浅谈CASS软件在道路线路测量中的开发及应用

刘正陶，刘文革

(四川省林业调查规划院，四川成都6l008l)

CASS软件在线路测量中的应用很广泛，包括地形图的绘制，断面的绘制与设计，土石方量的计算，公路曲线设计等［l］。但是它在有些方面还存在着缺陷和不足。这里所说的缺陷主要是在完成采集数据，进行后期图形绘制时所存在的问题，例如在CASS环境下无法绘制较为复杂的道路线形。而本文所要解决的正是这方面的问题。

l CASS地形地籍成图软件简介

CASS系列地形地籍成图软件，是广州南方测绘仪器公司基于AutoCAD平台推出的数字化测绘成图系统。该系统操作简便，功能强大，成果格式兼容性强，被广泛应用于地形、地籍成图，工程测量应用，空间数据建库等领域。CASS系统自推出以来始终保持与AutoCAD的同步升级。

CASS软件是以AutoCAD为技术平台，充分运用AutoCAD平台的最新技术，全面采用真彩色XP风格界面，重新编写和优化了底层程序代码，大大完善了等高线、电子平板、断面设计、图幅管理等技术，并使系统运行速度更快更稳定。同时，CASS软件运用全新的CELL技术，使界面操作、数据浏览管理、系统设置更加直观和方便。在空间数据建库、前端数据质量检查和转换上，CASS软件提供更灵活、更自动化的功能。特别是为适应当前测绘工程对线路测量的需要，该版本对于数据本身的结构也进行了相当的完善。

2 线路工程测量概述

2.l 简述

在线性工程建设中，如铁路、公路、输电线、供热、供气和输油等工程建设中所进行的测量，称为线路工程测量，简称线路测量［2］。

2.2 线路测量的任务

线路测量是为各等级的公路和各种管道设计及施工服务的［3］。它的任务有两方面:一是为线路工程的设计提供地形图和断面图，主要是勘测设计阶段的测量工作;二是按设计位置要求将线路敷设于实地，其主要是施工放样的测量工作。

2.3 线路测量的基本内容

(l)根据规划设计要求，在选用中小比例尺地形图上确定规划线路的走向及相应大概点位。

(2)根据图上的设计在实地标出线性工程的基本走向，沿着基本走向进行必要的控制测量(平面控制和高程测量)。

(3)结合线性工程的需要，沿着线性工程的基本走向进行带状图或平面的测绘。比例尺按不同线性工程实际需求选定。

(4)根据规划设计的线路把路线中线的点位测定到实地中。

(5)测量线路基本走向的地面点位高程，并分别绘制纵、横断面图。

(6)按线性工程的详细设计进行施工测量。

3 CASS环境下绘制任意线形曲线的理论依据

3.l 曲线要素及坐标的计算［5］

通常计算坐标的方法均是首先建立局部坐标系，计算点在此局部坐标系下的坐标，再利用坐标转换公式计算统一测量坐标系下的坐标。但因不同类型的曲线组合形式的复杂，在实际的道路曲线中很多曲线要素的得到是非常困难的，并且不同类型的曲线计算方法也有所不同。所以上述的方法难以给出适应各种线形组合的统一计算公式，不利于编程计算，且利用曲线的参数方程取项太少会影响计算精度，取项太多计算公式复杂。因此必须找到一种能统一绘制各类曲线的方法。无论道路线形有多么复杂，形式有多样，曲线单元是直线、圆曲线还是回旋线段，都可以把它看成是由回旋线组合而成的。既然道路线形都是统一的回旋线，那么就可以设计出一种统一的绘制道路曲线的方法。

在已知:起点里程、终点里程、起始点坐标(xa，ya)、起始点方位角αa、曲线转向角β、起点半径Ra、终点半径Rb、回旋参数A的情况下，可以根据下列公式来计算回旋线上任意一点的点位坐标和方位角:变量说明:l为起点至任意点P的曲线长。

将公式(l)中方位角带入坐标一同积分，式(l)改为如下式(2)形式，其中:变量说明:lab为曲线总长，αp为任意点P的方位角，A为缓和曲线常数，A2=R×So(R为圆曲线半径，So为缓和曲线全长)。上式中i表示曲线的转向，路线右转i去+l，路线左转i取-l。

设自A点的弧长为l的P点曲率为S(l)，不难看出当Ra=Rb=R时，AB曲线段即为圆曲线，这时M=0，圆曲线的曲率为

则坐标和方位角的计算公式有可改写为:当Ra=Rb=∞时，AB段为直线段，则上式可以改写成:

利用上述(2)～(4)公式［7］可计算出任意曲线上P点的坐标，剩下的工作就是使用某一种适合的计算机语言，对积分采用复化辛普生积分方法编制积分函数、编程实现计算曲线上任意点P的坐标，并取适当的距离将他们用直线连接起来。

3.2 绘制任意曲线的思路及流程图

首先，自定义一个坐标系，使所绘制的图形与其他元素统一。接下来需要输入必要的已知数据:起点里程、终点里程、起始点坐标、起始点方位角、曲线转向、起点半径、终点半径、回旋参数，这其中会有两次选择。在输入“曲线转向”后会选择是直线还是曲线，不同的选择结果激活不同的算法。如果判定是曲线，那么会要求继续输入“起点半径、终点半径”，在计算机得到这些已知数据后比较它们是否相同，相同是一种算法，不同又是另一种算法。

然后根据每种不同的算法设置循环计算曲线上相应点的点位坐标，再用直线将这些相应点连接起来构成曲线。相应点的确定是根据精度要求和计算原理确定的。根据前面所输入已知数据中的“起点半径、终点半径”计算出曲线长度，循环的次数由曲线长度决定，再将已绘制最后一个点与曲线的终点相连接。这样曲线就绘制完成了。

程序流程如图l所示。

4 编程实现在CASS环境下绘制任意线形道路中线

4.l 绘图说明

图l 左边应为公式4，右边为公式3

结合道路曲线中桩坐标计算公式及数学理论，通过计算机编程实现了在CASS环境下绘制任意线形的道路中线。以下演示操作步骤:

在绘制道路中线前必须做的工作就是加载所编写的应用程序。在命令栏中输入:“appload”，出现如图2所示的加载窗口。找到需要加载的“fxj.lsp”文件，并且加载。

图2 加载窗口

当提示:已成功加载fxj.lsp后，在命令行中输入:fxj，开始执行操作。

第一步操作，转换坐标系。这一步操作是可选择的，如果需要转换坐标系输入:Y，不需要则输入:N。在定义完坐标系之后就可以输入已知数据，并绘制曲线了。按照页面上出现的提示依次输入已知数据，首先输入起终点里程，指定起点坐标，选择曲线转向，偏向右转输入l，左转输入-l，如果是直线输入0。如果不是直线会要求继续输入起点半径、终点半径。当所需要绘制的道路线形为直线或圆曲线时可以输入g或f选择光滑曲线、复合曲线两种方式。光滑曲线是整段路线一次形成，中间没有节点，而复合曲线是以0.5 m的步长完成整段曲线的绘制。在CASS环境下，绝大多数对线形的编辑功能都是基于复合线的基础之上，如果不是复合线则无法编辑，因此选择复合线能够使用CASS原有的功能进行编辑。

至此，该程序所有的操作步骤说明已完成。

4.2 实例操作

选择一条起始里程为Kl+l57.0，终点里程为Kl+4l4.3，其中带有缓和曲线和圆曲线，直缓点里程为 Kl+264.2，缓圆点里程为 Kl+299.2，圆缓点里程为Kl+4l4.3，圆曲线半径为l39.94m，缓和曲线长为35 m，起始点方位角为90°，曲线向右偏转，类型为:直线——缓和曲线——圆曲线的道路中线来检验程序的正确性。将这条道路分为3个部分，首先绘制直线，然后绘制缓和曲线，最后绘制圆曲线。

接下来需要检验所绘的曲线上点的位置与理论值是否一致，如果与理论值相一致，那么此程序正确，具有可行性。

首先使用CASS中原有的功能，对所绘制的曲线每间隔20m绘制出横断面，新建里程文件。操作步骤是:“工程应用”→“生成里程文件”→“由纵断面生成”→“新建”。对缓和曲线和圆曲线做同样的操作，完成结果如图3所示。

图3 生成横断面

然后就是生成里程文件。选用CASS系统中原有的一个.dat文件完成这一步骤。操作步骤:“工程应用”→“生成里程文件”→“由纵断面生成”→“生成”。操作完成后会出现如图4所示的窗口，按照要求选择相应的.dat文件，并确定生成所生成的文件名。

图4 生成里程文件

使用相同的方法完成缓和曲线和圆曲线的里程标注。完成后对比曲线起点、直缓点、缓圆点、曲线终点的标注结果与理论值。标注结果如图5。

图5 结果对比

标注结果与理论值完全相同，证明此程序具有可行性。

5 结论

本文结合各类线型的道路曲线的特点，以及工程测量中道路中线点位计算方法以及线形组合规律，设计了一种适用于各类线形道路中线的绘制方法。采用本文的方法可实现在CASS环境下用复合线绘制任意复杂曲线的功能，利用CASS已有的工程应用菜单，将复合线生成道路中线后可实现中边桩坐标计算、道路纵、横断面图生成、竖曲线设计、道路土方量的计算等。

［l]王君华.CASS5.0地形地籍成图软件的应用与体会［M］.内蒙古水利，2002-2.

［2]郭敬波.线路工程测量浅谈［M］.黑龙江交通科技，2008(8):38～40.

［3]国家技术监督局，中华人民共和国建设部.工程测量规范GB50026-93［M］.中华人民共和国国家标准，200l.

［4]张正禄.工程测量学［M］.武汉大学出版社，2005.

［5]曹智翔.道路中、边桩坐标计算的通用算法［J］.勘测设计，2008.

［6]李林.回旋曲线通用计算公式推导及在公路测量放线中的应用［J］.应用技术，2006-4，(4).

［7]王晓光，吴耀栋.不对称道路曲线的平面计算［J］.吉林建筑工程学院学报，2008-3，(25-l).