郭勝利

摘要 通過對野外地形圖和斷面圖測量方法的研究，設計基于地形圖測繪的縱橫斷面圖的測繪程序，并對該程序的主要功能和關鍵技術進行詳細的論述。在目前的測繪技術中，利用該方法能夠很大程度地提高測繪工作效率。

關鍵詞 地形圖；特征點；斷面圖

中圖分類號：P217 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）04-0086-03

1 引言

水利工程的前期需要測繪部門在提供地形圖的同時提供縱橫斷面圖，為設計人員準確計算工程量提供原始數(shù)據(jù)。目前，國內(nèi)的主流數(shù)字化測圖軟件，都有較強的地形測繪功能，但在斷面數(shù)據(jù)的處理上常常存在這樣或那樣的問題：有些軟件根本沒有切取斷面的功能，有些軟件雖然有該功能，但切取出的斷面常常存在許多不合理因素，不能正確反映斷面的實況。

北京市水利規(guī)劃設計研究院使用的地形圖測量系統(tǒng)，在斷面測量上仍沿用傳統(tǒng)流程：地形圖的測量與斷面圖的測量分開進行，在測量完地形圖后，在每個橫斷面樁上依次設站，進行橫斷面測量。在數(shù)字化測圖的今天，這種測量方法存在著較為明顯的缺點：1）設站次數(shù)增多，增大出錯機率；2）測點重復，測量地形圖時已測量的特征點在橫斷面測量時，還需再測一遍；3）勞動強度加大，作業(yè)時間增長。很顯然，傳統(tǒng)做法不能發(fā)揮出現(xiàn)代數(shù)字化測圖的優(yōu)勢。當橫斷面間隔距離較小時，這種矛盾顯得尤為突出。

結合工程的實際需要，筆者編制相關軟件，可以在測量地形圖的同時進行縱橫斷面測量，使得所測量的碎步點既可參與縱橫斷面圖的繪制，又可充當?shù)匦螆D的特征點，以提高所測點的利用率，最終提高工作效率。

本文以繪制橫斷面圖為例，說明橫斷面圖測繪的新方法。縱斷面圖的測繪與橫斷面圖相似。

2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

2.1 設備配置Leica全站儀、傳輸電纜。

2.2 作業(yè)準備作業(yè)前，先將已知點數(shù)據(jù)輸入全站儀內(nèi)，并在現(xiàn)場根據(jù)需要實地確定橫斷面線的位置。

2.3 野外測量同地形圖的野外測量一樣，在已知點設站后，把斷面點當作地形點來觀測，測量其坐標和高程?？稍跍y量地形圖的同時進行斷面測量，也可單獨進行斷面測量。通常，在河道不是很寬時，司尺員能夠較準確地找到前進方向，使所測斷面點接近一條直線。這樣，在通視條件良好時，擺一站既可以測量地形圖，又可以同時測量出許多條橫斷面。尤其是當橫斷面要求間距較小時，這種測量方法的優(yōu)勢就更為明顯。這樣就可以把所測量的地形點和斷面點，同時保存在一個數(shù)據(jù)文件中。

一般情況下，在規(guī)劃設計人員確定橫斷面間隔后，需要測量人員在實測時根據(jù)經(jīng)驗和河道的變化情況，在斷面變化處加測橫斷面。用這種測量斷面的方法，外業(yè)的測量人員可以很容易找準加測橫斷面位置。在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時，根據(jù)給定的河道IP點（河道中心線上的轉點坐標）和所加測的橫斷面的位置，對加測橫斷面賦予相應的樁號。這樣就不必為規(guī)劃設計人員提出的固定斷面間隔而大費周折，可以更好地滿足規(guī)劃設計人員的需要。

3 內(nèi)業(yè)處理流程

通過數(shù)據(jù)傳輸軟件將野外采集的數(shù)據(jù)傳入計算機中，并將含有地形點和斷面點的數(shù)據(jù)同時展繪在地形圖上，可以很明顯地看出每一條橫斷面線的位置。為了使斷面點上的數(shù)據(jù)便于提取，在內(nèi)業(yè)編輯過程中，利用測圖軟件的展點連線的功能，將各條斷面用逐點連線的方式從左至右連接起來，形成Pline線，這就具備了繪制斷面圖的條件。

斷面圖的繪制靠4個子程序來實現(xiàn)，即AT.LSP、DM1.LSP、CHAG.LSP、HD.LSP及野外觀測原始數(shù)據(jù)文件A。

1）AT.LSP，賦樁號子程序，可將斷面線賦予相應的樁號，并將斷面線層屬性轉換到新層。

2）DM1.LSP，提取斷面線子程序，將每一條斷面線的節(jié)點坐標及樁號按照從左至右的順序依次提取出來，并將各節(jié)點按坐標尋找A文件（野外觀測原始數(shù)據(jù)文件）中的匹配高程，找到后按照一定的數(shù)據(jù)格式將斷面線上的樁號、坐標、高程重新保存，形成中間文件B（如圖1所示）。

3）CHAG.LSP，格式轉換子程序，讀取B文件中的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要將其轉換成繪制橫斷面圖所需的格式，形成C文件（如圖2所示）。

4）HD.LSP，繪制斷面圖子程序，讀取C 文件中的數(shù)據(jù)，展繪橫斷面圖，完成斷面圖的繪制（如圖3所示）。

其流程可以按照上述4個子程序的順序，依次執(zhí)行即可（如圖4所示）。

4 算法分析

4.1 樁號信息的保存A文件為文本文件。A文件中保存的是野外測得的原始地形點和斷面點全部的坐標和高程數(shù)據(jù)。為繪制斷面圖，必須把相關的斷面點數(shù)據(jù)從A文件中單獨提取出來加以處理。如何提取斷面點的坐標和高程，是本程序的關鍵。

在AutoCAD中，把point、circle、pline、line、text等圖面上的矢量信息稱作實體，每一種不同的實體，都有相應的組碼與其對應。通過對AutoCAD數(shù)據(jù)結構的研究，發(fā)現(xiàn)在它的實體組碼中，39號為實體的厚度組碼，而在斷面圖的繪制過程中，斷面線和所形成的斷面圖都是二維平面圖，實體的厚度屬性值均為零，因此可以利用39號組碼存放信息，這對圖面沒有任何影響。利用AutoCAD的實體編輯功能，將斷面的樁號存入39號組碼當中，并將斷面線轉到新建的“DMX”圖層（注：“DMX”圖層上只應有斷面位置線），這樣就可順利地提取出所有的斷面線。如果把橫斷面位置線看作是一個實體，實體屬性編碼中的39號組碼值則代表該條斷面線的樁號，10號組碼值則代表每一Pline線上每一折點的坐標值。為此，可以將圖面上的斷面點用Pline線按照從左至右的順序（河道面向下游分左右）分別連起來，以便為下一步計算提供方便。

4.2 斷面文件的生成在本程序中，第一步利用測圖軟件的功能，將斷面點展點連線（如圖5所示）。

第二步調用AT.LSP子程序以實現(xiàn)上述保存斷面線樁號及轉換圖層的功能。通過斷面線提取子程序DM1.LSP，可以從地形圖中得到“DMX”圖層上所有斷面點的坐標數(shù)據(jù)，并將剛剛注入的各條斷面線實體組碼中的第39號組碼值提取出來。這樣就得到各條斷面線的樁號及各斷面點的平面坐標。再根據(jù)各斷面點的坐標值，在A文件中檢索出相對應的高程值，依斷面點順序逐個寫入B文件中。

第三步生成B文件。B文件是從原始文件A中提取出來的包含橫斷面樁號和橫斷面線上所有折點坐標、高程信息的有序文件。在所形成的B文件中，每條橫斷面線之間有樁號做分隔，每條斷面線上的坐標點都是依照自左至右的順序依次保存的（如表1所示）。

表1中加粗顯示的行，是每一橫斷面的開始行。第一列數(shù)表示序號，第二列數(shù)表示橫斷面樁號，第三、四、五列數(shù)依次為Y、X、Z坐標。

第四步通過格式轉換子程序CHAG.LSP，計算出橫斷面線上各斷面點起點距，連同該點所對應的高程，一同寫入C 文件。C文件為繪制斷面圖子程序HD.LSP所要求的成果文件。

根據(jù)地形圖斷面連線重新生成數(shù)據(jù)。在從B到C文件的轉換過程當中，有2種轉換方法，即起點距算法和累加距算法。起點距算法是指：斷面線上每一斷面點距離的計算是該斷面點到斷面起點的直線距離，即起點距。累加距算法是指：斷面線上每一斷面點距離的計算是從斷面起點開始，經(jīng)過中間若干節(jié)點至該斷面點的每一段線段的長度的總和。本文采用的是起點距算法。

C文件格式如表2所示。在表2中，加粗顯示行是每一橫斷面的開始行。第一列是序號；第二列-0.5是地物分類編碼，一般不需要表述；第三列表示各條橫斷面上的斷面點的起點距；第四列表示與之對應的高程。

第五步調用HD.LSP子程序，繪制出橫斷面圖，形成DWG文件。

5 誤差分析

利用本方法可以采集橫斷面上的點，即橫斷面數(shù)據(jù)；同樣也可采集縱斷面上的點，即縱斷面數(shù)據(jù)。理論上，每條橫斷面上的點應當在一條直線上，而縱斷面上的點則應落在IP點的曲線之上。在實際測量過程中，對于橫斷面來說，司尺員在野外所測量的斷面點會在該條斷面所在直線的方向上左右擺動，不會正好落在直線方向上。如果用累加距算法，計算出的斷面點的起點距比實際的起點距將增大，而且這種偏差將隨著斷面點個數(shù)的增加而加大，并且隨斷面點偏離直線的增加而加大。這種算法，橫斷線上的每一個點都會影響到后面點樁號的計算精度。對于橫斷面來說，并不適合用累加距算法。如果用起點距算法，則每一個斷面點的位置，只能影響該斷面點的起點距，而且不受其他斷面點位置的影響，并且這種誤差不會向下傳遞。但是，這種算法受橫斷面起點位置的影響比較大，在外業(yè)測量時，應當使橫斷面起點的位置盡量落在橫斷面位置線上，以保證后面橫斷面點的起點距計算的準確性。

在本程序的實際應用中，對于個別偏離斷面線較大的點，應當在內(nèi)業(yè)編輯過程中進行調整，以免影響成果的準確性。

6 結語

本程序采用AutoLisp語言編制，運行平臺為AutoCAD R2000、R2002、R2004等版本，運行穩(wěn)定。

利用此方法測量的縱橫斷面，測量的斷面位置線以坐標、高程方式保存，不同于以往以距離、高程方式保存，這樣的優(yōu)點很明顯：當設計人員更改設計中心線后，斷面的位置不變，可以很清楚地反映出與新中線的位置關系；另外，這種斷面數(shù)據(jù)可以單獨保存，不受中線坐標的影響。

外業(yè)實施的具體工作中，可以根據(jù)河道的具體情況，選取不同的測量儀器。當河道不是很寬，通視條件較好時，司尺員能夠較準確地找到前進方向，這時宜采用全站儀進行測量；當河道較寬，通視條件不是很好時，司尺員不易找準前進方向，宜采用RTK進行斷面測量。無論是用全站儀測量還是用RTK測量，最終得到的都是所測量斷面的坐標、高程數(shù)據(jù)。通過上述方法繪制成的縱橫斷面圖，不但把野外第一手坐標、高程數(shù)據(jù)和斷面圖關聯(lián)起來，而且易于對斷面數(shù)據(jù)的管理。

生產(chǎn)實踐證明，利用測量坐標、高程的方法測量斷面圖，不僅能保證斷面的精度，而且還可以大大提高工作效率，降低勞動強度，取得良好的工作效益。

本程序目前在北京市水利規(guī)劃設計研究院的測繪工作中得到廣泛應用，在永定河干堤加固工程、清河綜合治理工程、城市水系綜合治理工程、涼水河整治工程、潮白河綜合治理工程、南水北調等工程中發(fā)揮了很好的作用，斷面成果準確可靠，較以往的做法省時、簡便、高效。