CAD二次開發技術在堤防工程設計中的應用

李 垚，夏富洲，劉富奎

(1.安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥 230000；2.武漢大學水利水電學院，湖北 武漢 430072；3.中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 中山 528400)

在河道堤防的工程設計當中，需要繪制河道的橫、縱斷面圖、堤防線等線的平面圖、計算堤防的工程量等，如果用手工繪圖或計算要花費大量的時間。目前有些程序雖然也能夠快速繪制橫、縱斷面圖，但是這些程序鮮有考慮到程序的兼容性。比如，現狀橫斷面線是由設計者A用某個主流軟件繪制，交給設計者B繪制設計橫斷面線，標注水位，計算工程量的時候，由于一些計算參數的缺失，導致再次使用程序繪圖、計算時出現錯誤。本論文著重研究一種快速進行堤防工程設計的方法，同時編制出一套功能完整、兼容性高的應用程序。

1 橫斷面繪制

1.1 本程序模塊的特色

橫斷面的繪制內容包括以下幾個方面：現狀橫斷面線，設計橫斷面線，網格線，坐標標注，樁號標注，水位標注等。

繪制圖形的時候，要求把圖形放到各個圖層中。如現狀橫斷面線可以放到圖層“TW_橫斷面”中，設計橫斷面線可以放到圖層“TW_挖填線”中。

在通常的設計流程中，首先把現狀橫斷面線，網格線，坐標標注等繪制完成；然后根據繪制好的現狀橫斷面線繪制設計橫斷面線，標注水位等等。

由于設計斷面線以及水位標注需要繪制到指定的高程上，且橫斷面圖眾多，一個一個進行斷面設計花費時間太多。其它程序通常的做法是：將所有橫斷面圖的原點坐標設置成統一的坐標值，并把這些坐標值寫入到外文件中，比如txt文件中。當需要繪制設計斷面線以及水位標注時需讀取txt文件中的原點坐標來完成繪制圖形。這種做法的弊端是：當設計者A將現狀橫斷面線、網格線、坐標標注繪制完成后，將設計斷面線以及水位標注的工作交給另一設計者B繪制時，需要把txt文件一起交給設計者B，這樣可避免設計者B的再一個個把設計斷面線以及水位標注這些圖形繪制到斷面圖中。

本文將介紹一種在dwg格式文件中通過數據搜索的方式自動讀取橫斷面的原點坐標，進而繪制出設計斷面線以及水位標注等圖形的方法。由于采用了數據搜索技術，可以不需要把橫斷面的原點坐標設置成統一的原點坐標，也不需要將原點坐標寫入到外文件當中，以下介紹這種數據搜索技術。

1.2 橫斷面圖上的數據搜索技術

數據搜索技術中需要用到一個輔助的圖形，如圖1中的圖框所示。該圖框的作用是把每個橫斷面圖分割成一個個獨立的區域，然后程序分別對各個橫斷面圖進行堤防設計及標注。

圖1 橫斷面圖

(setq qd_list

(cons '(-4 . "

(append SL<-SW_li3

(list '(-4 . "

'(-4 . ">=，>=，*")

(cons 10 qd_minpt)

'(-4 . "AND>")

'(-4 . "

'(-4 . "<=，<=，*")

(cons 10 qd_maxpt)

'(-4 . "AND>")

'(-4 . "AND>")

)

)

)

)

(ssget "_C" qd_minpt qd_maxpt qd_list)

其中：qd_minpt為圖框的左下角點，qd_maxpt為圖框的右上角點。SL<-SW_li3視情況，如果需要得到圖1中的樁號圖形集合，則可以為′((0."TEXT")(8."TW_樁號"))；如果需要得到圖1中的坐標圖形，則可以為′((0."TEXT")(8."TW_注記"))；如果需要得到網格線，則可以為′((0."LINE")(8."TW_網格"))，其中(0."TEXT")中的TEXT是指被搜索圖元的類型，(8."TW_樁號")中的TW_樁號是指被搜索圖元的圖層。

設通過過濾獲得網格線的集合為SL<-SW_SS，首先將SL<-SW_SS中坐標x值相等的網格線分選出來，并把分選出來的線按x坐標遞增的方向排序，將新得到線集合設為SL<-SW_SSX；

然后把SL<-SW_SS中坐標y值相等的網格線分選出來，并把分選出來的線按y坐標遞增的方向排序，將新得到線集合設為SL<-SW_SSY。以線集合SL<-SW_SSX為例，取出線集合SL<-SW_SSX中的某條直線以窗交選的方式搜索坐標數據，如下代碼：

(setq SL<-clxy_Textss (ssget "_C" SL<-clxy_TextPoint SL<-clxy_TextPoint2 SL<-SW_li2))

SL<-clxy_TextPoint，SL<-clxy_TextPoint2是網格線周圍的兩點，用于選擇網格線周圍的坐標。SL<-SW_li2為′((0."TEXT")(8."TW_注記"))。通過此方法可以搜索到網格線下的x坐標值。如圖1中，假如網格線1搜索到的數值為zb1，網格線2搜索到的數值為zb2，又知道網格線1在線集合SL<-SW_SSX中的序號為d1，網格線2在線集合SL<-SW_SSX中的序號為d2，且相鄰兩根網格線的距離可以通過取相鄰兩條網格線x坐標之差來求得，將此值設為M。則可以求出x向的比例為：

x向比例={(d2-d1)×M}÷(zb2-zb1)÷1000

(1)

此時再來求原點的x坐標，設網格線1搜索到的數值為zb1，網格線1在線集合SL<-SW_SSX中的序號為d1，原點處網格線序號為0，相鄰兩條網格線x坐標之差為M，則原點的x坐標為：

x坐標=d1×M÷x向比例÷1000-zb1

(2)

按照上述方法同樣可以求出原點的y坐標。

通過數據搜索技術可以自動分辨出每個橫斷面的原點坐標，以及x、y向的比例尺從而可以快速將設計斷面線以及水位標注繪制到各個橫斷面圖中，從而大大提高繪圖效率。

2 縱斷面繪制

縱斷面通常需要繪制左堤頂線、右堤頂線以及深泓線等?？v斷面圖形的繪制需要注意y軸的標尺的最大值和最小值的取值。設左堤頂線各斷面高程的最小值為m1，最大值為n1；右堤頂線各斷面高程的最小值為m2，最大值為n2；深泓線各斷面高程的最小值為m3，最大值為n3。如果m1，m2，m3中m2最小，則y軸的標尺標注的最小值為：(-(fixm2)1)；當n1，n2，n3中n2最大，y軸的標尺標注的最大值為：(+(fixn2)1)。

3 工程量的計算

工程量的計算內容分為：左右岸挖方量、左右岸填方量、左右清基方量、左右岸臨水側硬質護坡、左右岸背水側草皮護坡。

3.1 左、右岸挖填方量

圖2 挖填方計算示意圖

如圖2所示，有條挖填線與現狀堤防線的交點為P1、P2、P3，P1、P2之間的S1為填方量，P2、P3之間的S2為挖方量。程序判斷挖方量和填方量，只需要把P1與P2的中點所在的位置取一直線分別交于P1與P2之間的挖填線點Pt1和現狀堤防線點Pt2，判斷Pt1，Pt2的y坐標大小即可以判斷是挖方還是填方。如果Pt1的y坐標值大于Pt2的y坐標值，則為填方量，反之則為挖方量。

求S1的面積，設S1由點集(Q1，Q2，Q3，…，Qn)組成，坐標分別為：Q1(X1，Y1)，Q2(X2，Y2)，Q3(X3，Y3)，…，Qn(Xn，Yn)。

S=1/2×{(X1×Y2-Y1×X2)+(X2×Y3-Y2×X3)+…+(Xn×Y1-Yn×X1)}/bx/by/1000/1000

(3)

其中bx為x向比例，by為y向比例，公式中S以m2計。

3.2 左、右清基方量

欲求左、右岸清基方量，需求清基的長度，按0.3m的挖深即可求得。清基的長度如圖2所示，P1、P2截取現狀堤防線的長度再按一定的比例計算得到。設P1、P2截取現狀堤防線的點集為(Pt1，Pt2，Pt3，…，Ptn-1，Ptn)，坐標分別為：Pt1(X1，Y1)，Pt2(X2，Y2)，Pt3(X3，Y3)，…，Ptn-1(Xn-1，Yn-1)，Ptn(Xn，Yn)。

清基的長度為：

(4)

式中，bx—x向比例；by—y向比例，公式中的d以m計。

4 堤防，河底等線的平面圖

4.1 平面圖上的數據搜索技術

本節需要解決以下3個問題：

(1)堤防、河底等線在樁號線上的坐標標注；

(2)河道中心線位置的讀取；

(3)堤防、河底等線的平面圖繪制。

要解決這3個問題，需要使用另外一種數據搜索技術?，F把這種數據搜索技術的算法闡述如下。

圖3 平面圖數據搜索

(1)首先選取所有的樁號文字，并獲得包含樁號文字的四個矩形頂點的坐標，如圖3所示。

(2)如圖3所示，頂點分別為：P1、P2、P3、P4。在P1、P2、P3、P4垂直于各點所圍矩形的長邊方向上搜索樁號線。

(3)最后根據樁號線的方向及基點的坐標就能夠精確確定橫斷面圖各特征點在平面圖上的位置。

這樣就能夠實現堤防、河底等線的坐標標注，河道中心線的位置讀取，堤防、河底等線的平面圖繪制等功能。

4.2 堤防、河底等線在樁號線上的坐標標注

我們通常需要獲得堤防線、河底線等與樁號線的交點的坐標數據，并把這些數據分別打印到CAD模型空間和CSV格式的文件當中。

其中將交點打印到CAD模型空間使用代碼：

(setq Mtextobj(vla-addMtext mSpace pt20.0(strcat "X="(rtos (car p1)2 2)" Y="(rtos(cadr p1)2 2))))，把交點的X坐標和Y坐標分別打印到模型空間中。

把交點打印到CSV格式文件：需要打印樁號、交點的X坐標和Y坐標。然而一個交點需要與一個斷面號對應起來。利用4.1節介紹的平面圖上的數據搜索技術，可以把樁號文字與樁號線(如圖2)組合在一起了，而交點是樁號線和堤防、河底等線求交所得，因此可以把每個交點對應的樁號以及交點的X坐標和Y坐標打印到CSV格式文件當中。

4.3 堤防、河底等線的平面圖繪制

橫斷面圖繪制完成后，需要將堤防線，河底線繪制到平面圖上。在橫斷面圖上以及平面圖上都有一個基點，可以通過這個基點把橫斷面圖上測得的離基點的距離放樣到平面圖上。在這里需要注意2個問題：

(1)離基點的距離可以為正也可以為負，在把距離放樣到平面圖上時，也需要規定一個方向。

(2)橫斷面圖上測得的離基點的距離的順序是無序的，需要通過按里程從小到大進行排序。

解決第一個問題的方法是：我們做一條輔助線(設該輔助線為PM)，使線PM與樁號線的交點(設此交點為P)始終保持在基點的左側。如果離基點的距離為負值，則將點繪制到基點的左側，即與交點P同側的方向，如果離基點的距離為正值，則將點繪制到基點的右側，即與交點P異側的方向。

解決第二個問題的方法是：把圖3中的字符串N23(29+672.3)、N24(29+628.2)、N25(29+597.1)等分別轉化為數字29672.3、29628.2、29597.1后再根據樁號的大小進行排序。

另外，完成堤防、河底等線的平面圖繪制依然需要用到4.1節的“平面圖上的數據搜索技術”。通過數據搜索可以獲得樁號文字、樁號線、基點的組合信息，然后通過樁號文字中的信息從小到大進行排序，由于樁號文字、樁號線、基點是組合在一起的，樁號線、基點也跟著樁號文字的大小值進行排序。這樣經過排序后求得的在樁號線上的點相連以后堤防線、河底線等才不會出現交叉纏繞的現象。

5 結論

本文主要介紹了快速繪制縱橫斷面圖、計算工程量，繪制平面線的方法。著重介紹了數據搜索技術，使用數據搜索技術進行的縱橫斷面繪圖、平面線繪圖，大大提高了設計者的工作效率。本文介紹的應用程序已經在《豐樂河流域綜合治理工程》、《無為縣五千畝至萬畝圩口除險加固工程(Ⅰ期)》、《安徽省淮河流域西淝河等沿淮洼地治理應急工程》、《2015年度攔路港堤防除險加固工程》等項目中得到很好的應用。