大比例尺數(shù)字地形圖虛擬分幅技術(shù)研究

黎 杰，吳新廣

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 地形圖傳統(tǒng)分幅概述

現(xiàn)代工程測(cè)量中，大比例尺地形圖是最主要的一項(xiàng)基本測(cè)繪成果。按照我國(guó)測(cè)繪規(guī)范一直沿用傳統(tǒng)模擬紙質(zhì)地形圖分幅存儲(chǔ)管理方法，地形圖最終成果均要求有一定規(guī)格：中小比例尺采用梯形分幅；大比例尺常采用50 cm×50 cm正方形或50 cm×40 cm矩形分幅；工程地形圖可采用工程圖幅分幅標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)規(guī)模較大的工程項(xiàng)目，其大比例尺地形圖圖幅數(shù)量較多，如某工程15 km2區(qū)域1∶500地形圖按50 cm×50 cm分幅圖幅數(shù)量就超過240幅。目前，工程建設(shè)項(xiàng)目主要使用1∶500～1∶2 000大比例尺數(shù)字地形圖，勘察設(shè)計(jì)過程中根據(jù)需要使用全區(qū)域或局部區(qū)域數(shù)字地形圖，通常不使用標(biāo)準(zhǔn)分幅數(shù)字地形圖成果。地形圖分幅的主要目的是滿足成果提交和成果歸檔使用要求，大比例尺數(shù)字地形圖通常采用相應(yīng)的成圖軟件自動(dòng)或半自動(dòng)分幅。地形圖分幅出圖主要包括以下幾個(gè)步驟：分幅出圖前預(yù)處理(分區(qū)地形圖質(zhì)檢、分區(qū)地形圖合并與接圖處理)→確定并設(shè)置分幅標(biāo)準(zhǔn)→按標(biāo)準(zhǔn)分幅生成分幅圖形文件→圖廓注記與整飾→制作分幅接合表→分幅地形圖文件規(guī)范化及拷貝出圖。

目前，業(yè)內(nèi)大多數(shù)測(cè)繪生產(chǎn)單位均使用地形圖成圖系統(tǒng)軟件進(jìn)行地形圖分幅處理，也有部分作業(yè)單位自行編制數(shù)字地形圖分幅程序或插件實(shí)現(xiàn)地形圖分幅處理，程序功能不盡相同，軟件界面、處理流程、分幅效果有所區(qū)別，但對(duì)于分幅地形圖基本都采用獨(dú)立文件形式。圖1為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的某款地形圖成圖系統(tǒng)軟件的地形圖分幅功能菜單與對(duì)話框，主要包括分幅標(biāo)準(zhǔn)、圖廓整飾和批量分幅等設(shè)置子項(xiàng)。

圖1 成圖系統(tǒng)中相關(guān)菜單項(xiàng)

利用成熟商用地形圖成圖系統(tǒng)軟件進(jìn)行地形圖分幅處理具有軟件成本低、作業(yè)人員上手快、批量分幅自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些不足之處：

(1)成圖系統(tǒng)地形圖分幅是在AutoCAD模型空間對(duì)測(cè)區(qū)地形圖文件進(jìn)行物理切割，為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)圖幅地形圖文件，文件數(shù)量多，存儲(chǔ)空間大，實(shí)現(xiàn)批量打印出圖較為困難，分幅與出圖使用脫節(jié)。

(2)批量自動(dòng)分幅對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖幅地形圖文件以圖幅左下角坐標(biāo)命名，圖幅結(jié)合表也采用該名稱自動(dòng)標(biāo)注，美觀度較差且查詢使用不便。若后續(xù)需要將圖幅按測(cè)區(qū)流水號(hào)、地形圖內(nèi)特征地物或地名命名，文件名稱、圖幅結(jié)合表、地形圖分幅結(jié)合圖等修改工作量大。

(3)批量自動(dòng)分幅按矩形或梯形(經(jīng)緯度)區(qū)域進(jìn)行分幅切割，不能識(shí)別空白圖幅，需人工刪除空白圖幅文件和編輯測(cè)區(qū)分幅結(jié)合圖、圖幅結(jié)合表，容易產(chǎn)生差錯(cuò)，處理工作量較大。

(4)地形圖分幅方式不靈活。對(duì)帶狀測(cè)區(qū)或不規(guī)整測(cè)區(qū)，成圖軟件批量自動(dòng)分幅同樣按矩形或梯形(經(jīng)緯度)區(qū)域分幅，單個(gè)圖幅不能移動(dòng)或變換規(guī)格，產(chǎn)生大量只有極少內(nèi)容的圖幅，大大增加了圖幅數(shù)量。若采用人工任意圖幅(任意位置或任意規(guī)格)分幅，分幅工作量和后期修改工作量較大。

(5)增加地形圖質(zhì)量控制和地形圖修測(cè)工作量。地形圖質(zhì)量控制通常按圖幅進(jìn)行，質(zhì)量檢查時(shí)需增加地形圖圖幅接邊檢查工序，圖幅檢查后修改還需進(jìn)行圖幅接邊檢查，必要時(shí)還要修改測(cè)區(qū)地形圖總圖，增加了內(nèi)業(yè)工作量。開展已有地形圖修測(cè)時(shí)，通常在測(cè)區(qū)地形圖總圖上進(jìn)行，修測(cè)后需對(duì)修測(cè)部分按原有分幅標(biāo)準(zhǔn)重新分幅，分幅工作量較大。

(6)地形圖使用不便。工程區(qū)域面積相對(duì)較大，在工程建設(shè)過程中需要整個(gè)區(qū)域或分區(qū)地形圖，用圖人員需要將分幅地形圖逐個(gè)拼合成區(qū)域地形圖，并刪除圖廓內(nèi)容，必要時(shí)還要進(jìn)行地物、等高線等要素連接，造成使用不便。

2 地形圖虛擬分幅技術(shù)研究

目前，市場(chǎng)上沒有成熟并滿足需求的商用地形圖分幅專業(yè)軟件。在工程建設(shè)中廣泛使用的AUTODESK公司的AutoCAD軟件從2000版以后提供了模型空間和布局、定制等功能，全面支持Internet，增加了Visual Basic和Visual LISP語(yǔ)言，二次開發(fā)環(huán)境更為開放，提供Vlisp獨(dú)立編程環(huán)境，自帶的二次開發(fā)AutoLisp匯編語(yǔ)言，用戶根據(jù)需要可進(jìn)行AutoCAD專業(yè)應(yīng)用開發(fā)定制，擴(kuò)充AutoCAD的功能。

1個(gè)AutoCAD圖形文件對(duì)應(yīng)1個(gè)模型空間，1個(gè)模型空間可以對(duì)應(yīng)多個(gè)布局。每個(gè)AutoCAD的模型空間可以完整的輸入、顯示、編輯、存儲(chǔ)、輸出(包括第三方軟件文件格式轉(zhuǎn)換、硬拷貝輸出等)1個(gè)圖形文件，而布局只對(duì)模型空間的局部或部分內(nèi)容進(jìn)行獨(dú)立顯示、編輯、硬拷貝輸出，每個(gè)布局中可設(shè)立圖框(僅在布局中顯示和編輯)對(duì)布局內(nèi)圖形進(jìn)行編輯(實(shí)際修改并存儲(chǔ)的是模型空間圖形數(shù)據(jù))。AutoCAD的模型空間和布局功能為地形圖分幅處理提供了新思路，1個(gè)測(cè)區(qū)1種比例尺地形圖對(duì)應(yīng)1個(gè)圖形文件，即1個(gè)AutoCAD模型空間每個(gè)布局對(duì)應(yīng)1張分幅地形圖，每幅分幅地形圖的完整信息只在1個(gè)布局中顯示、編輯和輸出，地形圖修改無論在布局中還是在模型空間中結(jié)果完全一致，不需要進(jìn)行圖幅接邊，僅需進(jìn)行地形圖測(cè)繪分區(qū)接邊，這種地形圖分幅方式即為地形圖虛擬分幅，大大節(jié)約了存儲(chǔ)空間，減小了圖形文件編輯修改、圖幅接邊工作量，后續(xù)用戶可直接使用，無需開展分幅地形圖合并處理，十分方便。因此，較傳統(tǒng)硬分幅，地形圖虛擬分幅具有明顯優(yōu)勢(shì)，但目前主流地形圖成圖系統(tǒng)不支持地形圖虛擬分幅，需要用戶自主開發(fā)定制該項(xiàng)功能。

地形圖虛擬分幅軟件應(yīng)具有以下功能：①采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，界面友好，相關(guān)參數(shù)輸入或設(shè)定方便；②程序在模型空間中僅自動(dòng)產(chǎn)生分幅格網(wǎng)、標(biāo)注分幅圖名稱或編號(hào)，可由用戶自由設(shè)定，圖紙名稱與分幅圖號(hào)相結(jié)合，易于查詢識(shí)別；③程序在模型空間中可對(duì)部分圖幅位置進(jìn)行調(diào)整和特殊圖幅規(guī)格定制；④批量分幅過程中自動(dòng)識(shí)別空白圖幅，僅對(duì)非空白圖幅進(jìn)行分幅處理；⑤分幅編號(hào)可由用戶根據(jù)情況自行設(shè)定，提高分幅圖號(hào)的靈活性和連續(xù)性；⑥通過自動(dòng)創(chuàng)建分幅圖布局，實(shí)現(xiàn)虛擬分幅，自動(dòng)識(shí)別分幅圖號(hào)，將其作為該分幅圖的布局名稱；⑦采用視口設(shè)計(jì)技術(shù)，按設(shè)定比例尺顯示相關(guān)分幅圖內(nèi)容，每個(gè)布局顯示范圍與模型空間分幅范圍一一對(duì)應(yīng)；⑧自動(dòng)插入、標(biāo)注、修改并繪制圖框，自動(dòng)完善圖框相關(guān)注記內(nèi)容；⑨批量分幅前定制布局模板，完成設(shè)置，創(chuàng)建布局時(shí)自動(dòng)插入，減少人工干預(yù)；⑩設(shè)置必要的操作提示信息，提高程序易用性；考慮在AutoCAD版本或成圖系統(tǒng)的環(huán)境兼容性，減小程序使用環(huán)境要求。

3 地形圖虛擬分幅程序?qū)崿F(xiàn)

AutoLISP是由Autodesk公司開發(fā)的一種LISP程序語(yǔ)言，嵌入AutoCAD內(nèi)部，是一種具有智能特點(diǎn)的編程語(yǔ)言，第三方軟件開發(fā)人員使用AutoLISP語(yǔ)言可實(shí)現(xiàn)增加和修改AutoCAD命令、擴(kuò)大圖形編輯功能、建立圖形庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)等功能，并可對(duì)當(dāng)前圖形直接訪問和修改，開發(fā)編制各種應(yīng)用程序軟件包，是開發(fā)應(yīng)用AutoCAD不可缺少的工具。AutoLISP是地形圖虛擬分幅程序開發(fā)的主要編程語(yǔ)言。

地形圖虛擬分幅程序需要用戶交互式輸入地形圖分幅標(biāo)準(zhǔn)、圖幅參數(shù)等多種信息數(shù)據(jù)，為使程序界面友好，采用對(duì)話框界面輸入?yún)?shù)。對(duì)話框具有形象、直觀的特點(diǎn)，可隨意輸入、隨時(shí)修改，鼠標(biāo)、鍵盤并用，是一種深受用戶歡迎的界面。AutoLISP編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)話框較為繁瑣，因此選用對(duì)話框控制語(yǔ)言DCL定制對(duì)話框，使用AutoLISP調(diào)用，AutoCAD的對(duì)話框也使用DCL編程，提供了ACAD.DCL、BASE.DCL等2個(gè)重要的DCL文件，ACAD.DCL為AutoCAD系統(tǒng)定義的對(duì)話框，BASE.DCL為用戶提供了一些常用的對(duì)話框標(biāo)準(zhǔn)控件。DCL具有與AutoCAD平臺(tái)無關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，不同平臺(tái)之間的移植非常容易，程序設(shè)計(jì)成本低。對(duì)話框文件是擴(kuò)展名為.dcl的文本文件，符合DCL對(duì)話框控制語(yǔ)言的語(yǔ)法，本身并不能工作，必須使用AutoLISP或其他應(yīng)用程序調(diào)用。對(duì)話框由主對(duì)話框和其內(nèi)部的各種片型框組成，結(jié)構(gòu)為樹狀。

為達(dá)到面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)效果，筆者在編制地形圖虛擬分幅程序時(shí)，使用AutoLISP語(yǔ)言編寫主程序，DCL語(yǔ)言進(jìn)行對(duì)話框界面設(shè)計(jì)，程序主要分以下幾個(gè)部分：①用戶使用程序信息提示；②圖框信息設(shè)置；③圖形識(shí)別、分幅，用戶自行選擇分幅規(guī)格及范圍；④批量創(chuàng)建布局及視口，設(shè)置視口和圖框；⑤程序授權(quán)設(shè)置；⑥操作成果保存；⑦相關(guān)對(duì)話框設(shè)計(jì)；⑧對(duì)話框驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)等。

對(duì)話框程序部分源代碼

tksz:dialog{

label="圖框設(shè)置";

:edit_box{

label="圖框名稱";

width=50;

height=1.5;

key="tm";

}

:edit_box{

label="成圖單位";

width=50;

height=1.5;

（4）接種、灌裝、發(fā)酵。試驗(yàn)所用所有儀器事先必須經(jīng)過高壓滅菌，接種在超凈工作臺(tái)進(jìn)行，接種前黃精浸提液與復(fù)原乳充分?jǐn)嚢杌旌希瑢⒕N接種后也需充分?jǐn)嚢枋咕N均勻分散在混合液中，接種完成后在無菌條件下進(jìn)行灌裝，然后在42℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵。

key="ctdw";

… ……

主程序部分源代碼

(defun act3 ()

(setq tm (get_tile "tm"))

(setq ctdw (get_tile "ctdw"))

(setq cly (get_tile "cly"))

(setq hty (get_tile "hty"))

(setq jcy (get_tile "jcy"))

(setq clfst (get_tile "clfst"))

(setq jbdgj (get_tile "jbdgj"))

… ……

4 應(yīng)用展示

首先，打開需要分幅處理的地形圖文件進(jìn)行地形圖虛擬應(yīng)用程序加載(見圖2)。若經(jīng)提示后發(fā)現(xiàn)設(shè)置不對(duì)，可按“取消”退出程序運(yùn)行，轉(zhuǎn)入相關(guān)處理流程，設(shè)置或處理完畢后再運(yùn)行程序，此時(shí)按“確定”進(jìn)入圖框信息設(shè)置界面(見圖3)。設(shè)置完成后按“確定”，進(jìn)入圖形分幅設(shè)置界面(見圖4)。

圖2 彈出用戶提示信息界面

圖4 圖形分幅設(shè)置界面

設(shè)置完成后按“確定”，進(jìn)入圖形分幅，程序自動(dòng)運(yùn)行，完成分幅(見圖5)。

圖5 對(duì)地形圖進(jìn)行自動(dòng)分幅

批量分幅完成后，新創(chuàng)建9個(gè)布局(第1個(gè)布局為分幅結(jié)合圖，后8個(gè)布局分別對(duì)應(yīng)8張分幅地形圖)，實(shí)現(xiàn)地形圖虛擬分幅。自動(dòng)生成的分幅圖布局見圖6。

圖6 自動(dòng)生成的分幅圖布局

布局中圖框信息可以進(jìn)行人工修改。由于程序采用輸入定制參數(shù)自動(dòng)生成圖框，標(biāo)注圖廓信息，所有圖幅責(zé)任人員均為一致，需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)布局圖幅編輯修改，修改完成后進(jìn)行保存，若需硬拷貝出圖，可選擇AutoCAD中的“發(fā)布”功能，進(jìn)行必要的打印頁(yè)面設(shè)置檢查，實(shí)現(xiàn)地形圖批量打印出圖。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文利用AutoCAD軟件豐富的平臺(tái)功能，綜合運(yùn)用AutoCAD自帶的AutoLISP編程語(yǔ)言和對(duì)話框控制DCL編程語(yǔ)言，按照可視化的程序設(shè)計(jì)思路，通過定制地形圖模板和輸入分幅參數(shù)，完成地形圖自動(dòng)分幅，在布局中自動(dòng)創(chuàng)建分幅地形圖，自動(dòng)生成圖框、標(biāo)注圖廓信息，實(shí)現(xiàn)地形圖虛擬分幅，最終實(shí)現(xiàn)地形圖批量自動(dòng)化虛擬分幅與打印輸出。地形圖虛擬分幅程序具備以下特點(diǎn)：①界面友好、簡(jiǎn)潔、實(shí)用；②人工干預(yù)少，自動(dòng)化程度高；③用戶選擇度大，使用方便靈活；④實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)虛擬分幅和出圖打印。地形圖虛擬分幅程序解決了生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題，提高了工作效率，增加了用戶的體驗(yàn)度。