工程测量数字化绘图软件设计

朱广轶,王立国,李 伟,郑仰发

(1.沈阳大学 建筑工程学院,辽宁 沈阳 110044;2.龙煤矿业集团股份有限公司 双鸭山分公司地测处,黑龙江 双鸭山 155100)

工程测量数字化绘图软件设计

朱广轶1,王立国2,李 伟1,郑仰发1

(1.沈阳大学 建筑工程学院,辽宁 沈阳 110044;2.龙煤矿业集团股份有限公司 双鸭山分公司地测处,黑龙江 双鸭山 155100)

结合沈阳大学ZMS 7.8软件系统采用VB调用CAD的过程,提出了工程测量数字化绘图软件设计的方法与步骤·

坐标变换;DTM;等高线;绘图软件;设计

目前,全站仪和 GPS、GIS、RS的出现,计算机软硬件的飞速发展,使工程测量领域面临数字化成图的重要课题[1]·数字化测图(DSM)的理念是以计算机为核心,在外连接输入输出设备硬、软件的支持下,对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、输入、管理的系统·DSM形成电子地图是进行GIS开发的必要步骤·

DSM软件是数字化成图系统的关键[2],它分为系统软件和应用软件·系统软件的任务主要是管理计算机系统资源·应用软件才是处理专业数据或实现特定功能的程序·可见,数字化绘图软件是工程测量DSM系统的重中之重·在CAD环境下,地形图的地物、地貌点根据测点的属性调用地形符号库符号,根据测点三维坐标、点的连接关系,可方便地绘制·然而,地形等高线的分析与绘制却非易事,本文以此为主线,结合作者ZMS 7.8软件的开发阐述了工程测量数字化绘图软件设计的方法与步骤·

1 坐标变换鲜题

工程测量数字化绘图软件涉及大地坐标系、计算机屏幕坐标系、绘图机绘图坐标系,如图1所示·为了数字化测图与绘图,外业测得的大地坐标必须转换为设备绘图坐标·

1.1 坐标系方向和尺度变换

采用数学公式分别进行坐标系方向和尺度变换比较麻烦,然而,采用VB语言却非常简单·在ZMS 7.8中,采用Scale语句完成了坐标系的方向与尺度变换[3-4]:

式中,(Ylu,Xlu)为测量图幅左上角点的大地坐标;(Yrd,Xrd)为测量图幅右下角点的大地坐标·如图1所示·注意,为了计算机绘图,这里已进行了大地坐标系坐标轴的对换·

图1 三种坐标系

1.2 坐标系的平移、旋转

采用数学公式[5]:

式中,φ为任意坐标系(Xi,Yi)向实际坐标系(xi,yi)的转角(逆时针为正);(x0,y0)为任意坐标系原点在实际坐标系中的坐标·

2 DTM数据结构与选择

DTM(Digital terrain model,数字地面模型)是以数字形式按一定的结构组织在一起的,表示地貌特征空间分布的模型形式:

在地形测量中,Z表示高程;在地面工程分析中,可能为地表移动变形等其他指标·DTM是由离散数据点构造出来的·常见的有矩形格网结构和三角形格网结构(TIN)[2],两种格网单元如图2所示·

图2 矩形、三角形格网结构

矩形格网结构有规律,适用于工程预测;三角形格网结构(TIN)不规则,适用于野外实测的离散地形特征点·

3 等高线的追踪与平滑处理

等高线追踪利用格网数据信息生成等高线·在网格数据某一条边的两个端点高程只有分别大于和小于某个高程H时,相应于高程H的等高线才可能与这条边相交,等高线追踪就是根据这样的原理进行的·为了使等高线更为准确、更为美观,必须使DTM等高线由折线变成光滑的曲线·平滑处理的基本原理是曲线拟合·

3.1 矩形格网等高线的追踪

在计算范围,划定边界平行于坐标轴的矩形地表计算区域R,按给定间距将R剖分为m×n个网格·对于各网格点,建立数学模型Z=f(x,y)·若等值线Z=f(x,y)与其中的一网格边AB相交,则[5]

3.2 三角形格网等高线的追踪

如图2(b)所示,计算等高线与三角形格网单元的交点P(X,Y,Z),一般采用线性插值,则交点P为

按上式进行等值线追踪,以一定的顺序把它们逐点连接起来,形成各等值线数组·

3.3 等高线的平滑处理

等高线平滑处理方法有线性迭代法、分段三次多项式法、二次多项式加权平均法、张力样条插值法等·本文推荐张力样条插值法,原因是:这种方法在三次样条函数中加入一个不等于0的张力系数σ,随σ取值变化控制曲线弯曲程度,表示不同地貌的变化类型,在计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM中表现出既能达到平滑又不容易失真的优越性·

4 VB调用CAD软件开发

VB具有很强的计算功能,CAD具有强大的绘图功能,将二者结合起来进行工程测量数字化绘图软件开发显示出很大的优越性·在VB中建立Auto CAD对象[6],根据以上分析即可绘出测区的等值线与其他地貌、地物;通过逐一插值m-1个剖面,同时不断连接n-1个相垂直的剖面,则产生相应的立体图·

图3为沈阳大学ZMS 7.8系统框图,该系统分为数据准备、坐标系变换、建立DTM、绘图几部分·

图3 程序结构框图

5 结 论

数字化绘图软件是工程测量、GIS开发的前沿性重要课题·这种软件的设计涉及大地坐标系、计算机屏幕坐标系、绘图机绘图坐标系、DTM数据结构类型,充分认识其关系与特点,通过数学手段与组合编程能够解决这一问题·沈阳大学自主开发的ZMS 7.8软件运用VB调用CAD解决了这一问题·

[1] Carter J R.Digital Representations of Topographic Surfaces[J].PhotogrammetricEngineering and Remote Sensing,1988,54(11):1577-1580.

[2] 杨德麟.大比例尺数字测图的原理方法与应用[M].北京:清华大学出版社,1997.

[3] 钱培德.中文Visual Basic 6.0[M].北京:清华大学出版社,1999.

[4] 朱广轶,王玮,关键,等.教学试卷分析软件开发[J].沈阳教育学院学报,2006,8(2):146-148.

[5] 朱广轶,王玮,刘晓群.开采与地表沉陷分析的可视化软件系统[J].煤炭工程,2006(8):99-100.

[6] 张晋西.Visual Basic与Auto CAD二次开发[M].北京:清华大学出版社,2002:141-143.

Digital Mapping Software Design for Engineering Survey

ZHU Guangyi1,WAN G Liguo2,L I Wei1,ZHEN G Yangf a1
(1.School of Architecture and Civil Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China;2.Geology and Survey Department of Shuangyashan Branch,Longmay Mining Group CO.L TD.,Shuangyashan 155100,China)

Combined ZMS 7.8 edition software system of Shenyang University with the process of VB calling CAD,the method and procedure of digital mapping software design for engineering survey are presented.

coordinate transformation;DTM;contour;mapping software;design

P 258;TP 302.4

A

1008-9225(2011)02-0001-03

2010-10-12

辽宁省教育厅资助项目(L2010379)·

朱广轶(1962-),男,辽宁喀左人,沈阳大学教授·

【责任编辑:刘乃义】