在GEOPAK中用高程點和斷裂線生成等高線的關鍵技術

孫曉云，毛文軍，王曉東

(1.西安煤航信息產業有限公司，陜西西安710054;2.包頭市測繪院，內蒙古 包頭014030)

一、引 言

GEOPAK是BENTLEY公司旗下一款運行在MicroStation軟件平臺上的工程設計軟件包，其中的GEOPAK Civil Engineering Suite為設計道路、橋梁和多層立體橋梁、鐵路、工場等提供了完善的功能，軟件適用于絕大多數工程設計與測繪項目。目前有美國聯邦高速公路管理局、16個州的運輸部門和全世界超過600個工程顧問公司正在使用這個產品。GEOPAK(V8.05.00.64)軟件包包含以下 6 個主要模塊:

1)GEOPAK Bridge用于橋面標高和量化的三維幾何模型建構，可用于建立單跨或多層復雜的交通道路。

2)GEOPAK Drainage為設計和分析排水系統，是從填補道路、場地設計到排水系統設計的全面性系統。

3)GEOPAK Road為大規模的道路項目設計與施工提供一個全面的解決方案。

4)GEOPAK Site為場地設計項目所提供的工具，從數字地形模型建構到自動平面觀察，而且提供視覺化的互動式工址設計環境，具備靈活的動態設計功能。

5)GEOPAK Survey是針對專業測繪人員設計的，可處理外業測量數據至成圖所包含之各類應用需求。

6)GEOPAK Water Sewer提供強大的給排水分析和設計功能。

此外，GEOPAK還包括:GEOPAK Rebar(協助進行鋼筋混凝土的細部設計與計料的工具)和Geo-Macao(為符合歐洲設計標準規格的互動式土木設計方案)。

在航測數據處理過程中，經常需要利用高程點和斷裂線制作DTM，生成TIN或GRID表面模型，以及生成等高線等。能夠完成這些功能的軟件較多，但在MicroStation平臺上運行的此類軟件主要有Sitework、InRoads、GEOPAK等。目前較多應用的是運行在 Microstation95或 Microstation/J環境中的Sitework或InRoads，但是隨著數據量的增大和項目要求的提高，在低版本 Microstation環境中用Sitework來完成這些任務變得比較煩瑣而且效率下降，很多情況下希望能夠在MicrostationV8環境下來完成這些工作，因為V8版本對文件大小沒有限制，其他一些操作也相對簡化，本文介紹的GEOPAK Civil Engineering Suite即能夠滿足這種需求。

二、生成等高線的操作步驟

用GEOPAK生成等高線需要分4個步驟完成，分別是從圖形文件、坐標文件或DEM文件提取數據;用提取出來的數據生成不規則三角網;讀取不規則三角網文件;最后生成或顯示等高線。以從設計文件提取數據為例，該過程涉及3個文件，一個文件為含有高程點和斷裂線的三維設計文件(*.dgn)，一個為存儲提取出來的數據點的數據文件(*.dat)，一個為存儲生成的不規則三角網文件(*.tin)，生成的等高線圖形將寫入或顯示在當前的設計文件中。下面以在MicroStationV8 2004(8.05.00.64)環境中運行的 GEOPAK 為例，詳細介紹生成等高線的具體操作步驟。

在智能加工機床研發方面，研究重點在于監控技術集成、知識庫與專家系統、遠程診斷以及智能刀具與工裝技術[11-12]等，如圖9所示。

1.從圖形文件中提取數據

1)用MicroStationV8 2004打開包含有高程點(Spots)和斷裂線(Breaks)的三維設計文件(* .dgn)，如圖1 所示。

圖1 高程點和斷裂線

2)激活 GEOPAK，選擇 GEOPAK ROAD或GEOPAK SITE中的DTM應用(APPLICATIONS→GEOPAK ROAD→DTM Tools)。只要正常安裝了GEOPAK，在MicroStationV8的菜單欄就會出現“Applications”下拉菜單。單擊菜單中的“Activate GEOPAK”命令即可激活GEOPAK。

3)激活“EXTRACT”菜單中的“EXTRACT GRAPHICS”，如圖2所示。“EXTRACT”菜單下有4個命令，其中“Geographics”是從當前設計文件中的圖形元素提取數據，“XYZ”是從三維坐標文件中提取數據，“DEM”是從帶有坐標系統信息的DEM文件中提取數據，“Set Format”用來設置提取文件的格式。

圖2 命令操作順序

4)設置圖形提取對話框中的各個選項，如圖3所示。在這個對話框中可以給定輸出的數據文件名，選擇文件格式。如果是首次向該文件輸出提取的數據，要將“File Open”項選為“Create”，“Feature”項選“Spot”即高程點，“Mode”項選“Extract”。“Search Criteria”用來設置所選要素的特性標準，如層、色、線型、線寬、類型等，在“Extract”中可以設置提取要素的范圍，可以設置為視圖(View)、圍柵(Fence)、選擇集(Selection Set)等。

圖3 圖形提取設置對話框

5)按“Apply”命令執行提取操作，就會生成數據文件(*.dat)。生成的*.dat文件有兩種格式可供選擇，二進制文件(Binary)或文本文件(ASCII)。如果選擇了ASCII文件，可以在提取操作完成后瀏覽和更改數據文件。其格式為“要素碼(整數)X坐標(數值)Y坐標(數值)高程Z(數值)”每行為一個數據點，各數值之間用空格分開，文件格式示例如下:

1 17381.651 22324.071 391.600

2 17404.721 21621.311 440.890

3 17405.041 22319.311 382.380

3 17427.411 21907.411 297.200

6)提取完高程點后，可以接著提取斷裂線。選擇并打開剛才生成的*.dat文件，“File Open”項選擇“Append”(添加)，“Feature Type”項選擇“Breaks”，按“APPLY”命令提取斷裂線，斷裂線數據將添加到*.dat文件中。

2.構建不規則三角網TIN

選擇下拉菜單“BUILD→TRIANGLES”，輸入文件名，如圖4所示。“*.dat”文件用剛提取生成的數據文件，*.tin文件可以選擇或重新輸入。分解選項(Dissolve Option)中有兩個選項可供選擇，如果選擇“Sliver”則三角網中的狹長三角形將按軟件默認的標準被分解成小三角形，該選項沒有用戶參數;如果選擇“Side”，用戶可以設置一個數據，如果三角形的邊長超過了所設數據，則該三角形將被分解為更小三角形，但該選項只對邊界三角形的外邊有效，對三角網的內部三角形無效。設置完成后，按“Process”命令，將在您指定的目錄下生成不規則三角網(* .tin)文件。

圖4 構建三角網對話框

3.讀入顯示三角網TIN

要在設計文件中顯示生成的三角網，需激活讀入命令(DTM→LOAD→DTM Feature)，打開對話框如圖5所示。打開“Triangles”的顯示開關(Display ON)，選擇設置好各選項后按“Load”命令。就可以看到生成的三角網，如圖6所示。

圖5 讀入三角網對話框

4.生成等高線

在圖5對話框中雙擊“Contours”修改等高線的各項設置，更改等高距“Major Interval”和“Minor Interval”。單擊“Read”命令可以讀入當前文件的最低和最高高程，雙擊“Major Lines”、“Major Labels”、“Minor Lines”可以打開顯示(Display)。要設置等高線的特性和標高注記特性，可先選擇要設置的項目，然后雙擊列表框下的線狀命令即可打開特性設置對話框，如圖7所示。設置完成后，單擊“Load”命令，圖形中將顯示生成的等高線，如圖8所示。要打開“Contours”的顯示開關，才可以看到生成的等高線。如果打開“Display Only”，則等高線只顯示但不寫入圖形文件。

圖6 示例三角網

圖7 等高線設置對話框

圖8 示例等高線

三、結束語

由于在MicroStationV8環境下，操作的文件避免了V7版本下32 MB的限制，較大的文件無須分割即可完成構建TIN和生成等高線的操作，免除了文件分割、合并、接邊等操作步驟，大大簡化了作業，提高了工作效率。同時，通過試驗比較可以發現用GEOPAK生成等高線的速度比用Sitework要快許多。但是在用GEOPAK生成的等高線數據中也發現了一些不盡如人意的問題，如多余短線、重疊線尾等，這些問題通過簡單的程序處理后就可以解決，經處理的數據完全滿足了工作的需要，提高效率的同時降低了勞動強度。

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［2］孫程.基于GEOPAK Site的三維開挖輔助設計［J］.人民長江，2013(17):30-32.

［3］蘇瑩瑩.GEOPAK軟件在奮斗水庫三維設計開挖中的應用［J］.黑龍江水利科技，2014(4):47-48.

［4］趙一新，李政鵬，屈志剛.GEOPAK在前坪水庫工程場地開挖的應用［J］.西北水電，2014(5):105-107.

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