吳美容

(江蘇蘭德數(shù)碼科技有限公司，江蘇南京 210007)

基于TIN設(shè)計(jì)的地形圖精度檢測(cè)軟件

吳美容?

(江蘇蘭德數(shù)碼科技有限公司，江蘇南京 210007)

目前國(guó)內(nèi)行業(yè)商用軟件如CASS、廣州開思等在地形圖高程精度評(píng)定方面相對(duì)較弱。以往都是采用手工逐點(diǎn)量距內(nèi)插計(jì)算檢測(cè)點(diǎn)位的高程并進(jìn)行高程中誤差統(tǒng)計(jì)，若碰到幾百個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，手工計(jì)算工作量非常大而且容易出錯(cuò)，因此根據(jù)工作需要研制開發(fā)基于AutoCAD平臺(tái)的地形圖精度檢測(cè)軟件就變得很有意義，借助程序計(jì)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工計(jì)算使得工作效率大為提高。實(shí)踐證明，軟件設(shè)計(jì)思路明晰，算法可靠。

地形圖；精度；高程；中誤差；軟件

1 引 言

工程建設(shè)前期均須測(cè)繪大比例尺原始地形圖，以作為設(shè)計(jì)人員規(guī)劃設(shè)計(jì)之用。目前，測(cè)繪單位常采用全站儀、RTK或近景攝影測(cè)量進(jìn)行外業(yè)碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，然后運(yùn)用行業(yè)成圖軟件生成地形圖。地形圖精度是否達(dá)到規(guī)范要求，需要進(jìn)行精度檢測(cè)。檢測(cè)分為平面精度檢測(cè)和高程精度檢測(cè)，二者可以分開進(jìn)行也可以同時(shí)進(jìn)行。CASS 7.1檢查入庫(kù)菜單里面點(diǎn)位誤差檢查和邊長(zhǎng)誤差檢查即是針對(duì)平面精度檢測(cè)。實(shí)踐中一般采取以下三種方法針對(duì)高程精度進(jìn)行檢測(cè):①點(diǎn)位還原法，即從所有碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取總點(diǎn)數(shù)的10%～20%個(gè)數(shù)據(jù)，全站儀利用點(diǎn)的平面坐標(biāo)采用極坐標(biāo)法于實(shí)地放樣出該點(diǎn)，然后測(cè)量點(diǎn)位二次高程并且與點(diǎn)位的一次高程進(jìn)行比較，最后根據(jù)所抽取的子樣統(tǒng)計(jì)得出的中誤差來估計(jì)總體的精度；②剖面法，即檢測(cè)人員于實(shí)地進(jìn)行斷面測(cè)量，內(nèi)業(yè)根據(jù)斷面數(shù)據(jù)文件生成斷面圖并與根據(jù)地形圖所剖得到的斷面圖進(jìn)行比較；③檢查點(diǎn)法，即檢測(cè)人員在測(cè)區(qū)內(nèi)采集任意點(diǎn)位三維數(shù)據(jù)，點(diǎn)位要求覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)要有一定的密度且分布均勻，然后展點(diǎn)到所生成的地形圖中去，采用內(nèi)插的方法計(jì)算點(diǎn)位的圖面高程并與點(diǎn)位的抽測(cè)高程進(jìn)行比較，最后計(jì)算中誤差。該方法是實(shí)踐中比較常用的方法。本文正是基于第3種方法編寫地形圖精度檢測(cè)軟件。

2 編程思路

2.1 構(gòu)TIN

原始數(shù)據(jù)為?.dat格式文件。三角網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)算法歸為兩大類[1]；即靜態(tài)三角網(wǎng)和動(dòng)態(tài)三角網(wǎng)。靜態(tài)算法中以三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法較為典型，動(dòng)態(tài)算法中則以數(shù)據(jù)逐點(diǎn)插入算法較為普遍。軟件基于文獻(xiàn)[2，3]介紹的構(gòu)網(wǎng)思路采用三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法中的遞歸生長(zhǎng)算法。該算法首先生成第一個(gè)三角形，然后由第一個(gè)三角形向外擴(kuò)展直到最后聯(lián)結(jié)全部離散點(diǎn)構(gòu)成Delaunay三角網(wǎng)。該算法涉及的相關(guān)判別法則限于篇幅，在此不作詳細(xì)闡述，直接給出構(gòu)網(wǎng)結(jié)果，如圖1所示。

圖1 Delaunay三角網(wǎng)

2.2 展點(diǎn)

該部分將檢測(cè)數(shù)據(jù)(?.dat格式)展點(diǎn)到圖形中去。相關(guān)代碼:

2.3 檢測(cè)

該部分根據(jù)上面所生成的三角網(wǎng)及展點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)位高程中誤差統(tǒng)計(jì)。

算法的基本流程:

程序首先建立兩個(gè)選擇集合，分別用于存放檢測(cè)點(diǎn)及三角形元素，其次建立雙循環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)于檢測(cè)點(diǎn)集合中的每一個(gè)點(diǎn)元素遍歷三角網(wǎng)集合中的每一個(gè)三角形元素，并進(jìn)行點(diǎn)與三角形位置關(guān)系的判斷，若位于某三角形則調(diào)用該三角形的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用線性插值的內(nèi)插方法進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)插計(jì)算，將結(jié)果放入指定的數(shù)組，最終程序建立與Excel的通訊將結(jié)果輸出到Excel指定區(qū)域。

算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

(1)判斷檢測(cè)點(diǎn)與三角網(wǎng)中三角形的關(guān)系[4]

圖2 點(diǎn)位關(guān)系判斷

思路:如圖2，△V1V2V3的三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)分別為V1(x1，y1)，V2(x2，y2)，V3(x3，y3)，任一點(diǎn)P(x，y)。則點(diǎn)P和△V1V2V3的位置關(guān)系如下判定，L1、L2、L3定義如下:

判斷條件:

L1＝0或L2＝0或L3＝0時(shí)點(diǎn)P在△V1V2V3的某一邊上；

L1＞0且L2＞0且L3＞0或L1＜0且L2＜0且L3＜0時(shí)點(diǎn)P在△V1V2V3內(nèi)；

除去以上兩種情況時(shí)點(diǎn)P在△V1V2V3外。

代碼如下:

(2)計(jì)算檢測(cè)點(diǎn)在三角形中的高程[5][6]

思路:

使用空間三角形3個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)確定一個(gè)平面，繼而計(jì)算出內(nèi)插點(diǎn)的高程。

采用平面線性內(nèi)插公式:ax＋by＋cz＋d＝0，其中:

代碼如下:

(3)循環(huán)計(jì)算并輸出[7，8，9]

3 工程實(shí)例

以雅礱江某水電站壩區(qū)供水泵站原始地形檢測(cè)為例。

地形圖高程中誤差統(tǒng)計(jì)表 表1

圖3 高程誤差折線圖

結(jié)論:

(1)第27號(hào)點(diǎn)的高程偏差較大，分析可能系野外測(cè)量過程中棱鏡高輸入錯(cuò)誤，棱鏡高值輸小了，需予以檢查。

(2)高程中誤差0.6 m滿足行業(yè)規(guī)范中關(guān)于山地、高山地高程中誤差不大于1 m的要求；但是根據(jù)高程誤差折線圖統(tǒng)計(jì)有23個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)值，占到總點(diǎn)數(shù)的76.7%，分析認(rèn)為該原始地形有抬高的趨勢(shì)。對(duì)于工程建設(shè)而言，大面積抬高原始地形意味著增加土石方開挖量，無形中增加業(yè)主的投資成本。因此，即使高程中誤差滿足要求，也必須對(duì)抬高原始地形的趨勢(shì)予以關(guān)注控制。

4 總 結(jié)

(1)程序運(yùn)用VBA語言編寫，在Win XP系統(tǒng)AtuoCAD 2004平臺(tái)下運(yùn)行成功。具體運(yùn)用時(shí)可將宏代碼添加到自定義菜單下面運(yùn)用十分方便，具體代碼為:

(2)測(cè)繪人員將測(cè)繪原理與計(jì)算機(jī)語言結(jié)合起來進(jìn)行二次開發(fā)能夠解決實(shí)際中出現(xiàn)的新問題，也提高了工作的效率。該軟件經(jīng)過多個(gè)工程地形圖檢測(cè)實(shí)踐，證明其正確、實(shí)用，提高了內(nèi)業(yè)成圖檢測(cè)的作業(yè)效率。

(3)程序設(shè)計(jì)每個(gè)點(diǎn)需要遍歷三角網(wǎng)并進(jìn)行判斷、內(nèi)插計(jì)算等操作。因此，點(diǎn)數(shù)越多，三角網(wǎng)越復(fù)雜，程序進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間也越長(zhǎng)。本程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化將是接下來需要研究的課題。

[1] 李志林，朱慶.數(shù)字高程模型(第二版)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2003

[2] 劉友光，黃桂蘭，黃全義等.工程中數(shù)字地面模型的建立與應(yīng)用及大比例尺數(shù)字測(cè)圖[M].武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1997

[3] 吳力新，史文中.地理信息系統(tǒng)原理與算法[M].北京:科學(xué)出版社，2003

[4] 龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社，2001

[5] 張宏，溫永寧，劉愛利等.地理信息系統(tǒng)算法基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社，2006

[6] 姜友誼，黎曉.數(shù)字地面模型內(nèi)插方法的優(yōu)劣分析[J].西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，21(3)

[7] 佟士懋，邢芳芳，夏齊霄.AutoCAD ActiveX/VBA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006

[8] 佟彪.VB語言與測(cè)量程序設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2007

[9] 陳佳麗.Visual Basic程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005

Design Precision Examination Software of Topographic Map Based on TIN

Wu MeiRong
(Jiangsu Digitaland Technology Co.，Ltd.Nanjing 210007，China)

Commercial software，such as CASS and Guangzhou KAISI which are widely used in domestic S＆M industry，are relatively weak in terms of Elevation accuracy evaluation.In the past，the elevation is calculated by manual interpolation then carries out statistics work of the elevation RME.If encountering hundreds of checkpoints or even more，the workload is enormous and manual calculation error is prone.So it is very necessary and meaningful to research and develop，based on AutoCAD platform，topographic map accuracy testing software.Instead of using traditional manual calculation，it makes efficiency of calculation greatly improved.Practice shows that the design ideas is clear，algorithm is reliable.

Topographical Map；Precision；Elevation；RMSE；Software

1672－8262(2010)03－134－04

P209

B

2010—10—29

吳美容(1982—)，女，工程師，主要從事航測(cè)遙感內(nèi)業(yè)技術(shù)工作。