基于Visual LISP 的河道測(cè)量工具箱設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王 碩，王浩森，王新濤

（濟(jì)南市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250099）

對(duì)于上百公里的河道，斷面數(shù)據(jù)量非常大，手動(dòng)量取容易出錯(cuò)且處理效率低，同時(shí)還不利于數(shù)據(jù)成果的整理和檢查。因此編寫河道測(cè)量工具箱，提高斷面數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性是非常必要的。本文從實(shí)際工程應(yīng)用需求出發(fā)，對(duì)基于Visual LISP 語(yǔ)言的河道測(cè)量工具箱程序設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行闡述。

1 Visual LISP 語(yǔ)言簡(jiǎn)介

Visual LISP 是一種強(qiáng)大的編程語(yǔ)言，使用方便、開發(fā)速度快、方便調(diào)試，為AutoCAD 軟件提供了快速簡(jiǎn)潔二次開發(fā)的途徑，使用戶能對(duì)AutoCAD 軟件充分進(jìn)行二次開發(fā)且不受軟件版本限制，通用性好。

2 數(shù)據(jù)處理工具箱程序設(shè)計(jì)

2.1 工具箱菜單程序設(shè)計(jì)

創(chuàng)建原始菜單文件（*.mnu）用來記錄菜單的結(jié)構(gòu)功能，方便用戶根據(jù)不同作業(yè)需求調(diào)用相應(yīng)功能。

2.2 線路里程標(biāo)注程序設(shè)計(jì)

在河道測(cè)量之前需要進(jìn)行河道斷面線布樁，一般是先搜集河道的相關(guān)資料，在原始地形圖上提取河道中心線。在南方CASS 軟件中將斷面線按照一定的間距進(jìn)行斷面線布置，流程如圖1。

圖1 線路里程標(biāo)注流程圖

2.3 單斷面手動(dòng)提取程序設(shè)計(jì)

山區(qū)河道或途徑居民區(qū)的河道實(shí)際地形往往比較復(fù)雜，斷面高程點(diǎn)提取需要根據(jù)實(shí)際地形邏輯關(guān)系甄別提取，因此需要根據(jù)所測(cè)地形圖對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行篩選，其流程如圖2。

圖2 單斷面數(shù)據(jù)提取流程圖

2.4 全線路斷面自動(dòng)提取程序設(shè)計(jì)

根據(jù)斷面長(zhǎng)度和高程點(diǎn)個(gè)數(shù)計(jì)算出斷面采樣點(diǎn)之間的距離，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行采樣計(jì)算，其處理流程如圖3。

圖3 全線路斷面數(shù)據(jù)自動(dòng)提取流程圖

3 程序的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

徒駭河濟(jì)南段起點(diǎn)位于濟(jì)陽(yáng)區(qū)與德州搭界處，自濟(jì)陽(yáng)區(qū)太平鄉(xiāng)入濟(jì)南境，終點(diǎn)位于商河縣與惠民縣搭界處，東北流經(jīng)商河縣展家鄉(xiāng)出濟(jì)南境，河道全長(zhǎng)65.57 km，流域面積1 418.22 km2。河道測(cè)量區(qū)域呈現(xiàn)條帶狀，橫跨濟(jì)陽(yáng)、商河兩縣，河道平均寬度約500 m，測(cè)量范圍寬度約900 m，相對(duì)于河道全長(zhǎng)，河道寬度相對(duì)較小，測(cè)量范圍總面積約40 km2。徒駭河防汛治理工程是濟(jì)南市骨干河道防洪治理工程重要組成部分，測(cè)量作為前期工作時(shí)間緊、任務(wù)重，需要提交全長(zhǎng)65.57 km的河道兩岸1∶1000 地形圖成果和每間隔100 m一個(gè)的斷面成果。斷面測(cè)量工作包括589.5 km橫斷面和196.5 km 縱斷面。按照勘測(cè)設(shè)計(jì)總體工期安排，測(cè)量成果需在一個(gè)月內(nèi)提交。面對(duì)時(shí)間和工作量的雙重考驗(yàn)，急需實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理，以便準(zhǔn)確無誤按時(shí)提交測(cè)量成果。利用Visual LISP 語(yǔ)言開發(fā)的河道測(cè)量工具箱處理河道測(cè)量數(shù)據(jù)，大大提高了作業(yè)效率和測(cè)量精度，幫助技術(shù)人員按照計(jì)劃工期完成了測(cè)量任務(wù)。

3.1 工具箱菜單的應(yīng)用

菜單程序文件編輯完成后，在AutoCAD 平臺(tái)加載，具體步驟為：在AutoCAD 命令行鍵入“menuload”，點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，加載河道測(cè)量工具箱原始菜單文件。通過上述操作后，就會(huì)在南方CASS 軟件的菜單欄增加一項(xiàng)下拉菜單。最后再把程序代碼添加到AutoCAD 軟件啟動(dòng)項(xiàng)，在命令行輸入“appload”，添加模塊程序代碼，這樣就完成了啟動(dòng)菜單的建立。

3.2 線路里程標(biāo)注的應(yīng)用

程序代碼編寫完成后，將其命名并保存為“線路里程標(biāo)注.lsp”，調(diào)試無誤后，在Visual LISP開發(fā)平臺(tái)上編譯，編譯后的文件類型為“線路里程標(biāo)注.vlx”。具體操作步驟為：打開南方CASS 繪圖軟件，選擇河道測(cè)量工具箱定制菜單的“線路里程標(biāo)注”按鈕，定義起點(diǎn)和河道中心線，根據(jù)提示輸入斷面線間距和長(zhǎng)度。該項(xiàng)目河道斷面線間距設(shè)置為100 m，然后軟件便可自動(dòng)給整條河道進(jìn)行間隔100 m 布樁。

3.3 斷面提取的應(yīng)用

對(duì)本工程需要的斷面數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單斷面數(shù)據(jù)提取和全線路斷面數(shù)據(jù)自動(dòng)提取。

單斷面手動(dòng)提取程序代碼編寫完成后保存為“單個(gè)斷面手動(dòng)提取.lsp”，經(jīng)過調(diào)試無誤后，在Visual LISP 開發(fā)平臺(tái)上編譯，編譯后的文件保存為“單個(gè)斷面手動(dòng)提取.vlx”。具體操作步驟為：打開南方CASS 繪圖軟件，點(diǎn)擊下拉菜單“單個(gè)斷面手動(dòng)提取”按鈕，按照提示點(diǎn)擊河道中心線上的一點(diǎn)，然后在前進(jìn)方向點(diǎn)擊河道中心線的第2點(diǎn)，通過河道中心線上的兩點(diǎn)求取河道中心線的坐標(biāo)方位角，然后輸入此斷面的樁號(hào)，就可以依次提取斷面線附近符合要求的斷面點(diǎn)，拾取斷面線附近能反映地形高度變化的特征點(diǎn)并計(jì)算這些高程點(diǎn)到河道中心線的垂直距離。在代碼編程過程中要注意數(shù)學(xué)坐標(biāo)與測(cè)量坐標(biāo)垂直距離的互換計(jì)算。

全線路斷面自動(dòng)提取程序通過計(jì)算高程點(diǎn)處水深、距離等信息，得到斷面的剖面線數(shù)據(jù)。在軟件處理過程中利用之前線路里程標(biāo)注生成的斷面線和樁號(hào)等數(shù)據(jù)，通過識(shí)別樁號(hào)中的“+”符號(hào)讀取樁號(hào)，點(diǎn)擊河道中心線，求出與中線相交的斷面線。外業(yè)測(cè)量斷面允許斷面點(diǎn)偏移斷面線一定距離，這樣可以提高外業(yè)作業(yè)效率。選擇讀取斷面線附近5 m 范圍內(nèi)的高程點(diǎn)，算出這些點(diǎn)到斷面線的垂足與河道中心線的距離，河道中心線處高程由河道兩側(cè)高程點(diǎn)內(nèi)插求得。具體操作步驟為：打開南方CASS 軟件，點(diǎn)擊下拉菜單“全斷面自動(dòng)提取”按鈕，設(shè)置允許限差為5 m，然后點(diǎn)擊河道中心線。點(diǎn)擊的位置一定要在河道樁號(hào)起點(diǎn)附近，隨后斷面數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)保存。

通過單斷面數(shù)據(jù)提取和全線路斷面自動(dòng)提取得到的數(shù)據(jù)是一致的，以樁號(hào)22+800 橫斷面為例，使用水利百圖軟件生成橫斷面圖如圖4。

圖4 k22+800 河道橫斷面圖

4 提取斷面精度分析

將徒駭河自動(dòng)提取的橫斷面數(shù)據(jù)與實(shí)際斷面線正確點(diǎn)位外業(yè)測(cè)量坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度對(duì)比分析，見表1。各項(xiàng)坐標(biāo)誤差滿足《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》（SL 52-2015）的限差要求。

表1 自動(dòng)提取的橫斷面數(shù)據(jù)與外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比 m

5 結(jié) 語(yǔ)

基于AutoCAD 平臺(tái)利用Visua LISP 語(yǔ)言編寫河道測(cè)量工具箱，可以實(shí)現(xiàn)2 個(gè)主要的功能。一是河道線路里程標(biāo)注功能。打開AutoCAD 軟件，在命令行輸入程序喚起命令，點(diǎn)擊河道中心線，輸入斷面間隔距離、斷面線長(zhǎng)度等參數(shù)，即可完成斷面線的布置工作。二是斷面數(shù)據(jù)的提取功能。根據(jù)斷面數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度通過Visua LISP 語(yǔ)言編寫了兩種斷面數(shù)據(jù)的提取方式。一種是手動(dòng)點(diǎn)擊高程點(diǎn)提取斷面，這種方法是通過點(diǎn)擊高程點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算高程點(diǎn)至河道中心線的距離，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后就會(huì)輸出含有平距、高程的斷面數(shù)據(jù)格式。這種方法工作量大，適用于一些地形復(fù)雜地區(qū)的斷面提取。另外一種是全自動(dòng)斷面數(shù)據(jù)提取，通過點(diǎn)擊河道中心線，程序就會(huì)自動(dòng)提取斷面數(shù)據(jù)，處理速度快，大大提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的效率，適用于一般地區(qū)的斷面提取。根據(jù)自動(dòng)提取的斷面數(shù)據(jù)與外業(yè)實(shí)測(cè)的斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其精度滿足規(guī)范限差要求，驗(yàn)證了工具箱提取斷面數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，此工具箱具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。