李 強(qiáng) 張 艷

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京100083）

1 引言

樁基工程是基礎(chǔ)工程的最主要環(huán)節(jié)，占到了我國全部工程基礎(chǔ)70%左右［1］，以南京市某電影院基坑建設(shè)為例，該基坑?xùn)|西長55米，南北寬31米，僅支護(hù)樁就使用了200余根。由于灌注支護(hù)樁單樁造價(jià)高昂，因此合理的規(guī)劃建造以節(jié)約工程成本，加快工程進(jìn)度，便成為了樁基施工的重要問題。由設(shè)計(jì)院提供的CAD圖紙及文本資料雖然詳細(xì)表達(dá)了各類樁型的分布位置、相關(guān)的屬性信息，如樁長，樁徑等等，但卻無法為現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)補(bǔ)充，修改，更新資料數(shù)據(jù)提供幫助，而這些以往只能一一記錄在文檔之上，對(duì)于數(shù)目較多的樁信息管理，就會(huì)顯得有些吃力。本文利用CAD的繪圖交換文件DXF，分別提取相關(guān)樁位中心點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)，而后建立基于空間位置的樁信息管理數(shù)據(jù)庫，并利用Arc Engine技術(shù)，以窗體界面形式實(shí)現(xiàn)了各類樁型相關(guān)信息的查詢，編輯以及二三維可視化操作。

2 樁位坐標(biāo)提取及入庫

2.1 數(shù)據(jù)提取原理

Auto CAD以圖元為單位記錄數(shù)據(jù)［2］，設(shè)計(jì)人員對(duì)樁的表達(dá)一般為規(guī)則幾何圖形，如圓形，六邊形等，Auto CAD在記錄這些樁的位置信息時(shí)，采用的就是中心點(diǎn)坐標(biāo)的形式。根據(jù)這個(gè)信息，可以在DXF中提取出相關(guān)各類型樁的絕對(duì)坐標(biāo)值，然后建庫存儲(chǔ)。DXF文件作為Auto CAD的繪圖交換文件，是一種明碼文件，可實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)與其他格式數(shù)據(jù)的間接轉(zhuǎn)換［3］。關(guān)于利用DXF文件實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的研究，國內(nèi)的申勝利等人分析了CAD圖元與GIS圖元的異同，通過分別建立點(diǎn)、線、面、注記對(duì)照表實(shí)現(xiàn)了兩者間的互通［4］。陳年松利用FME建立語義映射實(shí)現(xiàn)了CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的語義轉(zhuǎn)換［5］。

由于本文側(cè)重于樁位的坐標(biāo)信息，其他諸如形狀等屬性不予考慮，因此可根據(jù)解讀的DXF文件來實(shí)現(xiàn)樁位坐標(biāo)值的提取。對(duì)于具體類型的樁位信息，可依據(jù)CAD圖元對(duì)照表來找到該類型所有樁的坐標(biāo)值在DXF文件中的存放位置，而這些坐標(biāo)值在DXF文件中的存儲(chǔ)也均是按照設(shè)計(jì)者的繪圖順序，因此在提取坐標(biāo)值時(shí)就可以很快的得到想要的結(jié)果。CAD部分圖元對(duì)照見表1所示。

表1 CAD部分圖元對(duì)照表

2.2 數(shù)據(jù)的提取及編輯

根據(jù)2.1所述的思想，采用C＃語言可設(shè)計(jì)針對(duì)性算法完成數(shù)據(jù)的提取及入庫操作，并參照原文件及圖紙說明，為各類樁型添加其他屬性信息。下面以該電影院基坑支護(hù)樁為例，實(shí)現(xiàn)具體過程。本基坑支護(hù)樁按照設(shè)計(jì)樁長，樁徑，主筋配置共分為4種樁型，為區(qū)別各類樁型，CAD采用了不同的圖元形式，這些圖元信息在DXF文件中以類名或塊名來加以區(qū)分。因此可以依據(jù)這個(gè)特征信息將4種樁型分別提取出來存入數(shù)據(jù)庫。

具體操作流程為（以支護(hù)樁為例）：

1）將支護(hù)樁在CAD總圖中提取出來并另存為DXF文件；

2）找到支護(hù)樁采用的圖元類型；本例中支護(hù)樁類型為圓和塊，那么其在DXF文件中對(duì)應(yīng)的圖元字符即為AcdbCircle及AcdbBlock Reference，而對(duì)于文件中存在的多類型塊，則以塊名來加以區(qū)分。表2為DXF文件的基本組值格式，該支護(hù)樁坐標(biāo)信息即以此格式存儲(chǔ)在DXF文件里。

3）依據(jù)上述特征字符，提取坐標(biāo)值并檢查入庫，在完成坐標(biāo)值入庫的同時(shí)，為每根樁添加屬性信息，如半徑，長度等。DXF文件樁信息提取效果如圖1所示。

表2 DXF文件組值說明

3 生成Shape點(diǎn)文件

ArcGIS Engine10.0作為一組完整的嵌入式GIS組件，提供了功能完善的類庫。借助它們可以幫助開發(fā)者開發(fā)出自身需要的GIS功能。

滾筒篩是煤炭分選技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械，是通過對(duì)顆粒粒徑大小來控制煤炭分選的，分選精度高。滾筒篩的筒體一般分幾段，可視具體情況而定，篩孔由小到大排列，每一段上的篩孔孔徑相同。滾筒篩主要有電機(jī)、減速機(jī)、滾筒裝置、機(jī)架、密封蓋、進(jìn)出料口組成。

通過IFeatureWorkspace接口可以在工作空間創(chuàng)建新的Shape文件，在創(chuàng)建文件時(shí)，將數(shù)據(jù)庫中的樁屬性信息按照GIS字段格式要求，利用Field和Fields對(duì)象表達(dá)為Shape點(diǎn)文件屬性字段。而這些樁的坐標(biāo)信息則為Shape點(diǎn)的相應(yīng)坐標(biāo)。

主要初始化工作：

1）創(chuàng)建工作空間

IWorkspaceFactory p WorkspaceFactory=new ShapefileWorkspaceFactory（）；

2）設(shè)置字段

doubleX，Y IPoint p Point=new ESRI.ArcGIS.Geometry.Point（）；

3）創(chuàng)建字段對(duì)象

IFieldsEdit p FieldsEdit= （IFieldsEdit）p Fields；

IField p Field=new Field（）；

IField Edit p Field Edit= （IField Edit）p Field；

最后，將生成的各類型樁按照?qǐng)D形符號(hào)或顏色，在可視化界面加以區(qū)分顯示。

可視化界面設(shè)計(jì)則是利用了 MapControl，TOCControl，ToolbarControl三個(gè)控件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)完成。Map Control實(shí)現(xiàn)Shape點(diǎn)文件的加載顯示，TOCControl用來顯示圖層和相關(guān)符號(hào)體系的內(nèi)容，Toolbar Control用來提供相關(guān)的命令，工具和菜單，其中TOCControl，ToolbarControl控件的“伙伴控件”均為 MapControl。Shape點(diǎn)文件的創(chuàng)建界面及顯示效果如圖2所示。

4 地層的三維模型構(gòu)建

樁位下的地層三維視圖是正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造的重要方法，可以幫助人們直觀的看到每根樁灌入地層的基本情況及相應(yīng)的地層信息，因此，構(gòu)造地層三維視圖顯得十分必要。

由于地質(zhì)體的不規(guī)則和分層特性，描述地質(zhì)體三維模型最便捷有效的方法就是利用地質(zhì)勘測(cè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，將各土層高程數(shù)據(jù)視為相鄰兩層分界面，建立不同土層的TIN模型。TIN即不規(guī)則三角網(wǎng)，是由不規(guī)則空間取樣點(diǎn)和斷線要素得到的一個(gè)對(duì)表面的近似表示，包括點(diǎn)和與其相鄰的三角形之間的拓?fù)潢P(guān)系。依據(jù)這種方式建立起來的地質(zhì)三維模型，可直觀的表達(dá)出各土層分布的起伏特征與厚度變化信息。

4.1 分層TIN的數(shù)據(jù)獲取

工程設(shè)計(jì)時(shí)的地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告所包含的一系列離散的，空間分布不均勻的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)［6］是構(gòu)建TIN模型的基礎(chǔ)，基于這些采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)獲得地表高程信息以及地質(zhì)分層情況，從而可推斷出各個(gè)土層下的具有相同X，Y坐標(biāo)，而高程Z信息不同的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

4.2 TIN構(gòu)建

ArcGIS Engine為用戶提供了TIN組件，以方便用戶利用等高線或離散的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)生成TIN［7］，這一過程是先將等高線或高程點(diǎn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建為FeatureClass（要素類），然后利用ITin Edit接口生成三維TIN模型?；谶@一思想，將獲得的各個(gè)土層下的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)作為生成TIN的數(shù)據(jù)源，并以高程數(shù)據(jù)作為主要字段，即可生成各土層的TIN模型?；镜乃悸啡缦滤觥?/p>

1）以坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建FeatureClass（要素類）；

2）通過ITin Edit接口下的Init New方法創(chuàng)建TIN；

3）通過ITinEdit接口下的AddPointZ方法將坐標(biāo)點(diǎn)的高程信息添加到創(chuàng)建的TIN模型；

4.3 三維顯示

三維數(shù)據(jù)制作的最終目的在于數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)，因此各土層的TIN數(shù)據(jù)也需要相應(yīng)的載體來表達(dá)出地層的構(gòu)造信息。ArcGIS Engine的AxScenecontrol控件實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)的瀏覽顯示功能。等同于樁位的二維可視化設(shè)計(jì)，三維窗體的設(shè)計(jì)也包含了相關(guān)的工具條控件，圖層編輯控件等等。將各土層TIN數(shù)據(jù)加載顯示，并將各類樁型數(shù)據(jù)按照設(shè)計(jì)樁長拉伸顯示，即可表達(dá)出每根樁灌入地層的基本情況。最終的顯示效果如圖3所示。

5 結(jié)論

本文通過DXF文件提取樁位坐標(biāo)的方式，在獲得樁位坐標(biāo)的同時(shí)，為相應(yīng)樁型賦予屬性信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的入庫編輯。并根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，建立點(diǎn)Shape文件，實(shí)現(xiàn)了樁的二維可視化環(huán)境及屬性查詢功能。最后基于采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立各土層的TIN模型，描述了樁位在地層下的三維狀態(tài)。