地形圖點(diǎn)線矛盾檢查軟件開發(fā)

胡現(xiàn)輝，胡茂林，王三軍 ，錢 進(jìn)

(1.西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021；2. 廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

等高線和高程點(diǎn)是地形圖數(shù)據(jù)的重要組成部分，但總是不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，如何消除或減少這些錯(cuò)誤，是地形圖質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要工作。在正常情況下兩根等高線之間高程點(diǎn)的高程應(yīng)介于等高線高程之間，如果其中有的高程點(diǎn)的高程不能滿足上述條件，則稱該高程點(diǎn)與兩條等高線高程矛盾，俗稱點(diǎn)線矛盾。點(diǎn)線矛盾檢查是保證地形圖精度的必要前提，等高線和高程點(diǎn)由于數(shù)據(jù)量大，高程屬性不直觀等原因采用人工目視檢查點(diǎn)線矛盾費(fèi)事費(fèi)力、容易導(dǎo)致檢查錯(cuò)漏、產(chǎn)生新的人為錯(cuò)誤，尤其對(duì)大批量的數(shù)據(jù)人工檢查無(wú)法提高檢查效率，同時(shí)數(shù)據(jù)的正確性也難以把握和控制。

同時(shí)由于地形圖質(zhì)量直接影響土石方量，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工程成本的提高和工程預(yù)算制度的嚴(yán)格執(zhí)行，設(shè)計(jì)計(jì)算土石方與實(shí)際土石方不合的矛盾日益突出，這也是目前工程施工中易反饋的問(wèn)題。所以地形圖點(diǎn)線矛盾檢查就顯得十分重要，因此通過(guò)編寫軟件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)線矛盾自動(dòng)檢查是非常有必要的。

1 軟件設(shè)計(jì)思路

軟件主要思路是根據(jù)等高線與高程點(diǎn)(有高點(diǎn)和注記點(diǎn))的特性，利用TIN模型的基本原理，對(duì)等高線節(jié)點(diǎn)或高程點(diǎn)(有高點(diǎn)和注記點(diǎn))作為節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN，根據(jù)待檢查點(diǎn)的平面位置，逐點(diǎn)循環(huán)判斷出待檢查點(diǎn)是否位于TIN中的某個(gè)三角形內(nèi)。對(duì)普通三角形根據(jù)三角形角點(diǎn)高程直接判斷，對(duì)平三角形和特殊三角形需在TIN中進(jìn)行雙線性內(nèi)插得到內(nèi)插高程，然后對(duì)內(nèi)插高程與待檢查點(diǎn)的高程進(jìn)行比較。

軟件開發(fā)涉及的算法包括：用于將離散點(diǎn)構(gòu)造三角網(wǎng)的構(gòu)造狄洛尼三角網(wǎng)算法、判斷高程點(diǎn)是否在三角網(wǎng)中某一三角形中的點(diǎn)在三角形內(nèi)算法、在三角網(wǎng)中使用三角形角點(diǎn)坐標(biāo)高程內(nèi)插指定坐標(biāo)高程的雙線性內(nèi)插算法。軟件流程圖見圖1。

圖1 軟件流程圖

2 軟件實(shí)現(xiàn)方法

2.1 等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN檢查法

等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN檢查法是以等高線節(jié)點(diǎn)建立TIN，再遍歷地形圖內(nèi)所有高程點(diǎn)，獲得每個(gè)高程點(diǎn)所在的三角形，或者遍歷每個(gè)三角形，獲得三角形內(nèi)的高程點(diǎn)，判斷高程點(diǎn)與所在的三角形的三個(gè)角點(diǎn)的高程值是否矛盾。將等高線所有節(jié)點(diǎn)使用逐點(diǎn)插入算法構(gòu)Delaunay三角網(wǎng)算法較為復(fù)雜，運(yùn)行速度較慢，但準(zhǔn)確率高檢查結(jié)果可靠，可將實(shí)際錯(cuò)誤全部查出。由于使用等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN時(shí)除生成的三角形多數(shù)為普通三角形(兩個(gè)角點(diǎn)高程相同的三角形)外，部分區(qū)域會(huì)生成平三角形(三個(gè)角點(diǎn)高程相同的三角形)與特殊三角形(三個(gè)角點(diǎn)高程各不相同的三角形)，在平三角形與特殊三角形區(qū)域判斷點(diǎn)線矛盾會(huì)出現(xiàn)疑似錯(cuò)誤，如在山頂、鞍部、地形圖邊緣處。等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN示意圖見圖2。

圖2 等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN示意圖

2.2 高程點(diǎn)構(gòu)TIN檢測(cè)法

高程點(diǎn)構(gòu)TIN檢測(cè)法是以高程點(diǎn)(有高點(diǎn)或注記點(diǎn))建立TIN 網(wǎng)，再遍歷圖內(nèi)所有等高線節(jié)點(diǎn)，獲得每個(gè)等高線節(jié)點(diǎn)所在的三角形，或者遍歷每個(gè)三角形，獲得三角形內(nèi)的等高線節(jié)點(diǎn)，判斷等高線節(jié)點(diǎn)與所在的三角形的三個(gè)角點(diǎn)的高程值是否矛盾。高程點(diǎn)(有高點(diǎn))構(gòu)TIN示意圖見圖3。

圖3 高程點(diǎn)(有高點(diǎn))構(gòu)TIN示意圖

2.3 軟件詳細(xì)流程圖

以等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN方法檢查有高點(diǎn)為例，算法部分詳細(xì)流程圖見圖4，其余三種檢查方法算法與此類似。

圖4 等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN方法檢查有高點(diǎn)算法詳細(xì)流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 算法優(yōu)缺點(diǎn)比較

軟件采用構(gòu)TIN法進(jìn)行點(diǎn)線矛盾檢查，該算法相比較于放射線法優(yōu)點(diǎn)為算法一次到位，不需要多次循環(huán)，判定簡(jiǎn)潔；缺點(diǎn)為構(gòu)TIN和內(nèi)插過(guò)程相對(duì)復(fù)雜及地形復(fù)雜區(qū)域、地形圖邊緣區(qū)域難以判定點(diǎn)線矛盾。

等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN方法與高程點(diǎn)構(gòu)TIN方法比較：

(1)等高線節(jié)點(diǎn)構(gòu)TIN方法，由于等高線節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，構(gòu)TIN速度慢，但準(zhǔn)確率較高，但地形圖內(nèi)部分區(qū)域因構(gòu)TIN產(chǎn)生平三角形和特殊三角形，會(huì)出現(xiàn)疑似錯(cuò)誤，如等高線回旋較大區(qū)域和山頂、鞍部區(qū)域。

(2)高程點(diǎn)構(gòu)TIN方法，速度較快，但圖內(nèi)一些特殊地形，會(huì)出現(xiàn)疑似錯(cuò)誤。

3.2 軟件總結(jié)

(1)數(shù)字化地形圖測(cè)量的生產(chǎn)中，高程值的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到地形圖產(chǎn)品的質(zhì)量。而高程值的檢查對(duì)于有效地進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，提高數(shù)字化生產(chǎn)的效率與可靠性具有重要的意義。采用軟件自動(dòng)化進(jìn)行點(diǎn)線矛盾檢查，明顯提高了地形圖質(zhì)量檢查的準(zhǔn)確性。

(2)開發(fā)的地形圖點(diǎn)線矛盾檢查軟件效率高、運(yùn)行速度快、使用簡(jiǎn)便，特別對(duì)于地形坡度較大、等高線較密集的山區(qū)等地形有更加明顯的效果。從而在一定程度上解決了數(shù)字化地形圖生產(chǎn)檢查難的問(wèn)題，降低了人工檢查的工作量，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)隨著工程精細(xì)化管理的提高，對(duì)設(shè)計(jì)、施工管理日益細(xì)化、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)量化，對(duì)土石方工程量計(jì)算提出了更高要求，進(jìn)行地形圖點(diǎn)線矛盾檢查，提高地形圖成品質(zhì)量可以減少施工過(guò)程中土石方工程量不符合的矛盾。