趙萬為

(上海市測繪院浦東分院，上海200120)

一、引 言

關于三維碰撞分析的研究由來已久，它伴隨著計算機圖形學的發(fā)展不斷取得新的成果，如今，三維技術已融入各個領域，空間建模、虛擬現(xiàn)實、工業(yè)制造等都離不開三維技術的發(fā)展。然而，管線三維建模相對發(fā)展不成熟，關于管線三維碰撞的研究較少，如何有效地查找撞管點，得出處理撞管的有效方法，是目前面臨的重要問題，本文以上海市浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)道路區(qū)域內(nèi)地下管線普查項目為依托，介紹了利用AutoCAD VBA進行管線撞管點查找的方法，并對撞管統(tǒng)計結果進行分析，提出處理撞管的相關建議。

二、項目背景及數(shù)據(jù)來源

受浦東新區(qū)規(guī)劃和土地管理局的委托，我院承接了浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)道路區(qū)域內(nèi)地下管線普查項目的普查任務。

普查成果在三維平臺發(fā)布時，發(fā)現(xiàn)管線有撞管的現(xiàn)象，本文以浦東內(nèi)環(huán)04、05測區(qū)的地下管線為研究對象，利用軟件對撞管現(xiàn)象進行查找、輸出，并對其進行分析。04、05測區(qū)普查范圍為:羅山路—錦繡路—民生路—源深路—張楊路—東方路—龍陽路，兩測區(qū)以錦繡路為分界，管線總長度約1017 km。

三、管線撞管概述

1．管線撞管的定義

根據(jù)判斷方式的不同，管線撞管的定義也不同，從設計出發(fā)，管線之間最短距離小于設計要求便產(chǎn)生撞管，本文中的管線撞管是指在同一時刻，三維顯示環(huán)境下兩條或兩條以上的管線占有的空間位置發(fā)生重疊。

2．目前撞管點的查找和解決思路

隨著地下管線信息技術的發(fā)展，三維管線信息系統(tǒng)由于可以直觀描述管線的三維特征及其空間位置，已成為當前研究的重點，然而目前的管線三維信息系統(tǒng)不能全面地查找撞管點，一般僅能對兩條管線進行管線碰撞的判斷，制約了對撞管現(xiàn)象的全面理解，缺少客觀規(guī)律性的認識，對撞管點的處理多以主觀判斷為主，因此不同地區(qū)撞管處理的方案各異，有的按管種處理，有的按區(qū)域處理，未形成處理撞管較統(tǒng)一的解決方案。

四、AutoCAD VBA技術及軟件實現(xiàn)方法

1．AutoCAD VBA技術

VBA的全稱是Visual Basic for Application，是微軟開發(fā)的新一代標準宏語言，它可以內(nèi)嵌在Auto-CAD中，通過AutoCAD ActiveX Automation接口建立與AutoCAD對象的聯(lián)系。ActiveX是建立在COM對象模型之上允許對象通過接口相互通信的標準通信協(xié)議，ActiveX為AutoCAD提供了外控編程機制，通過AutoCAD對象，實現(xiàn)對AutoCAD的操作。

2．普查成果數(shù)據(jù)庫

普查成果數(shù)據(jù)庫采用*．mdb格式，以測區(qū)為單位建立入庫數(shù)據(jù)，同一個測區(qū)內(nèi)的各類地下管線數(shù)據(jù)存放在一個MDB文件中，每一類管線由點表、線表和面表組成，點表記錄了管線點的點號、坐標、井底深度、空間位置來源等信息，線表記錄了管線段的起點點號、終點點號、起點埋深、終點埋深、管徑、材質、管種等信息，面表記錄了附屬設施的編號、種類、形狀等信息。

3．軟件實現(xiàn)方法

ADO(ActiveX Data Objects)對象模型提供了一個全面控制數(shù)據(jù)庫的完整編程接口，在VBA中，通過ADO對象可以建立與管線MDB數(shù)據(jù)庫的連接，根據(jù)需求查找相應管線的信息，并對管線進行撞管判斷，輸出撞管信息到撞管MDB數(shù)據(jù)庫，同時，通過AutoCAD ActiveX Automation接口，將撞管點展示在AutoCAD中，如圖1所示。

圖1 軟件處理流程

五、基于AutoCAD VBA的撞管現(xiàn)象的查找與輸出

1．選擇需要分析的管線

通過對上海市浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)普查成果的撞管研究發(fā)現(xiàn)在實際工作中通常有3類方式選擇要分析管線，如圖2所示。

圖2 選擇需要分析的管線

(1)按測區(qū)進行選擇

當對一個測區(qū)內(nèi)的管線進行撞管分析時，按測區(qū)進行選擇，選擇的對象包括了一個測區(qū)內(nèi)所有的管線。

(2)按圖幅號進行選擇

當需要對某幾張綜合地下管線圖內(nèi)的管線進行撞管分析，并已知圖幅號時，按圖幅號進行選擇。

(3)在CAD圖中進行選擇

當僅需要對CAD圖中某一范圍內(nèi)的管線進行撞管分析時，從CAD圖中進行框選，選擇需要分析的管線。

2．撞管現(xiàn)象的分析

選擇要分析的管線之后，下一步就是對管線進行撞管判斷，然而有時并不需要對所有的管種進行分析，例如，想要知道一個測區(qū)內(nèi)燃氣、給水、雨水、污水管線的撞管情況，則在判斷之前需要篩選出燃氣、給水、雨水、污水管線(圖3)，接下來遍歷選中的管線信息，進行撞管判斷。

圖3 管種篩選

3．撞管現(xiàn)象的輸出

進行撞管判斷后，對撞管情況有了初步的了解(圖4)，得出了撞管點的位置和對應管線的信息，并存儲在撞管MDB數(shù)據(jù)庫中，將撞管點的坐標展示在CAD圖中，以“序號撞管深度”的格式進行標注(圖5)，直觀展現(xiàn)了撞管點的分布和密度，同時，撞管MDB數(shù)據(jù)庫存儲了撞管點的序號(與CAD圖中的對應)，撞管管線的管徑，撞管管線起點、終點的點號和埋深(表1)，為接下來外業(yè)復測提供原始數(shù)據(jù)，方面核實。

圖4 撞管概況

圖5 撞管點標注

表1 撞管輸出表

六、04、05測區(qū)管線撞管統(tǒng)計結果及撞管原因分析

1．撞管統(tǒng)計結果

利用軟件分別對04和05測區(qū)所有的管線進行了撞管查找與輸出，涉及電力、通信、給水、排水、燃氣和長輸管線。04測區(qū)總計管線長512 km，查找各類撞管點4109處，平均撞管密度8．1個/km，平均撞管深度15 cm;05測區(qū)總計管線長505 km，查找各類撞管點4391處，平均撞管密度8．9個/km，平均撞管深度16 cm。

2．撞管現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

在地下管線三維建模中，相鄰兩點之間的管線默認為直線，撞管處管線的空間位置是根據(jù)管線兩端的探測數(shù)據(jù)，利用內(nèi)插的方法得的，當撞管處內(nèi)插的兩條管線空間位置發(fā)生重疊時，便產(chǎn)生了撞管。

假設管線兩端探測點的誤差為零，通過內(nèi)插建立管線模型后，在管線相交處，兩條管線垂直方向最小距離為H0，當引入管線兩端探測點誤差后，H0發(fā)生變化，變化量為h，此時，在管線相交處，兩條管線垂直方向最小距離H1=H0+h，當H1小于零時，則發(fā)生撞管?？梢缘贸?，三維模型中管線是否發(fā)生撞管現(xiàn)象與H0和h有關，換句話說，管線是否發(fā)生撞管現(xiàn)象與兩方面有關，一是兩條管線兩端探測點的誤差，這部分誤差決定了h的大小，包括隱蔽點探測誤差、特征點測量誤差(平面誤差、高程誤差和管徑誤差)，二是當探測點誤差為零時，建模管線之間的最小距離，即H0。

在探測點誤差中，相對于平面、高程和管徑測量，管線隱蔽點探測產(chǎn)生的誤差最大，假設隱蔽點探測誤差是產(chǎn)生撞管現(xiàn)象的主要原因，管線埋深越大，探測的誤差也就越大，產(chǎn)生的撞管程度應該越嚴重。取兩條管線兩端探測深度的平均值作為撞管點探測的平均管線深度，過濾掉與明顯管線有關的撞管點，對04和05測區(qū)剩余的撞管點做“探測深度—撞管程度”散點圖(圖6)，可以看出探測深度與撞管程度的相關性很差，相關系數(shù)僅為0．006和0．092，說明探測誤差并非是產(chǎn)生撞管現(xiàn)象的主要誤差來源，即h的大小對撞管是否發(fā)生影響很小，因此H0在很大程度上決定了撞管現(xiàn)象是否出現(xiàn)。

建模管線之間的最小距離H0是在管線為直線的前提下求得的，而在管線實際鋪設時，管線發(fā)生了彎曲起伏，在兩條管線相交處，管線實際的最小距離可能與H0相差較多，這部分誤差是撞管現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因，即管線起伏是造成撞管的主要原因。

圖6 04、05測區(qū)撞管點統(tǒng)計圖

3．討 論

綜上所述，筆者認為:

1)撞管程度與探測精度關系不大，撞管程度較大的管線，探測精度不一定差，不能僅依據(jù)撞管程度的大小來處理撞管現(xiàn)象，可以對撞管程度很大的管線復測核實，例如30 cm或40 cm以上的撞管現(xiàn)象;

2)管線的彎曲起伏是造成撞管的主要原因，在現(xiàn)有的普查規(guī)范和技術條件下，提高探測點的密度可以減小探測點之間管線起伏的變化，減小撞管現(xiàn)象的發(fā)生。

七、處理管線撞管的建議

受現(xiàn)有探測技術的限制，管線模型不能模擬實地管線的起伏，造成模型中兩條管線相交處的最小距離與實際距離有差異，產(chǎn)生撞管現(xiàn)象，可以認為根據(jù)普查成果建立的三維管線模型中，撞管現(xiàn)象的產(chǎn)生是普遍的、不可避免的，不能因為撞管現(xiàn)象的存在而否定普查成果的可靠性，建議從以下幾個方面處理撞管現(xiàn)象:

1)在普查作業(yè)中，適當增加管線交叉處探測點的密度;

2)不能僅依據(jù)撞管程度的大小分類處理撞管現(xiàn)象，可以對撞管程度很大的管線復測核實，例如30 cm或40 cm以上的撞管現(xiàn)象;

3)在普查成果精度滿足設計要求的前提下，允許撞管現(xiàn)象的存在，可以根據(jù)項目周期，優(yōu)先處理危險管線的撞管點。

［1］ 北京市測繪設計研究院．CJJ 61-2003城市地下管線探測技術規(guī)程［S］．北京:中華建筑工業(yè)出版社，2003．