肖 怡

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610017）

在航道整治項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)水深是設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要用到的數(shù)據(jù)，這就要求測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)水位將水下地形點(diǎn)換算成設(shè)計(jì)水深點(diǎn)[1]。由于江河等流域是存在上下游比降的，所以在處理水深點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)不能用單一水面高減去水下高程點(diǎn)來計(jì)算水深。目前，很多測(cè)量人員都是根據(jù)水位比降[2]分段做水深改正，在航道長度長，水位比降大時(shí)，數(shù)據(jù)處理工作極其枯燥繁瑣且耗時(shí)。

AutoCAD Civil 3D 是由Autodesk 公司推出的一款的建筑信息模型（BIM）設(shè)計(jì)軟件。為用戶提供強(qiáng)大的測(cè)量、設(shè)計(jì)、分析與文檔處理解決方案。作為一款強(qiáng)大的平臺(tái)軟件，其提供的地形曲面數(shù)據(jù)處理功能對(duì)于一線測(cè)繪人員十分有用。對(duì)于有一定編程經(jīng)驗(yàn)的測(cè)繪人員來說，可以通過Civil 3D 提供的API，用C# 語言對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)。本文就介紹了Civil 3D 是如何用C# 二次開發(fā)解決設(shè)計(jì)水深點(diǎn)轉(zhuǎn)換工作。

1 程序設(shè)計(jì)思路

Civil 3D 曲面是由三角網(wǎng)構(gòu)成的，可以用于表達(dá)地形、道路、河流等地形特征。Civil 3D 能真實(shí)計(jì)算出挖填方的工程量，而且還可以進(jìn)行挖填平衡的自動(dòng)調(diào)整[3]。在Civil 3D 中，曲面的創(chuàng)建有多種方法，其中最常用的是根據(jù)等高線和圖形對(duì)象創(chuàng)建。創(chuàng)建好的曲面對(duì)象提供了曲面編輯、查詢及分析功能。其中，編輯功能允許用戶對(duì)曲面三角網(wǎng)或者點(diǎn)進(jìn)行添加、刪除、移動(dòng)等操作；查詢功能支持用戶查詢曲面上的數(shù)據(jù)，如高點(diǎn)程、距離、面積等；分析功能支持對(duì)曲面進(jìn)行分析，如計(jì)算曲面面積、體積等。

在本程序中，主要是對(duì)曲面創(chuàng)建和任意高程點(diǎn)查詢的應(yīng)用。通過用調(diào)整后的設(shè)計(jì)水邊線創(chuàng)建水面曲面，然后對(duì)水下高程點(diǎn)進(jìn)行水面高程查詢，最后，利用水面高程與水底高程求差計(jì)算出真實(shí)水深。

1.1 水邊線高程點(diǎn)數(shù)據(jù)

水邊線高程點(diǎn)是指在根據(jù)水尺記錄數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)水位對(duì)水邊線進(jìn)行修正后，在水邊線上根據(jù)水位變化合理地插值出高程點(diǎn)[4]，并用Cass 展繪到水邊線地形圖上。成圖效果如圖1 所示。

圖1 按設(shè)計(jì)水位修正后水邊線及水邊高程點(diǎn)

1.2 水下高程點(diǎn)或地形點(diǎn)數(shù)據(jù)

在測(cè)量內(nèi)業(yè)成圖階段，所有高程點(diǎn)的高程都是水準(zhǔn)高。通常，等深線的繪制是在等高線圖完成之后，用于繪制等深線的原始數(shù)據(jù)如圖2 所示。

圖2中，河道中的高程點(diǎn)不能直接用于繪制等深線，需要根據(jù)水邊線高程做水深計(jì)算。

為了方便計(jì)算，需要把河道中的高程點(diǎn)用Cass 的“高程點(diǎn)生成數(shù)據(jù)文件功能”導(dǎo)出為*.dat 文件，也可以把所有地形點(diǎn)全導(dǎo)出，后續(xù)在程序中做水下點(diǎn)篩選。

1.3 程序?qū)崿F(xiàn)流程

程序設(shè)計(jì)思路為：首先使用“SSJS（水深計(jì)算）”命令啟動(dòng)程序，交互選擇水邊高程點(diǎn)，程序會(huì)自動(dòng)讀取高程點(diǎn)并構(gòu)建水面曲面；其次讀取水下高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，程序自動(dòng)用曲面內(nèi)插計(jì)算出高程點(diǎn)對(duì)應(yīng)水面高；最后通過內(nèi)部設(shè)定的水深閾值，去掉地面高程點(diǎn)，即得到純凈的水深點(diǎn)，然后將水深點(diǎn)輸出成.dat 文件。

程序運(yùn)行流程如圖3 所示。

圖3 程序運(yùn)行流程圖

成果文件為.dat 格式，測(cè)繪人員可直接用Cass 加載并進(jìn)行等深線的繪制。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

2.1 水邊線高程點(diǎn)編輯

水邊線高程點(diǎn)內(nèi)插加密需要基于測(cè)量時(shí)的水尺水位高、實(shí)測(cè)水邊線和設(shè)計(jì)水位線，最后形成圖1 中的水邊高程點(diǎn)，水邊高程點(diǎn)需要均勻分布以確保后續(xù)構(gòu)建的水面曲面足夠精確。

2.2 程序開發(fā)基礎(chǔ)

2.2.1 軟件基礎(chǔ)

Civil 3D 提供了3 種API，分別是.NET API、COM API 和C++[5]，其中.NET 語言中的C#語言開發(fā)難度是相對(duì)較小的，而且有良好的開發(fā)支持。

2.2.2 開發(fā)環(huán)境配置

啟動(dòng)Visual Studio 2019，選擇“創(chuàng)建新項(xiàng)目”，選擇“類庫（.NET Framework）”，然后框架選擇“.NET Framework4.6”；添加accoremgd.dll、acdbmgd.dll、acmgd.dll、AecBaseMgd.dll 和AeccDbMgd.dll 程序集的引用，并將程序集的“復(fù)制本地”屬性改為“false”（圖4）。

圖4 引用程序集

2.3 曲面創(chuàng)建

為了便于數(shù)據(jù)管理，在新建水面曲面時(shí)應(yīng)該為其新建圖層，然后選擇高程點(diǎn)對(duì)象添加到曲面中。

2.3.1 新建圖層

1）獲取當(dāng)前文檔和數(shù)據(jù)庫，并創(chuàng)建事務(wù)。

2）獲取圖層表，判斷是否存在“0-Terrain”圖層，如果不存在，則新建“0-Terrain”圖層，并將其設(shè)置為當(dāng)前圖層，如果存在，則將“0-Terrain”圖層設(shè)置為當(dāng)前圖層。

2.3.2 創(chuàng)建空曲面

創(chuàng)建曲面是利用Autodesk.Civil.DatabaseServices中的TinSurface 類，首先用TinSurface 的Create 方法創(chuàng)建一個(gè)空曲面ID，然后強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為三角網(wǎng)曲面對(duì)象。

2.3.3 拾取水邊高程點(diǎn)

水邊線高程點(diǎn)應(yīng)為Cass 軟件生成的高程點(diǎn)塊，提取高程點(diǎn)前需要定義一個(gè)過濾條件用于篩選高程點(diǎn)。

然后用Editor 類提供的方法提取高程點(diǎn)對(duì)象，創(chuàng)建對(duì)象ID 集合。

2.3.4 添加高程點(diǎn)到曲面

接用TinSurface 的DrawingObjectsDefinition 屬性的AddFromBlocks 方法將高程點(diǎn)添加到空曲面中。

2.4 水面高程提取

利用TinSurface 對(duì)象的FindElevationAtXY 方法可以查找指定坐標(biāo)處的高程值。

2.5 水深計(jì)算

2.5.1 讀取高程點(diǎn)文件

讀取高程點(diǎn)調(diào)用了系統(tǒng)File 類中的ReadAllLines方法，將讀取的行數(shù)據(jù)分別拆分存到指定變量。

2.5.2 計(jì)算點(diǎn)位設(shè)計(jì)水深

水深=水面高程-水下高程點(diǎn)水準(zhǔn)高程。

利用該計(jì)算關(guān)系，循環(huán)遍歷計(jì)算所有水下高程點(diǎn)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水深。

2.5.3 導(dǎo)出水深點(diǎn)文件

調(diào)用系統(tǒng)提供的StreamWriter 方法即可完成水深文本文件輸出。

3 程序應(yīng)用實(shí)例——某項(xiàng)目A 河道水深圖

某項(xiàng)目平面圖如圖5 所示，項(xiàng)目全長約14.5 km，水邊高程點(diǎn)685 個(gè)，共有5 754 個(gè)地形點(diǎn)（含水下高程點(diǎn)），高程點(diǎn)的格式為點(diǎn)名、編碼、東坐標(biāo)、北坐標(biāo)（圖6），經(jīng)測(cè)試轉(zhuǎn)換生成全部水下高程點(diǎn)用時(shí)約3.2 s（圖7）。

圖6 項(xiàng)目A 原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)示例

圖7 項(xiàng)目B 程序計(jì)算花費(fèi)時(shí)間

4 結(jié)束語

水下高程點(diǎn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)水深是一項(xiàng)十分簡單的工作，但是如果不掌握科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法，簡單工作將會(huì)變成一項(xiàng)任務(wù)繁重的體力活。Civil 3D 是一款強(qiáng)大的土木設(shè)計(jì)類軟件，擁有完善的開發(fā)環(huán)境。C#是一門相對(duì)容易上手的編程語言，得益于編程軟件Visual Studio 的強(qiáng)大提示功能，可以幫助初級(jí)編程人員補(bǔ)全大量代碼。兩者的結(jié)合則催生出了各種功能強(qiáng)大的插件，基于這些插件，可以將廣大一線生產(chǎn)人員從大量重復(fù)繁瑣的工作中解放出來。

在使用過程中做過的最長的某項(xiàng)目長度超過78 km，總地形點(diǎn)超過10 萬個(gè)點(diǎn)，在水邊高程點(diǎn)圖形文件和所有地形點(diǎn)文本文件準(zhǔn)備好的情況下，只用了不到10 s 的時(shí)間即可完成水深點(diǎn)文本文件的生成。如果用人工手動(dòng)分段計(jì)算的話，項(xiàng)目上下游高差54 m，即使按每20 cm 分段需要分250 段，假如每段高程點(diǎn)提取轉(zhuǎn)換需要2 min，則一個(gè)人所需花費(fèi)的時(shí)間預(yù)計(jì)超過8 h，而實(shí)際上，一個(gè)人手動(dòng)做這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可能得花費(fèi)2～3 d 時(shí)間。

所以，基于Civil 3D 的開發(fā)的確能帶來巨大的生產(chǎn)效率的提升，從上述論述也可以看到，Civil 3D 的初級(jí)開發(fā)不難，如果能善用二次開發(fā)，一定能為工作生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。