工程縱橫斷面測量數據處理與土石方量計算系統的開發應用

徐文財

(黑龍江省航道事務中心，哈爾濱 150026)

0 引 言

自21世紀以來，隨著經濟的快速發展，各行各業工程建設項目任務繁重，勘察、設計、施工、監理和建設管理工作量大幅增加，內業測量數據處理的強度越來越大，尤其是在斷面測量數據處理方面非常突出。在工程縱橫斷面測量數據處理與制圖和土石方量計算方面，社會上使用較多的是AutoCAD、南方cass、清華山維EPS和ArcGIS等軟件中的相關功能，他們在這方面的功能存在針對性不強，不很專業，數據處理過程繁瑣、效率低等問題。為此我們研發了“工程縱橫斷面測量數據處理與土石方量計算系統”(以下稱“本系統”)。本系統主要應用于線狀工程(如堤防溝渠工程、公路鐵路工程、航道工程、管線工程、水下工程)中的縱橫斷面測量數據處理與制圖和斷面法計算土石方量等方面[1]。

其主要目的是為了解決實際問題并推廣應用，積極有效地促進生產力的發展和提高。創新性在于地類編碼在數據文件中的應用，可自動繪制平面略圖與標注地物地貌屬性，進行縱橫斷面特征點數據自動提取時，用戶可自定義模板，適用性、直觀性強。

1 項目研究內容與技術方案

1.1 研究的主要內容

1)縱橫斷面RTK測量數據批處理。

2)縱橫斷面圖批量繪制。

3)斷面法土石方工程量自動化計算。

1.2 技術方案

1.2.1 總體技術方案

本項目總體技術方案就是借鑒南方cass成圖軟件在AutoCAD平臺上進行二次開發的經驗，利用AutoLISP編程語言，在AutoCAD平臺上進行二次開發。利用Visual Basic6.0編寫的主軟件系統運行環境大眾化，適應性強。硬件環境內存一般在1.0GB以上即可，軟件操作系windows982000xp，支撐環境AutoCAD20052006或更高版本。系統安裝方便，操作界面清晰簡潔，功能菜單便于理解。

1.2.2 關鍵技術方案解決的途徑

1.2.2.1 斷面數據批處理

通過AutoLISP語言，依據AutoCAD中pline線功能自動獲取每個橫斷面左右兩個端點代碼hz、hy，實現各橫斷面模式化數據存儲，以形成批處理的基礎數據。根據測量專業坐標方位角原理，利用VisualBasic6.0編寫程序，判斷點位的作業區間(小于0.1m)，實現自動點位分組，達到數據智能批處理目的。依據上述原理，利用“一線”功能同時提取多臺RTK設備的坐標數據，并將地類編碼寫進原始數據中，集成橫斷面.dat坐標數據組。利用RTK橫斷坐標數據“一步成”功能，改算到用戶需要的距離、高程等格式，實現數據批處理，同時自動繪制地物地貌注記與符號，如圖1所示。

圖1 自動繪制地物地貌注記與符號

1.2.2.2 縱橫斷面圖批量繪制

以各橫斷面距離、高程為參數，采用VisualBasic6.0語言編程，利用AutoCAD繪圖功能，將斷面數據寫成dxf格式文件，在AutoCAD平臺下調用1.2.2.1中批處理過的dxf格式文件數據即可自動實現斷面圖形繪制，如圖2所示。

圖2 批量斷面圖繪制

1.2.2.3 斷面法土石方工程量自動化計算

斷面法計算土石方工程量較適用于線狀工程，其過程簡單，精度高。其原理是先計算出各斷面的填挖方面積及相鄰斷面面積的算術平均值，然后再乘上該相鄰斷面間距，得出兩相鄰斷面間的體積，依次累加便求出整個線狀工程的土石方工程量。其線狀工程體積理論公式為：

(1)

式中：V為體積；Si為斷面面積；n為正整數；L為兩相鄰斷面間距離；Si的求算依據為任意多邊形面積公式，采用分割組合法，如圖3所示。

圖3 批量斷面圖繪制

設計標準斷面與現狀橫斷面相互疊加的面積計算原理：

數學計算公式：

(2)

式中：xi，yi為折線點坐標；n為正整數。

當是s(i)>0時，表示該區間為填方量，反之當是s(i)<0時，表示該區間為挖方量。

為了驗證計算結果的正確性，采用了以下方法：

表1 軟件計算與AutoCAD圖上人工量測面積兩種方法結果對比

將設計標準斷面與現狀橫斷面的數據展繪到AutoCAD上形成圖形，使用AutoCAD的系統AREA面積量測命令，可得到疊加區間面積，將此數據結果與軟件自動計算的結果相比對，如比對結果完全一致，則證明軟件計算的正確性。經過測試驗證，兩種方法差值為0.00，該系統運用的計算原理是正確的，結果是可靠的。

據上述原理，采用VisualBasic6.0計算機編程語言，可自動計算設計橫斷面與現狀圖封閉區間面積。同時形成土方表與套合的dwg圖形文件。

2 本系統的主要特點

本系統與AutoCAD、南方cass及ArcGIS軟件比較，具有如下主要特點：

1)本系統主要功能為工程縱斷面數據處理與土石方量計算，同時具有一些在交通、水利、市政等工程項目比較常用的其他功能，如換帶計算、測量工具等，以上功能的組合使用可以大幅度提高內業數據的處理效率。本軟件與生產實際相結合、突破了常規橫斷數據處理的局限性、實現了橫斷數據處理的全自動化。

2)本系統可以實現市場上多源橫斷數據的導入、導出，既堅持導出標準格式數據(如cass的*.hdm、緯地的.hdm)，又支持導出自定義格式的數據(如*.cgh、*.ccg)。本軟件已經集成了國內常見的橫斷數據格式(距離與高程、距離與高差等三十余類型)，同時在橫斷數據格式的界面中也預留了橫斷數據格式擴展空間，最大程度的滿足了軟件在不同地區的推廣使用，滿足了各類用戶的不同需求，實現了軟件功能的定制，并且軟件幫助文檔簡單明了。

3)本系統操作界面簡單、明了，功能完善，同時在每個功能彈出的對話框底部均有相應的提示信息，減少了數據處理中錯誤的產生。

4)本系統符合生產實際，降低了內外業數據處理的強度，能夠大幅度提高生產效率。

3 主要研究成果

1)利用“一線”功能能夠同時提取多臺RTK設備的坐標數據，并將地類編碼寫進原始數據中，集成橫斷面.dat坐標數據組，實現數據批處理，同時自動繪制地物地貌注記與符號。

2)利用RTK橫斷坐標數據“一步成”功能，改算到用戶需要的距離、高程等格式。用此批處理過的測量數據可以自動繪制縱橫斷面圖形，其圖形要素豐富，數據、圖形、略圖等成圖自動化程度高，避免了人工制圖誤差大，效率低等因素

3)現狀橫斷面數據與設計橫斷面參數進行自動疊加，可自動計算出工程土石方量，同時繪制標有填挖方面積的橫斷面圖、形成土石方工程量表。避免了以往利用人工根據設計要素和原始橫斷面測量數據進行畫圖、量算、填表等誤差的積累和效率低等因素，大大提高了工作效率和計算精度。

4 結 論

本項目研究達到了其主要目的。具有針對性強、便于理解、操作簡單、效率高、貼近應用實際等優勢，在一定程度上彌補了其他軟件的不足，并具有較強的市場競爭力。目前本系統已在黑龍江、廣東、江蘇、山東、四川、山西等省多家勘測、設計、施工、監理單位使用，收到了較大的經濟和社會效益。