擇Visual Basic，類型選擇類庫(kù)。項(xiàng)目創(chuàng)建完畢后，引入AutoCAD安裝目錄中的acdbmgd.dll與acmgd.dll，并將“復(fù)制到本地”屬性設(shè)為False、“目標(biāo)CPU”屬性設(shè)為AnyCPU。

3.2 定制AutoCAD命令

在ObjectARX.Net開發(fā)環(huán)境中，需要將類中的方法添加Autodesk.AutoCAD.Runtime命名空間下的CommandMethodAttribute標(biāo)識(shí)，程序加載后，就可以在AutoCAD命令行中輸入自定義的命令對(duì)方法進(jìn)行調(diào)用[4-5]，關(guān)鍵代碼如下：

_

Public Sub Road_DLHDM()

Dim KeyValue As String=EditorKit.GetKeyWord("S:設(shè)置"，"I:導(dǎo)入中樁"，"D:繪制橫斷面"， "E:導(dǎo)出橫斷面文件")

Select Case KeyValue

Case "S"

ConfigSet()'設(shè)置

Case "I"

ImportData()'導(dǎo)入中樁

Case "D"

DrawSectionLine()'繪制橫斷面線

Case "E"

ExportFile()'導(dǎo)出橫斷面文件

End Select

End Sub

3.3 加載程序文件

代碼經(jīng)調(diào)試、編譯后，使用AutoCAD提供的netload命令，選擇編譯好的DLL文件，即可完成加載任務(wù)。加載完畢后，在命令行中輸入自定義的道路橫斷面命令DLHDM后再輸入相應(yīng)的選項(xiàng)進(jìn)行道路橫斷面數(shù)據(jù)處理的各種操作。

4 應(yīng)用實(shí)例

在某條公路前期勘察過程中，作業(yè)人員首先根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的道路中線直曲表進(jìn)行實(shí)地放樣，確定中樁后同時(shí)測(cè)量了此中樁對(duì)應(yīng)的橫斷面高程點(diǎn)。在測(cè)量道路中樁時(shí)還記錄了中樁的地形特征。外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，將測(cè)量的碎部點(diǎn)以高程點(diǎn)的方式展到AutoCAD中并在Excel中整理道路中樁坐標(biāo)。然后使用DLHDM命令進(jìn)行橫斷面數(shù)據(jù)處理，主要步驟如下：

1)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，主要設(shè)置橫斷面線的圖層、高程點(diǎn)的特征及搜索緩沖距離；

2)導(dǎo)入道路中樁坐標(biāo)；

3)開始自動(dòng)繪制橫斷面線，部分受到地形影響不規(guī)則的橫斷面可以通過手工干預(yù)進(jìn)行輔助繪制；

4)執(zhí)行提取橫斷面數(shù)據(jù)前的各項(xiàng)檢查；

5)檢查無誤后導(dǎo)出道路橫斷面文件。

繪制好的橫斷面線及導(dǎo)出的橫斷面文件，如圖4、圖5所示。

圖4 道路橫斷面圖(部分)

圖5 道路橫斷面文件(部分)

使用該程序提取橫斷面文件，主要的工作時(shí)間用于整理道路中樁坐標(biāo)文件，中樁文件整理完后，就可以使用此工具快速生成符合甲方要求的橫斷面文件。經(jīng)測(cè)試，如果采用手工方式生成道路橫斷面文件，處理完一條道路(約80個(gè)斷面)需要花費(fèi)約2天的時(shí)間，而使用道路斷面程序自動(dòng)提取，全程僅需要半個(gè)小時(shí)即可完成，而且不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，降低了質(zhì)量隱患。

5 結(jié)束語

本文提出的通過繪制道路橫斷面線的方式來自動(dòng)生成橫斷面文件能夠有效提升數(shù)據(jù)質(zhì)量并提高作業(yè)效率，從而減輕測(cè)量人員的數(shù)據(jù)處理工作量，保證勘察設(shè)計(jì)工期。該方法對(duì)于其它類型的AutoCAD應(yīng)用也有一定的借鑒意義。