路線工程測量可視化系統設計

摘要：主要介紹路線工程測量計算的數學模型及如何開發電算可視化系統，從而解決由人工筆算產生的種種局限性。該系統主要完成中線測設要素的計算、單一附合導線和閉合導線的近似平差、基本的交會計算以及簡圖的繪制，解決路線工程測量中的計算問題。

關鍵詞：數學模型；路線測量；中線計算；繪制簡圖

路線工程測量一直面對著數據量龐大，繁雜的問題，而放樣要素的計算是路線工程測量的重要內容，主要是通過設計參數計算主點和中樁坐標，以及解算路線工程建設當中所需要的控制點坐標。路線放樣時所要求的坐標數據量是非常大的，控制點的坐標精度要求也比較高的。在目前便攜式電腦比較普及的情況下，設計一套相應的測量數據電算可視化處理系統來完成這樣繁重而苛刻的工作，就顯得事在必行。

1系統總體設計

針對路線測量的大量數據，傳統的手算方法以遠遠滿足不了工作的需要，而以往在計算器上開發的一些相應程序，多伴有計算功能的局限性和操作、顯示的不便性。由此路線工程測量可視化電算系統的出現自然水到渠成。

1.1 系統設計和開發原則[1]

標準化：遵循標準和約定俗成的習慣，滿足維護人員和操作人員的要求。

易使用性：系統設計應針對使用人員設計，達到易學易用、操作方便。如具有良好的人機界面。

高效性：設計中應對數據運算，傳輸進行一定的優化設置，達到預算時間最小。

1.2 系統開發環境

主要應用Visual C++ 6.0開發平臺，采用MFC編程技術，運用C++語言編寫程序，簡圖的繪制使用AutoCAD軟件，通過編寫LISP應用程序實現自動展點、連線和標注。最后使用實際工程成果數據對編寫的程序進行測試，以完善其功能，保證成果精度。

1.3 數據庫設計

系統數據庫是一個系統的核心，用來存儲原始數據，已知數據和預處理數據等等。是一個系統建立的基礎。

為了力求使系統達到各方面要求，在綜合分析了所有相應數據的基礎上，設立了本系統的數據庫。以盡力達到數據冗長度最小、系統資源需求最小，用戶滿意度最高。數據類型如表一：

2 系統功能模塊

模塊化設計可以提高代碼重復利用率，便于調試排錯，易于擴展[3]。

根據測量數據處理特點，本軟件具有以下三個總模塊，如圖一：

其中數據處理模塊分為直線坐標計算、圓曲線要素計算、緩和曲線要素計算、豎曲線坐標計算、導線平差計算、交會計算六個子模塊，這種設計體現了模塊間的獨立性，同時也不失各個模塊間的橋梁關系。

3 系統實現

在經過了可行性研究，需求分析等一系列準備工作后，就可以著手系統設計了。良好的系統，首先是良好的人機交互界面，高效的數據處理，簡潔緊湊的模塊。

系統計算起關鍵作用的是數據處理中的六個計算模塊，對函數的設置也采用獨立性，選擇不同的函數完成不同的設置和功能，各函數間也是互相獨立的，對整個工程的其他部分是沒有影響的。如直線中樁坐標計算模塊：

首先建立直線段坐標計算的數學模型[2]，如圖2，A、B是導線點，M至JD1是公路的中線，i是待測設的中線點位，計算第i點的坐標，即

式中xm、ym是路線的起點M的坐標，L是中線點之間的間距，α是中線的方位角，i=1、2……n。設定測站A點的起始方向AM，利用A、M、i點坐標進行坐標反算的辦法求A點至第i點的距離Si及 i，直線段中線的測設方法主要采用極坐標法，極坐標法可利用控制點視野開闊的有利條件進行中線測設[4]。數學模型建立后則開始編寫代碼。

直線中樁坐標計算模塊設計最終如圖3：

如此完成其他相應模塊。

最后簡圖繪制使用Autodesk公司的AutoCAD繪圖軟件，該軟件不僅具有豐富的繪圖命令，還具有強大的圖形編輯功能，而且具有二次開發的功能，進行AutoCAD二次開發的高級語言有很多，本次設計使用的是嵌入AutoCAD內部的高級語言--Auto LISP語言，完成中線和導線簡圖的繪制[5]。

主要編程思路：

(1）讀取原始數據文件。

(2）進行字符處理，使之成為程序所要求的

格式。

(3）進行展點、連線、標注，生成圖形。

最終運行結果如圖4：

4程序運行與工程實踐

以直線段為例，打開“路線測量可視化系統.EXE”文件，運行使用的源數據采用實際的工程數據：北京懷柔河北路道路工程中的中樁放樣坐標數據，點擊主界面的左側列表中的“直線段”取從起點到JD1的一段直線段數據，見表2：

將已知參數輸入到文本框中，設置無誤后點擊計算即可，計算結果在界面右側的“結果顯示區”中顯示出來，也可以文本輸出，將成果打印出來，詳細放樣參數如下表3：

參考文獻

[1]馬明棟，趙長勝，(等).面向對象的測量程序設計[M].北京:教育科學出版社.2000.

[2]李正中，任秀，(等).現代路線工程測量[M].北京:教育科學出版社.2000.

[3]唐澤圣.程序設計Visual C++ 6[M].北京:電子工業出版社.2000.

[4]朱東海.Visual C++ 6使用詳解[M].北京:機械工業出版社.1999.

[5]佟里欣.AutoLISP入門[M].北京:海洋出版社.2000.

[6]孫家駟.道路設計資料集[M].北京:人民交通出版社.2001.