市政线路工程断面信息提取与质检程序设计与实现

张晓章，郑岘，江威，蒋胜华

（武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022）

市政线路工程断面信息提取与质检程序设计与实现

张晓章∗，郑岘，江威，蒋胜华

（武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022）

在市政线路测量中，纵横断面测量是一项重要的工作。为提高市政线路工程纵横断面测量内业作业效率，减轻工程作业人员的内业数据提取难度和工作量，研发一套市政线路工程断面信息提取和质量检查程序十分必要。为此，论文介绍市政线路工程断面测量内业作业流程，对市政线路工程断面信息质检程序功能进行了设计，详细阐述了市政线路工程断面信息质检程序中高程点坐标纠正、高程点和注记生成、横断面分析、纵断面分析导出断面文本和输出断面文档功能实现方法。结果表明：所研制的质检程序有效地提升了纵横断面测量的内业工作，提高了产品质量和作业效率。

市政线路工程；断面信息提取；质量检查；程序设计

1 引 言

随着国民经济水平的快速增长，城市建设［1］也得到了大力发展。市政道路［2］作为城市建设的重要组成部分，担负着美化城市建设，遍历居民出行的重任。其设计是否合理直接影响城市的各项经济建设，甚至人们的生活质量和幸福指数水平。在市政线路测量中，纵横断面测量是一项重要的工作，通常采用的测量方法有外业实测法［3］和DTM［4］法。一般来说，在获取地形图之后，再进行纵横断面的实地测量。外业实测横断面需先放出已设计中桩点位，采用全站仪（或水准仪）沿断面线方向采集高程点，人工编辑生成断面数据。该方法测断面精度较高但外业工作量极大［5］，人员参与度高。采用DTM法是根据现状地形图上高程点构建三角网并内插生成断面。该方法快速、人员参与度低，但构网时未考虑地形细部特征，断面精度不高。

近些年，测绘信息化［6］水平的不断提升。为减轻工程作业人员的内业数据提取难度，降低工作量，切实有效提高市政线路工程纵横断面测量内业作业效率，规范内业数据处理的过程和提高测绘工程数据产品质量，有必要对市政线路工程纵横断面测量内业作业流程进行清理优化，并研制出相应的断面信息提取和质量检测程序，提升产品质量，提高作业效率。

2 市政线路工程断面信息质检程序的研制

2.1 市政线路工程断面信息质检的要求

为了能够更好满足市政工程线路断面信息的生产，我们首先对数据生产和组织方式的现状进行了分析。然后，程序采用了断面信息提取，横纵断面分析，断面信息纠正，断面信息导出的结构化生产工艺流程，如图1所示。

图1　市政线路工程断面信息质检程序作业流程图

具体来说，该生产流程主要包括6个步骤:①程序提取桩位号信息和其高程信息；②采用人机交互的方式提取高程特征点的高程信息；③利用高程点和标注生成工具，在图面上生成高程点和高程标注；④利用横断面分析生成的横断面图，检查每个桩位的高程点信息，并将反馈信息人机交互及时更新；⑤利用纵断面分析生成的纵断面图，检查连续3个桩位的高程信息，并对有误的桩位高程信息进行人机交互更新；⑥导出文档格式的断面信息。

∗ 收稿日期:2015—11—06

作者简介:张晓章（1965—），男，高级工程师，主要从事城市勘测技术管理工作。

2.2市政线路工程断面信息质检程序的功能设计

市政线路工程纵横断面测量程序采用 Client/ Server开发模式。在软件开发方面，选择的.NET开发平台下的面向对象的 C#语言结合Map ObjectARX SDK开发包的方式，能够使开发语言和接口封装函数的底层类库保持一致，保证了系统平台开发过程中的便捷性和使用过程中的稳定性及易用性。本程序主要实现了断面信息的自动化导出和断面文本的质量检查。程序主要包含高程点坐标纠正，高程点和注记生成，横断面分析，纵断面分析，导出断面文本，输出断面文档等6个功能，如图2所示。

图2　程序主要功能

其中导出断面文本和输出断面文档为断面信息导出工具。高程点和注记生成，横断面分析和纵断面分析为质检的主要工具。用户可以利用断面信息导出工具，导出TXT和DOC两种格式的断面信息。使用质检工具，对断面信息进行全方位的分析，可以准确定位到断面信息冗余或者有误的位置，然后删除这些冗余信息或者纠正有误的信息。用户可以交替使用质检工具中包含的多种分析功能，从而确保断面文本中信息的准确性和合理性。

3 市政线路工程断面信息质检程序的关键技术实现

市政线路工程纵横断面测量程序的关键技术主要包括6点:高程点坐标纠正，高程点和注记生成，横断面分析，纵断面分析，导出断面文本和输出断面文档。

分别取橡木桶贮藏后的猕猴桃果酒样品和 4 ℃玻璃瓶密封保存的猕猴桃果酒样品，各3个重复，随机编号后进行品尝打分。样品的感官评定采用评分法，在学校范围内筛选了2名具有专业资质的酒类品评教师和10名经过酒类品评培训的学生（男、女各5人）组成品评小组。受试者被要求对果酒的整体感官质量（视觉、香气和味道）进行评分，评分范围在0到10之间。为此，将果酒样品随机编号，并用培养皿覆盖。在20～22 ℃进行盲评，在品尝过程中提供清水，品评前后使用清水漱口。单独打分，避免互相影响，收集评分后去掉最高分和最低分各一个，然后计算平均值[15～17]。

3.1 高程点坐标纠正

由于外业工作环境复杂，强度大，时间紧迫。因此外业测量的时候有很多高程点没有进行测量，从而导致高程点坐标的Z值和高程注记中的高程值不匹配。本功能的主要目标就是将高程注记和高程点对应起来，并使用高程注记中的高程值纠正高程点的坐标。关键技术有三个方面:高程注记提取，高程注记与高程点关联和高程点坐标纠正。

利用C#语言的重载特性，将选择过滤器和选择函数结合可以获取各种特定类型的对象。利用选择过滤器和选择对象函数集合的技术提取到高程注记之后，需要将高程注记与附近的高程点关联。整个关联的过程包括两个关键步骤:①使用选择过滤器，并设置缓冲区，提取高程注记周围一定范围内的高程点；②比较高程点与高程注记的距离，只保留距离最近的高程点。高程注记和高程点关联之后，需要更新高程点坐标。高程点的位置属性是可读可写的，而高程点的坐标Z值是只读的。因此在高程点坐标纠正的过程中，不能直接修改坐标Z值，需要结合读取到的高程注记中的高程值和高程点的X坐标值和Y坐标值，创建新的空间位置，并给高程点实体的位置属性赋予新的位置信息。

因此，本程序使用选择过滤器和选择函数，过滤选择到所有的高程注记之后，找到每个高程注记相关联的高程点，并将高程注记中的高程值更新到高程点的坐标当中，即可实现高程点坐标纠正功能。纠正后的结果如图3所示。

图3　高程点坐标纠正

3.2 高程点和注记生成

断面TXT文件中记录的每个桩位号处的高程点信息和高程标注，是采用人机交互模式根据内业人员的经验录入的值。这些高程点和高程注记在DWG图面上并不存在。在质量检查的过程中，还原这些高程点和高程注记在图面上的位置，可以将断面TXT文件和DWG文件两者结合起来，更加全面地判断断面TXT文件中记录信息的准确性。

高程点和注记生成包括TXT文件高程点信息提取，道路中心线模拟，高程特征点坐标换算，高程点和注记绘制四个方面。TXT文件由多个桩位号以及桩位号处高程点的高程信息组成，其数据结构如图4所示。

一条道路中心线通常由多个直线和圆弧组成［9］。道路中心线中直线的部分，可以较容易地推算出高程点的坐标。对于道路中心线中圆弧的部分，根据圆弧上的任意亮点和圆弧的半径，可以将整个圆弧绘制出来。然后根据圆弧的长度，判断圆弧上的整桩个数。整桩附近的高程点必定都在整桩与圆心的连线及延长线上，因此可以推算出整桩附近高程点的坐标，并将高程点和高程标注绘制在图面上。高程点和注记生成的结果如图5所示。

图5　高程点和注记生成结果图

3.3 横断面分析

断面TXT文件中由每个桩位的桩位号、高程正负值及桩位附近的高程点信息组成。市政线路工程的横断面［10］即为经过桩位点的垂直于道路中心线的平面，因此，横断面分析生成的信息，是经过桩位点的平面与地形图的交点处的高程点的高程。横断面分析的主要目标是生成横断面图。通过横断面图，用户可以直观的了解出每个桩位处左右两边的地形起伏情况，从而快速地甄别出有误的高程信息及冗余的高程信息。横断面分析用于生成横断面图，其生成过程中包含以下关键技术:TXT信息提取，桩位号处高程值排序，横断面图绘制。

每个桩位号处的横断面图由坐标轴，高程点，高程点连线，桩位号标注等信息组成。对每个桩位号处提取的高程值排序，在横断面图绘制时进行两次判断。第一次是判断桩位处高程起伏是否正常，判断的方法为将最大高程和最小高程的差值与预先设置的高程阈值比较。如果差值在阈值范围内，则高程起伏正常，可以快速地获取最大和最小高程值。假如桩位处高程起伏超过阈值范围，则对高程点连线设色使其突出显示。第二次是判断横断面图上是否有冗余的高程点信息，判断的方式是循环获取相邻的连续3个高程值并判断它们是否相等。如果相邻的连续3个高程值相等，则在横断面图上设色将其突出显示。每个中桩线都生成一个横断面图。横断面图水平比例尺默认为1∶2 000，垂直比例尺默认为 1∶100，如图6所示。

图6　横断面图

横断面图由高程点，高程点连线，高程Y坐标轴及其他注记组成。其中，中桩线与道路中心线的交点为坐标原点。从横断面图中可以看出每个桩位线周围的地形起伏情况，还可以快速的定位到高程差值超过阈值范围的横断面图，从而找到对应的桩位号。例如图6所示的横断面图（左一）存在连续3个高程相同的高程点，即高程信息冗余，因此可以根据标注中所显示的桩位号“K=1140”，找到TXT文件中对应的桩位号处并对冗余的高程信息进行删除。图6所示横断面图（右一）最大最小高程的差值超过了阈值范围，因此用红色将高程点连线突出表示，用户可以结合DWG文件对TXT文件中的高程信息进行判断并修改有误的高程信息。图6里中间的横断面为经过这两次判断之后横断面信息正确的图。

3.4 纵断面分析

沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面［11］。纵断面分析的主要目标是生成纵断面图。纵断面图由中桩点连线而成，它反映了道路中线地面高低起伏情况及设计路线的坡度情况。通过纵断面图，用户可以快速地甄别出桩位高程起伏超过高程阈值的位置。纵断面分析的关键技术有:TXT文件桩位点高程提取，高程值排序和纵断面图绘制。

在纵断面图的绘制过程中，需要进行4次不同的判断。第1次是判断桩位号是否为加桩，判断方式是提取桩位号中数值部分是否能够被整桩距离整除。第2次是判断当前桩位处是否有陡坎存在，判断方式是将桩位号与前一个桩位号比较，如果桩位号相同，则当前位置为陡坎。第3次是判断相邻3个桩位高程值彼此之间的差值是否超过了高程阈值，判断方式是对3个高程值排序，求最大高程值与最小高程值的差值并与高程阈值比较。第4次是判断相邻3个桩位的高程值是否相等。

纵断面图由中桩点，中桩点连线以及其他图上注记组成。纵断面图水平比例尺默认为 1∶2 000，垂直比例尺默认为 1∶100，如图7所示。从纵断面图中，可以直观的表达出陡坎，还能反映道路中线的起伏。

图7　纵断面图

从图7中可以直观地了解在生成纵断面图时做的4次判断。图中整桩号用黑色点实体标示，加桩用绿色点实体标示。桩位号为“K=218.7”和“K=224.77”处为陡坎。此外，图中连续3个高程值超过阈值范围的桩位号或连续3个高程值相等时用洋红突出显示。道路的纵断面图和平面图结合起来，就能完整的表达出道路的空间位置。

3.5 导出断面文本

本程序中对断面信息的提取采用自动化和人机交互两者结合的方式。基本步骤如下:①根据中桩号所在图层提取中桩号；②查找中桩号附近的高程值，使用查找到的高程值作为中桩高程正负值；③导出断面TXT文件；④采用人机交互模式，将地形特征处高程信息录入到TXT文件中；⑤将包含高程信息的TXT文件另存。该功能既可以用于采集断面信息，生成断面TXT。当用户使用质检工具中的分析功能输出错误信息后，用户也可以利用该功能，快速地定位到断面信息有误的桩位号处，进行核对分析，进而做出相应的修改。导出断面信息的关键技术是中桩号和高程信息的提取，断面信息的人机交互编辑和存储。

导出断面文本的功能向导中集成了创建新文本和编辑现有文本两种常用操作。提取桩位号处的高程值的过程中，需要设置一个缓冲区来获取这些高程注记，然后根据高程注记与桩位点的距离，使用距离最小的高程注记作为桩位高程。程序自动化提取的信息主要是中桩号和中桩高程；对于中桩附近的特征高程点的信息，则由用户手动录入。将创建的文本打开后，用户可以进行特征高程点的距离值和高程值的信息录入。断面信息采集对话框的主界面如图8所示。用户编辑完成后，点击保存按钮，即可将自己对断面信息所做的全部修改进行保存。

图8　断面信息采集和纠正

在断面信息质量检查的过程中，使用断面信息采集对话框可以快速定位到相应的桩位号处，辅助用户更加高效地完成质检操作。例如在横断面分析生成横断面图后，用户发现某一桩位号处存在冗余的高程信息。则可以在采集对话框的TextBox中输入桩位号，点击查找即可定位到桩位号处，然后删除冗余的高程信息并保存。

3.6 输出断面文档

本功能主要用于输出指定格式的断面文档。断面文档中包含的是对断面TXT文件进行提取处理后的信息。该文档由多个桩位号处的高程信息组成。每个桩位号处的高程信息一共包括3行，第1行为里程桩号，例如5080。第2行为中桩号左侧的断面数据，其中距离值和高程值均为相邻点之间的差值。第3行为中桩号右侧的断面数据。输出断面文档的关键技术包括TXT文件读取，中桩高程行定位，断面信息处理和断面文档生成。

待输出的文档需要输出桩位号、桩位号左右两侧高程点之间的距离差以及高程差值。结合中桩高程行的数据特性，每个桩位号处的中桩高程行必须满足两个条件:①距离值为0；②高程值与桩位号处桩位高程正值相等。定位到中桩高程行后，要依据文档格式对断面信息做处理。此时的距离值和高程值以数组的形式存储在内存里。

输出断面文档的格式如图9所示。该种格式每个桩位号处的断面信息由桩位号，中桩左边距离差值和高程差值，中桩右边距离差值和高程差值3行组成。例如文档中第1行0代表桩位号，第2行50.00代表中桩左侧距离为50的高程点，0.49表示该高程点与中桩高程差值。第3行两个0.00代表中桩与自己的距离差值和高程差值，50.00代表中桩右侧距离为50的高程点，0.03表示该高程点与中桩高程的差值。

图9　断面文档格式

输出断面文档之后，用户可以更加细致地了解桩位两侧的高程点个数以及高程点的疏密程度。通过相邻高程点之间的距离差值和高程差值，还可以了解相邻高程点处的起伏情况。

本程序主要是为了对断面信息进行质量检查，用户使用不同的功能进行分析时，会生成不同的质检结果。根据用于分析的数据源以及结果展示的方式的不同，程序主要包含两类不同的质检工具:①高程点和注记生成。生成高程点和高程点注记后，将这些信息展示到DWG图中。根据生成的高程点和高程点注记，判断文本文件中特征高程点选取是否合理，高程点的高程注记是否正确，如果判断有误，则更正文本文件中对应的高程点信息；②横纵断面分析。横纵断面分析时利用文本文件，检查的结果以断面图的形式进行展示。使用这些工具，能够为断面信息的人机交互纠错过程提供丰富的质量检查资料，提高人机交互的效率。

4 结 语

本项目以提高市政线路工程纵横断面测量内业作业效率，减轻工程作业人员的内业数据提取难度和工作量作为切入点，研发了一套市政线路工程断面信息提取和质量检查程序。该程序不仅可以提取断面信息，还可以对断面信息TXT文件进行自动化地数据分析和检查，并将结果进行输出。在输出结果的基础上，采用人机交互的模式对断面TXT文件中有误的信息进行纠正。与传统的质检模式相比，本项目研制的自动化质检程序高效地提升了纵横断面测量的内业工作，利用质检程序中的多种分析工具对断面文本中的信息进行不同类型的检测，从而确保断面数据的准确性。

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The Program Design and Implementation of the Cross Section Information Retrieval of Municipal Engineering

Zhang Xiaozhang，Zheng Xian，Jiang Wei，Jiang Shenghua
（Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China）

Vertical and horizontal cross section measurement is an important work in the measurement of the city line.In order to improve the operating efficiency of the vertical and horizontal section of the municipal engineering line，and reduce the difficulty and the workload of the data extraction，it is necessary to develop a set of information extraction and quality inspection procedure.Therefore，this paper introduces the process of the measurement of the internal industry operation flow，and develops the function of the information quality inspection program of the municipal engineering section.Then we expound the method of realizing the function of the elevation points，the elevation points，the elevation points and the generation of the notes，the cross section analysis and the cross section analysis of the cross section of the section information quality control program.The results show that the quality of the inspection program can effectively improve the internal industry and improve the product quality and work efficiency.

municipal engineering；section information extraction；quality inspection；program design

1672-8262（2016）02-52-06中图分类号：P208.1

B