冀幼平

(中鐵國(guó)際集團(tuán)有限公司，北京 100039)

鐵路建設(shè)必然要占用土地資源，改變?cè)型恋氐氖褂霉δ?，并?duì)沿線范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和居民生活產(chǎn)生重要影響。合理用地可充分利用土地資源，使沿線土地升值，使未被利用土地充分發(fā)揮其功能，帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善周邊居民生活環(huán)境，否則，將導(dǎo)致土地資源浪費(fèi)，破壞生態(tài)環(huán)境，甚至影響沿線居民基本生活和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)布局［1］。

在規(guī)劃階段，用地設(shè)計(jì)主要是使公路盡量繞避不良地質(zhì)地段，以減少工程造價(jià);遠(yuǎn)離環(huán)境保護(hù)區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展;靠近重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，以促進(jìn)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展;并盡可能的少侵入居民聚集地，以避免大量的居民拆遷。在設(shè)計(jì)階段，用地設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是檢查設(shè)計(jì)用地是否完全滿足規(guī)劃階段的要求，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)用地進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡可能精確地計(jì)算征地?cái)?shù)量和費(fèi)用［2-3］。

傳統(tǒng)的用地設(shè)計(jì)主要是依靠人工在地形圖上進(jìn)行分析計(jì)算。該方法效率低、工作量大、易出錯(cuò)，用地面積和費(fèi)用計(jì)算精度低。對(duì)此，提出一種基于Object-ARX自定義實(shí)體的鐵路用地輔助設(shè)計(jì)方法。首先定制鐵路用地區(qū)域和各類既有地理區(qū)域(包括:既有建筑物、經(jīng)濟(jì)作物區(qū)、環(huán)境保護(hù)區(qū)等)的自定義實(shí)體，用戶可像操作AutoCAD自有的直線、圓等實(shí)體一樣，方便地對(duì)這些自定義實(shí)體進(jìn)行編輯、修改、拖動(dòng);然后設(shè)計(jì)了任意多邊形之間的重疊面積算法，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了征地、拆遷面積和費(fèi)用的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。該方法能輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行用地分析，顯著降低設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)效率。

1 用地區(qū)域自定義實(shí)體

用地區(qū)域是由鐵路路基地段左右側(cè)用地樁所構(gòu)成的封閉多邊形。將左右側(cè)的相鄰用地樁分別連接起來(lái)，并在橋隧頭尾處封閉起來(lái)，即可形成用地區(qū)域。因而，可采用用地樁數(shù)組來(lái)表示用地區(qū)域。

在進(jìn)行用地設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通常習(xí)慣給定各樁號(hào)里程Mi及樁號(hào)左右側(cè)用地寬WLi和WRi的方式來(lái)表示用地樁。基于這種設(shè)計(jì)習(xí)慣，考慮到繪圖和計(jì)算中都需要反復(fù)使用到該樁號(hào)處的線路中線坐標(biāo)和用地樁坐標(biāo)，本文設(shè)計(jì)的用地樁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

typedef struct

{

double Millage;//用地樁里程Mi

double Cen_N，Cen_E;//線路中線經(jīng)度距坐標(biāo)Ni，Ei

double Alfa;//該樁號(hào)的坐標(biāo)方位角αi

double Left_Wide，Right_Wide;//左、右側(cè)用地寬 WLi，WRi

double Left_N，Left_E;//左、右側(cè)用地樁的經(jīng)度距坐標(biāo) NLi，ELi

double Right_N，Right_E;//右側(cè)用地樁的經(jīng)度距坐標(biāo) NRi，ERi

}LandStation//用地樁Si

根據(jù)平面交點(diǎn)坐標(biāo)、曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)等設(shè)計(jì)參數(shù)，可以快速計(jì)算出Mi里程處的線路中線坐標(biāo)(Ni，Ei)和方位角 αi［4-5］。計(jì)算出這 3 個(gè)參數(shù)后，左、右側(cè)用地樁坐標(biāo)可按公式(1)計(jì)算

AutoCAD是當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中廣泛使用的一個(gè)平臺(tái)［6］。因此，本鐵路用地設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇在該平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。ObjectARX作為AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)工具，不僅提供了AutoCAD自有的直線、圓、多段線等圖形實(shí)體，還允許用戶對(duì)其擴(kuò)展，根據(jù)需要定制自定義圖形實(shí)體，用戶可像操作直線、圓等圖形實(shí)體一樣方便地對(duì)自定義實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、對(duì)象捕捉、夾點(diǎn)拖動(dòng)等操作［7，8］。

1.1 自定義實(shí)體創(chuàng)建

①?gòu)膶?shí)體基類AcDbEntity派生出用地區(qū)域自定義實(shí)體類Land

class Land:public AcDbEntity;

②在Land類的頭文件中定義類聲明宏

ACRX_DECLARE_MEMBERS(Land);

③在Land類的源文件中定義類執(zhí)行宏

ACRX_DXF_DEFINE_MEMBERS(Land，AcDbEntity;

AcDb::kDHL_CURRENT，AcDb::kMReleaseCurrent，0，Land，“RailDesign”);

④在ARX程序初始化時(shí)進(jìn)行用地區(qū)域類的初始化

Land::rxInit();

acrxBuildClassHierarchy();

⑤在ARX程序卸載時(shí)清除自定義用地區(qū)域類

deleteAcRxClass(Land::desc())。

1.2 自定義實(shí)體顯示

自定義實(shí)體在AutoCAD中的顯示由以下3個(gè)函數(shù)完成:

Adesk::Boolean worldDraw(AcGiWorldDraw*pWd);與視圖無(wú)關(guān)的實(shí)體圖形繪制

void viewportDraw(AcGiViewportDraw*PVd);與視圖相關(guān)的實(shí)體圖形繪制

Adesk::Uint32 setAttributes(AcGiDrawableTraits*pDt);初始化實(shí)體顏色、層和線型等屬性

在自定義實(shí)體類中重載這些函數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)圖形的繪制。上述3個(gè)函數(shù)中worldDraw()函數(shù)必須在自定義實(shí)體類中重載，其余2個(gè)可根據(jù)需要選擇。

1.3 自定義實(shí)體編檔

用地區(qū)域自定義實(shí)體需要具備保存、復(fù)制等操作功能，必須對(duì)該自定義實(shí)體進(jìn)行編檔。在用地區(qū)域?qū)嶓w類中重載dwgOut()和dxfOut()的兩個(gè)函數(shù)，可分別實(shí)現(xiàn)DWG、DXF文件中實(shí)體的編出;dwgIn()和dxfIn()則實(shí)現(xiàn)實(shí)體的編入。編出、編入函數(shù)的實(shí)現(xiàn)首先調(diào)用assertWriteEnabled()和 assertReadEnabled()，然后調(diào)用readItem()和writeItem()，按預(yù)定順序讀、寫該實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)。

1.4 自定義實(shí)體夾點(diǎn)操作

為使用地區(qū)域?qū)嶓w的修改操作更加方便，為其定義了夾點(diǎn)和夾點(diǎn)拖動(dòng)操作，如圖1所示。當(dāng)該實(shí)體被選中后，用地樁將突出顯示，并且可以實(shí)時(shí)拖動(dòng)這些用地樁，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)刷新用地?cái)?shù)據(jù)。

圖1 用地樁夾點(diǎn)拖動(dòng)

1.5 自定義實(shí)體捕捉

為便于設(shè)計(jì)人員獲取用地樁，可將這些用地樁點(diǎn)作為該自定義實(shí)體的捕捉點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)該過(guò)程可重載getOsnapPoints()函數(shù)，并在該函數(shù)中遍歷所有用地樁，將其加入捕捉點(diǎn)數(shù)組snapPoints中。

通過(guò)上述過(guò)程便完成了鐵路用地區(qū)域自定義實(shí)體的定制，設(shè)計(jì)人員可以像操作AutoCAD自有的直線、多段線、圓一樣，方便地對(duì)用地區(qū)域進(jìn)行修改、捕捉、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)拖動(dòng)用地樁。

除了通過(guò)圖形方式修改用地?cái)?shù)據(jù)外，經(jīng)常使用的還有列表編輯方式直接錄入和修改用地?cái)?shù)據(jù)。對(duì)此，本研究重載了自定義實(shí)體的List()函數(shù)，選中實(shí)體后運(yùn)行List命令，彈出如圖2所示對(duì)話框，設(shè)計(jì)人員可查詢、編輯、增加、刪除、修改用地?cái)?shù)據(jù)，并自動(dòng)刷新用地區(qū)域?qū)嶓w。

圖2 用地樁數(shù)據(jù)編輯

2 地理區(qū)域自定義實(shí)體

鐵路用地設(shè)計(jì)主要是處理鐵路用地區(qū)域與既有建筑物、經(jīng)濟(jì)作物及環(huán)境保護(hù)區(qū)等地理區(qū)域的關(guān)系。因此，除了用地區(qū)域自定義實(shí)體外，還需要定制各地理區(qū)域自定義實(shí)體，此類實(shí)體包括幾何屬性數(shù)據(jù)和物理屬性數(shù)據(jù)兩類。

幾何屬性數(shù)據(jù)主要是描述其幾何邊界的頂點(diǎn)數(shù)組，物理屬性則包括名稱、征地或拆遷單價(jià)、是否允許線路穿越等。采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)這些地理區(qū)域進(jìn)行描述，不同類型的區(qū)域采用Type變量標(biāo)記。且Type變量為整形量，允許用戶自定義和擴(kuò)展地理區(qū)域類型。

Typedef struct{

AcGePoint3dArray BorderPtArray;//幾何邊界頂點(diǎn)數(shù)組

int Type;//區(qū)域類型，包括

Cstring Name;//名稱

bool IsCanUse;//是否允許征用、拆遷

double CostPer;//如果允許征用、拆遷，每平米費(fèi)用

Cstring HatchType;//在CAD中繪制該區(qū)域時(shí)填充的圖形

…

}Geo//地理區(qū)域

與用地區(qū)域自定義實(shí)體類似，地理區(qū)域自定義實(shí)體的定制也包含上述創(chuàng)建、實(shí)時(shí)顯示、編檔、夾點(diǎn)操作、捕捉5個(gè)部分。在該自定義實(shí)體中，幾何邊界頂點(diǎn)均作為捕捉點(diǎn)和夾點(diǎn)，用戶可通過(guò)夾點(diǎn)拖動(dòng)的方式在AutoCAD中方便地調(diào)整區(qū)域范圍。另外，考慮到設(shè)計(jì)的便利性，加入了多段線、面域等實(shí)體轉(zhuǎn)換為地理區(qū)域?qū)嶓w的功能，用戶可在CAD圖上拾取封閉多段線、面域，再給定單價(jià)等物理屬性，便可自動(dòng)生成需要的地理區(qū)域?qū)嶓w。

3 征地拆遷費(fèi)用計(jì)算

征地、拆遷費(fèi)用計(jì)算是鐵路用地設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)主要任務(wù)。傳統(tǒng)方法主要靠人工處理，估算精度低，對(duì)于既有建筑物、經(jīng)濟(jì)作物較少的地區(qū)尚可滿足要求。對(duì)于城市或者居民區(qū)周邊，征地拆遷造價(jià)較高，必須精確計(jì)算面積。由于用地區(qū)域和既有地理區(qū)域形狀均不規(guī)則，精確計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且極易出錯(cuò)。

如能由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算征地拆遷面積，并統(tǒng)計(jì)出總造價(jià)，將顯著降低設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高用地設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性?？紤]到無(wú)論是用地區(qū)域還是既有地理區(qū)域均可能是任意復(fù)雜的多邊形。因此，要實(shí)現(xiàn)該功能，首先需要解決任意兩個(gè)復(fù)雜多邊形的交集面積計(jì)算問(wèn)題。

AutoCAD中提供了兩任意形狀面域的布爾運(yùn)算功能，ObjectARX作為AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)工具，也可定義面域并進(jìn)行布爾運(yùn)算。ObjectARX提供的面域布爾運(yùn)算成熟可靠、計(jì)算精度高，直接利用可節(jié)省大量的開(kāi)發(fā)工作。ObjectARX中采用AcDbRegion類來(lái)實(shí)現(xiàn)面域的功能，可采用該類的createFromCurves函數(shù)創(chuàng)建面域?qū)ο?。該函?shù)原型如下:

static Acad::ErrorStatus createFromCurves(const AcDbVoidPtrArray＆ curveSegments，AcDbVoidPtrArray＆regions)

該函數(shù)可將直線、圓、圓弧、多段線等CAD內(nèi)部任意類型的圖形邊界組合為一個(gè)面域。其中curveSegments即為用于構(gòu)建面域的圖形指針數(shù)組，regions則為生成的面域?qū)ο蟆?/p>

用地區(qū)域生成面域時(shí)可先將用地樁逐個(gè)連接，形成封閉多段線，然后再將多段線轉(zhuǎn)換為面域。

地理區(qū)域?qū)嶓w轉(zhuǎn)換為面域的過(guò)程更加簡(jiǎn)單，只需要遍歷幾何邊界頂點(diǎn)數(shù)組BorderPtArray，將所有頂點(diǎn)加入多段線中，最后再將多段線轉(zhuǎn)換為面域GeoRegion即可。

構(gòu)建出用地區(qū)域和地理區(qū)域面域后，便可調(diào)用AcDbRegion類的布爾求交，得到兩區(qū)域的交集，該交集的面積即為征地拆遷面積。該布爾運(yùn)算函數(shù)如下:

virtual Acad::ErrorStatus booleanOper(AcDb::BoolOperType operation，AcDbRegion*otherRegion);

參數(shù)operation為布爾運(yùn)算類型，包含有AcDb::kBoolUnite(并集)、AcDb::kBoolIntersect(交集)和 Ac-Db::kBoolSubtract(差集)3類。otherRegion為布爾操作的另一個(gè)面域，該函數(shù)將返回布爾運(yùn)算后形成的面域。

通過(guò)遍歷圖形中所有的地理區(qū)域?qū)嶓w，調(diào)用booleanOper函數(shù)進(jìn)行交集運(yùn)算，便可得到鐵路用地區(qū)域與它們的交集，獲取面積，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出總的征地拆遷造價(jià)。該過(guò)程實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵代碼如下:

pBloRec－＞newIterator(pIter);//新建一個(gè)塊表記錄迭代器pIter

for(pIter－ ＞start();!pIter－ ＞done();pIter－＞step())//通過(guò)迭代器遍歷所有實(shí)體

{

pIter－ ＞getEntity(pEntity，AcDb::kFor-Read);//獲取圖形上的某一實(shí)體

if(pEntity－ ＞isKindOf(Geo::desc())//如果實(shí)體類型為自定義的地理區(qū)域

{

GeoRegion=CreateRegion(pEntity);//創(chuàng)建地理區(qū)域的面域

If(GeoRegion==NULL)//無(wú)交集，跳過(guò)該區(qū)域

continue;

IntRegion=LandRegion．booleanOper(GeoRegion);//布爾運(yùn)算求區(qū)域交集

IntRegion．getArea(Area);//獲取交集的面積

CalCost(Area，pEntity);//計(jì)算統(tǒng)計(jì)造價(jià)

…

}

}

需要注意的是:如果與用地實(shí)體相交的區(qū)域?yàn)椴辉试S鐵路通過(guò)的禁區(qū)，則應(yīng)將造價(jià)賦值為無(wú)窮大，并將該信息反饋給設(shè)計(jì)人員，通知設(shè)計(jì)人員調(diào)整設(shè)計(jì)方案;如果相交的區(qū)域?yàn)榧扔薪ㄖ铮瑒t拆遷費(fèi)用應(yīng)該按整個(gè)建筑物面積計(jì)算，而不僅僅是交集的面積。

4 應(yīng)用

基于上述原理與方法，開(kāi)發(fā)了鐵路用地設(shè)計(jì)模塊。在一些城市地鐵設(shè)計(jì)當(dāng)中，線路途經(jīng)住宅密集的城市或城市周邊，征地拆遷費(fèi)用較高，要求精確統(tǒng)計(jì)征地拆遷造價(jià)。

人工統(tǒng)計(jì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且錯(cuò)誤時(shí)有發(fā)生，采用該設(shè)計(jì)模塊，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)實(shí)體轉(zhuǎn)換命令，直接將地形圖上的既有建筑物、經(jīng)濟(jì)作物區(qū)等轉(zhuǎn)換為自定義的地理區(qū)域?qū)嶓w，鐵路用地區(qū)域、地理區(qū)域?qū)嶓w可像AutoCAD內(nèi)部實(shí)體一樣進(jìn)行對(duì)象捕捉、夾點(diǎn)拖動(dòng)、數(shù)據(jù)編輯，操作便捷，符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，在進(jìn)行用地設(shè)計(jì)過(guò)程中可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)征地拆遷數(shù)量和費(fèi)用，并對(duì)一些穿越禁區(qū)的情況發(fā)出警告。

經(jīng)對(duì)比分析，該模塊計(jì)算的費(fèi)用與人工計(jì)算結(jié)果完全一致，而計(jì)算時(shí)間可縮短數(shù)十倍甚至上百倍。

5 結(jié)束語(yǔ)

鐵路用地設(shè)計(jì)是鐵路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分?；贠bjectARX自定義實(shí)體技術(shù)定制了鐵路用地區(qū)域、既有地理區(qū)域自定義實(shí)體，鐵路規(guī)劃設(shè)計(jì)人員可像操作AutoCAD自有實(shí)體一樣對(duì)其進(jìn)行對(duì)象捕捉、夾點(diǎn)拖動(dòng)、數(shù)據(jù)編輯修改，方便地進(jìn)行用地設(shè)計(jì)。據(jù)此開(kāi)發(fā)的用地設(shè)計(jì)模塊可自動(dòng)分析鐵路用地是否占用環(huán)境保護(hù)區(qū)等禁止穿越區(qū)域，精確計(jì)算出征地面積和費(fèi)用。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該方法符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，保證征地費(fèi)用計(jì)算精度和速度，可顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的工作效率。

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