JX4航測平斷面成圖系統設計與實現

劉回光 陶文

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.053

摘 要：該文基于當前JX4航測軟件在平斷面成圖方面的不足，針對輸電線路平斷面的特點（既包含平面圖形，又包含斷面圖形），如繪制房屋時，需要附加房屋高度，繪制交叉跨越時，需要附加線高，繪制水系時，需要閉合圖形等需求，設計實現了基于JX4的平斷面成圖系統，并形成了完整的流程，對后期線路平斷面圖有了更高效的解決方式，能夠廣泛應用于線路采集中去。

關鍵詞：JX4 航測 平斷面成圖 設計

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0053-03

1 研究背景

JX4系統已廣泛用于地形圖測繪，能進行各種比例尺平面圖的數據采集及格式轉換，該院于2013年年底引進該系統，并成功應用于風電場地形圖測繪如華能懷寧風電項目1∶2 000地形圖測繪項目，測繪面積達100多平方公里，地形圖測繪能完全滿足設計要求，但是線路設計一直占據著該院項目的重大比例，為設計提供線路平斷面圖是測繪專業在線路工程中的主要工作，而現有的JX4這套軟件不具備斷面數據采集成圖輸出功能。

全數字攝影測量技術應用于電力系統已多年，主要應用于線路優化設計及平斷面數據采集與冊輸出等過程，目前國內全數字攝影測量系統測量平斷面圖的系統相對完善的是洛斯達公司基于JX4下開發的TL系統和武漢適普軟件公司的電力量測系統，TL系統為洛斯達公司內部使用軟件，不對外開放試用。而過去該院使用的適普公司的電力版軟件部分功能還不完善，特別是跨越線輸出數據混亂與實際采集和調繪均不符合，而平斷面圖中交叉跨越對桿塔位置起著至關重要的作用，斷面遇溝壑處理自動化程度不高，不能自動斷開點并賦予屬性，后期人工編輯任務繁重。適普軟件電力板塊升級價格昂貴，軟件引進成本高。所以項目組決定基于JX4這套航測系統研發出一套自動化程度高、處理效率高的平斷面數據處理軟件，能將采集到的數據（地形點和地物點含交叉跨越、獨立危險地物、房屋等）集中轉換成標準的、完整的線路平斷面圖。

2 系統設計與測試

2.1 需求分析

JX4作為傳統全數字攝影測量工作站，主要用于基本比例尺地形圖生產，可以通過人機交互的形式，采集地物和地形信息。基于JX4進行輸電線路平斷面測量，需要解決的關鍵問題，一個是立體測圖作業方法的設計，另一個就是數據的轉換。在開發相關軟件時，一方面需要針對輸電線路平斷面的特點（既包含平面圖形，又包含斷面圖形），對數據采集方式提出要求，如繪制房屋時，需要附加房屋高度，繪制交叉跨越時，需要附加線高，繪制水系時，需要閉合圖形；另一方面需要對JX4軟件本身進行研究，分析其數據輸出格式和地物編碼體系，最終建立合理的數據接口，用于生成滿足該院設計專業需求的輸電線路平斷面圖（即道亨ORG格式平斷面圖）。

2.2 數據分析

數據分析包含兩方面內容：數據格式和編碼體系，前者將決定軟件數據輸入接口開發，后者將決定軟件數據轉換算法的設計。

JX4采集的地物數據導出為SHP、DXF等幾種常見矢量格式的數據，而地形數據可直接導出為文本格式的三維坐標點文件。

SHP格式為標準GIS數據格式，圖形和屬性相互關聯，根據圖形關聯的屬性信息即可判斷地物類型，JX4輸出的SHP格式地物圖形數據按地物編碼及圖形幾何類型進行了分類，并分別進行存儲。

DXF格式作為常見的圖形數據格式，本身并不含屬性信息，但JX4在輸出DXF圖形文件時，為每一類地物建立了相應的圖層，并且將地物編碼作為圖層名稱，從而可通過圖層名稱識別地物類型（如圖1所示）。

JX4采用《國土基礎信息數據分類與代碼》（GB/T 13923-92），作為其地物編碼體系，地物代碼為5位數字碼，其結構如圖2，表1。

2.3 數據采集

2.3.1平面數據

模擬外業的形式，指定一定的范圍采集地物點，按照相關規范500 kV及以下線路設定左右寬度各50 m進行采集，500 kV以上等級線路按照左右各75 m進行采集，設置好國標圖式的比例尺，方便最后輸出時是國標的圖式符號。經過試驗，選擇1∶10 000的比例尺能夠滿足我們算法的要求，主要是沿線影響設計排桿的諸多要素：溝、路、塘、房屋、地類界、墳地、交叉跨越等。此項操作在JX4測圖軟件矢量測圖中進行。房屋比高在此項操作中完成。平面數據采集完成，輸出成一個DXF格式。

2.3.2斷面數據

斷面測量在橫斷面測繪中完成，設置斷面參數，設置轉角曲線文件，格式如下。

3301005.3070 609247.2940 0.000 0.000 0.000

3301060.6890 609841.6299 1.000 0.0000 0.000

3301150.4822 610339.1843 1.000 0.0000 0.000

3300840.4260 610912.1500 1.000 0.0000 0.000

3300603.0345 613310.5155 0.000 0.0000 0.000

按左中右3條曲線分別采集，JX4軟件輸出時是JX4的ZMD格式，利用UE最后整合輸出成XYZ格式的一個文本如下。

3301005.307 609247.294 265.920

3301005.847 609253.086 264.894

3301006.283 609257.770 263.832

3301006.870 609264.063 261.978

斷面采集時最好采集跨越線下的地面點，這樣能準確得到跨越線的高度，相比內插法得到的高程值要更精準。

2.4 數據接口開發

數據接口開發包括數據輸入接口開發和數據輸出接口開發。

一般來說，SHP格式矢量數據更有利于數據轉換算法的設計，但JX4導出的SHP格式文件無法導出注記，而注記信息是地類界重要的信息，因此在該軟件開發中，將采用DXF格式數據作為輸入數據。DXF格式是一種公開的數據格式，研究其數據格式說明，即可實現DXF格式文件的讀寫。JX4導出的DXF地物圖形數據，主要包括三維多段線、三維點、文字以及塊這幾種圖元類型，軟件需要至少實現對這幾類圖元數據的讀取，同時需要確定圖元所在圖層，以對地物類型進行識別。該軟件的數據輸出為道亨ORG格式平斷面，該格式也是一種公開的數據格式，軟件需要實現輸電線路轉角、平面圖形、斷面圖形、斷面線等各種形式數據的ORG文件生成。

2.5 算法設計

算法流程圖如圖3所示。

（1）建立了編碼體系對照表。

實現JX4地物編碼與SL地物編碼的一一對應。

（2）地形點轉斷面點。

軟件根據線路路徑，通過偏距累距計算，自動對無序采集的地形點進行識別，分別將其歸類為中心線斷面點、左邊線斷面點、右邊線斷面點。

（3）地物圖幅裁切。

由于輸電線路平斷面有特定的測圖邊線，但在JX4實際測圖過程中，將很難嚴格按邊界進行測圖，為適應平斷面軟件的測圖邊線，需要對JX4輸出的數據進行自動裁切。

（4）水域處理。

當路徑經過水域時，在水域的前后邊界點上的斷面需要進行斷開，一般軟件（如適普電力版）需要作業員進行人工處理，該軟件進行自動處理，首先求出中心線及邊線與水域的全部交點，再通過排序算法自動識別出前視溝邊點和后視溝邊點。

（5）房屋處理。

在輸電線路平斷面圖中，邊線以內的房屋需要同時繪制平面和斷面，該軟件首先自動判定房屋是否在邊線以內，對于邊線以內的房屋，先根據房屋平面圖形各節點的Z值求出房屋所在地面的高程，再自動搜索出房屋范圍內采集的比高點，求得房屋的實際高度，最終生成平面和斷面。

（6）交叉跨越處理。

由于在JX4中一般很難直接測得交叉跨越的線高信息，因此需要通過間接的方式，如采集交跨線路兩邊桿塔頂部的高程，再通過內插，求得交叉跨越點處的高程，再通過中心斷面和邊線斷面內插求得交叉跨越點投影到地面的高程，從而計算出大致線高，最終在平斷面圖中生成投影線。

（7）地物自動注記。

在其他軟件（如適普電力版）中，平斷面圖的注記要全部手工添加，而該軟件對此進行了優化，對于一般指示性的注記，如溝、路、塘等，將不需要作業員在測圖時手工添加，而由軟件自動生成，并且智能判定區域注記密度，對復雜區域的注記自動進行取舍，同時自動調整注記位置，以保證圖面的美觀和整潔。

（8）自動化質量檢查。

該軟件對于導入的JX4測圖成果，能夠自動進行質量檢查，如檢查邊線以內的房屋是否采集了比高點，地類界區域是否標注了樹高等。

2.6 平臺系統測試

采用徽州-萬安III回∏入韓村變220 kV線路工程部分段做了研發實驗和現場對比測試，從現場反饋的情況看，研發軟件測出的平斷面效果非常理想，自動化程度高，測圖效率更高，完全能夠滿足設計需求（見表2）。

2.7 軟件特點及創新點

2.7.1特點

（1）該軟件基于.net framework框架開發，可運行于目前任意版本Windows系統，且不需要其他任何第三方軟件（如CAD）支持，完全獨立運行。（2）軟件界面簡潔，高度集成了各種算法，無需人工干預，自動化程度高。

2.7.2創新點

比對研發成果軟件和其他軟件，及其生成的平斷面數據與其他軟件生成的平斷面數據及外業終勘數據的對比。

（1）提出了一種基于傳統數字攝影測量立體測圖流程的輸電線路平斷面成圖方法，與適普、海拉瓦相比，該方法無需針對立體測圖軟件進行定制開發，不僅適用于JX4，稍作修改可適用于目前大部分全數字攝影測量軟件，打破了適普、海拉瓦的技術壁壘；（2）提出了一種水域、房屋斷面、交叉跨越斷面自動化處理方法。能夠在處理溝河斷面時自動斷開，并生成斷開線，人工編輯量少；（3）實現了平斷面圖地物的智能注記；（4）后期需要刪改數據時，能夠分層管理，比如刪除全線所有房屋或者電力線，只需要在平面數據中選擇房屋這個層，直接刪除即可，過去數據不分層，刪除時需逐個刪除，容易漏刪、錯刪，而且作業效率非常低。

3 結語

該文形成了一套完整的適合該院的基于JX4的平斷面成圖系統，并形成了完整的流程，對后期線路平斷面圖有了更高效的解決方式，能夠廣泛應用于線路采集中去。 鑒于當前的使用情況和試驗驗證，認為該軟件完全能夠和其他航測電力線路軟件媲美，下一步，擬將SL與JX4測圖進行聯動測圖，做到實時測圖，實時出圖，實時邊圖。

參考文獻

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