基于AutoCAD平台的线路横断面线提取系统的设计与实现

2013-04-16林春峰黄华平闵世平

铁道勘察 2013年4期

林春峰　黄华平　闵世平

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都　610031)

在线路勘察设计阶段，横断面图主要用于路基设计和土石方数量计算。一般的横断面图由现场实测绘制，但是其勘测工期、成本、质量，受测区天气、交通、地形困难程度等自然条件的限制较大，易造成测绘精度不高，工期难以保证，勘测成本加大。王智[1]研究了利用航测技术制作横断面图的方法，使得作业人员能够根据线路的位置在室内计算机上任意绘制横断面，不仅可保证勘测设计工期，而且能降低勘测成本。由于利用航测技术绘制的横断面图误差较大，因此需要勘测外业人员到现场进行地形点的采集，用以修正地形，利用修正之后的地形得到准确的横断面成果。本文设计并实现了一个线路横断面线提取软件，以AutoCAD平台进行横断面的快速提取，从而在一定条件下取代人工测量横断面，可减少野外测绘工作量，保证勘测设计工期。

1　技术流程

采用航测成果结合实测的外业高程点进行横断面提取，涉及到的技术流程如下：利用航测制图成果和勘测成果建立地形模型，根据中桩位置确定横断面线；利用横断面线和地形模型进行变坡点的提取。

1.1　地形建模

航测制图成果中包含等高线、高程点、坎、斜坡等数据，这些数据能够表示实际的地形地貌，但航测制图成果中地形地貌位置与实际位置存在误差，需要外业勘测数据进行数据修测，使得航测制图成果更符合实际情况。为了将修测之后的制图成果作为横断面提取的数据源，需要进行地形建模。

地形建模即利用修测之后的地形地貌数据进行三维数字地表建模，常用的三维数字地表模型有不规则三角网模型(TIN)和数字高程模型(DEM)[2]，为了计算方便，本文采用TIN模型进行地形建模[3]。

1.2　横断面确定

线位上某里程处的横断面必须与线位严格垂直[4]，如图1所示。

图1　横断面示意

线路中线某里程CK处的坐标为(x0,y0),该里程处的切线斜率为k,横断面线上离CK点距离为d的p点坐标为(x1,y1),经过严密的数学公式推导计算得到

b=y0-kx0

m=k2+1.0

r1=2kb-2x0-2ky0

或

(1)

其中k、x0、y0、d为已知参数,b、m、r1、r2为中间变量。得到两组结果是因为横断面线上距中桩点距离为d处的点有两个。

1.3　变坡点寻找

通过公式(1)就能得到线位上某里程处横断面上任意一点的平面位置(x,y),通过构建好的地形模型就能计算得到该平面位置处的高程值z。在横断面上采用一定的间距进行采样,计算采样点的x,y,z坐标,并按照一定的顺序连接起来，即可得到该里程处的横断面线。然而，上述方法会造成横断面线上节点过多,因此需要利用简化算法寻找变坡点。

道格拉斯-普克算法能够准确的删除线段上小弯曲的节点,在整体上有效的保持线要素的形态特征[5],因此采用该算法对初步提取的横断面线进行简化,寻找变坡点,得到最终结果。

道格拉斯-普克法的流程如下:

①将一条曲线首末顶点虚连一条直线，求出其余各顶点到该直线的距离；

②选其最大者与规定的限差相比较，若小于等于限差，则将直线两端间各点全部删去；

③若大于限差，则离该直线距离最大的顶点保留，并以此为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用上述方法，直至无法做进一步的压缩。