李保杰

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

基于三維坐標(biāo)的斷面數(shù)據(jù)采集與繪制模式研究

李保杰1

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

介紹了利用全站儀或GNSS-RTK同時(shí)采集斷面特征點(diǎn)三維坐標(biāo)的方法。研究表明，將先進(jìn)的測(cè)繪儀器與優(yōu)秀的測(cè)繪專業(yè)軟件相結(jié)合，是提高作業(yè)效率和成圖精度的一種便捷、高效的作業(yè)方法，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

斷面測(cè)繪；三維坐標(biāo)；CASS軟件

在線路工程（如管道工程或隧道工程）中，為了給工程設(shè)計(jì)、施工提供必要的技術(shù)依據(jù)，經(jīng)常需要測(cè)繪縱橫斷面圖。傳統(tǒng)的縱橫斷面圖測(cè)繪方法費(fèi)力費(fèi)時(shí)，效率較低。隨著先進(jìn)測(cè)繪儀器的研發(fā)和計(jì)算機(jī)軟件的飛速發(fā)展，研究如何將二者有機(jī)結(jié)合以提高作業(yè)效率和成圖精度，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

1 三維坐標(biāo)的采集

空間點(diǎn)的位置可以用三維坐標(biāo)(X，Y，H)表示。一般通過(guò)角度測(cè)量、距離測(cè)量和高程測(cè)量[1]來(lái)獲取空間點(diǎn)三維坐標(biāo)。全站儀、GPS等測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，使得一次設(shè)站即可獲得點(diǎn)的三維坐標(biāo)成為可能。

縱橫斷面圖的測(cè)繪是通過(guò)采集線路中線里程樁的高程和橫斷面上地形變化點(diǎn)到中樁的平距和高差繪制出來(lái)的。借助于電子測(cè)量?jī)x器，采集線路斷面上地形變化點(diǎn)的三維坐標(biāo)，再由坐標(biāo)即可獲得兩點(diǎn)之間的距離和高差。外業(yè)作業(yè)時(shí)，若使用全站儀測(cè)量，可在工程測(cè)區(qū)沿線的控制點(diǎn)上設(shè)站，然后在相應(yīng)樁號(hào)的斷面上測(cè)出地形特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)；若使用GNSS-RTK測(cè)量，則只需實(shí)時(shí)地在相應(yīng)樁號(hào)的斷面上打點(diǎn)，以測(cè)出斷面地形特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。該方法實(shí)現(xiàn)了大量外業(yè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，且這些數(shù)據(jù)可通過(guò)數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的自動(dòng)傳輸，不僅可大大提高工作效率還可避免由于人工輸入而產(chǎn)生的差錯(cuò)。

需要注意的是，為了數(shù)據(jù)后期使用的方便，應(yīng)使用有編碼的數(shù)據(jù)，即將采集的斷面點(diǎn)加上編碼，如通過(guò)輸入以L、R或Z的字母來(lái)區(qū)分左側(cè)斷面點(diǎn)、右側(cè)斷面點(diǎn)及中樁點(diǎn)[2]。

2 斷面方向的確定

采集的斷面數(shù)據(jù)能否正確反映斷面上地形的起伏變化，關(guān)鍵是所選擇的碎部點(diǎn)是否在該中樁斷面上。

線路設(shè)計(jì)文件中，一般是以坐標(biāo)的形式給出中樁點(diǎn)的設(shè)計(jì)位置，所以在測(cè)設(shè)時(shí)，只要在實(shí)地將中樁點(diǎn)定位后即可測(cè)量出縱斷面。但因線路既有直線型，也有曲線型，所以橫斷面的測(cè)量較為復(fù)雜。直線型的橫斷面直接垂直于線路中線，如果斷面方向要求不嚴(yán)格，則可根據(jù)跑尺人員目估，現(xiàn)場(chǎng)確定橫斷面方向；否則，需要在線路中樁上設(shè)站，后視線路前進(jìn)方向，然后旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部90°或270°即可定出橫斷面方向。因?yàn)榍€型線路的橫斷面垂直過(guò)圓心與中樁連線的切線方向，所以橫斷面方向較難確定。實(shí)際作業(yè)時(shí)可先利用解析法在設(shè)計(jì)圖上計(jì)算出橫斷面上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)，然后在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)該點(diǎn)，則該點(diǎn)與中樁點(diǎn)的連線方向即為該斷面的橫斷面方向[3]。

3 CASS軟件所需數(shù)據(jù)文件格式的建立

3.1 CASS軟件所需的數(shù)據(jù)文件格式

選擇用CASS軟件繪制斷面圖，繪制方法選擇根據(jù)里程文件繪制法。CASS軟件中里程文件的編寫格式為：

BEGIN,0：1

-24.96,490.46

-15.97,490.24

-7.67,490.83

0,491.67

1.44 ,492.12

5.88 ,493.78

13.34 ,494.44

27.84 ,495.89

代碼涵義如下：

1）每個(gè)新斷面第一行以“BEGIN”開(kāi)始；斷面左側(cè)或右側(cè)的里程表示該橫斷面上的地形變化點(diǎn)距中樁的平距。橫斷面左側(cè)地形點(diǎn)的平距用負(fù)值表示，右側(cè)地形點(diǎn)的平距用正值表示。例如，以上代碼表示斷面1的里程為K0+000，該中樁左側(cè)24.96 m的地形變化點(diǎn)高程為490.46 m。

2）各地形點(diǎn)的表示順序按斷面上里程從小到大順序排列。如果需要繪制不同時(shí)期的斷面線，可在斷面數(shù)據(jù)后面加“NEXT”數(shù)據(jù)行，“NEXT”往下的數(shù)據(jù)行表示同一斷面另一個(gè)時(shí)期的斷面數(shù)據(jù)，如設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)斷面數(shù)據(jù)，“NEXT”往下的標(biāo)準(zhǔn)斷面數(shù)據(jù)行編寫格式與自然斷面的格式一樣，繪斷面圖時(shí)可將兩期斷面線同時(shí)畫出來(lái)[4]。

3.2 數(shù)據(jù)文件格式的建立

將全站儀中的數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)诫娔X中，另存為**.dat格式；然后打開(kāi)Excel，通過(guò)菜單【數(shù)據(jù)】→【導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)】→【導(dǎo)入數(shù)據(jù)】把文本數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel中，并添加表頭：點(diǎn)號(hào)，編號(hào)，X，Y，H。在F2單元格中輸入公式=ROUND(SQRT(C2-$C$6)^2+(D2-$D$6))（顯示結(jié)果為斷面特征點(diǎn)相對(duì)于中樁的邊距，保留兩位小數(shù)），在G2單元格中輸入公式=F2&","&E2（顯示結(jié)果為將斷面特征點(diǎn)邊距與高程合并為CASS所需的里程文件的數(shù)據(jù)組），分別選中F2、G2單元格進(jìn)行下拉拖拽操作，進(jìn)而計(jì)算其他斷面特征點(diǎn)的邊距及合并斷面邊距、高程[5]，如表1所示。將G列數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼于記事本中，再編輯中樁的里程和高程，并另存為**.hdm格式。

表1 用Excel表格建立CASS軟件所需的數(shù)據(jù)文件格式示例

4 CASS軟件繪制斷面圖

打開(kāi)CASS軟件，如果僅需繪制斷面圖，則點(diǎn)擊菜單【工程應(yīng)用】→【繪斷面圖】→【根據(jù)里程文件】選擇相應(yīng)的里程文件，進(jìn)行工程所需求的設(shè)置，即可繪制斷面圖。斷面圖還可根據(jù)已知坐標(biāo)、等高線、三角網(wǎng)等方法繪制。如果還需計(jì)算出土方量，則點(diǎn)擊菜單【工程應(yīng)用】→【斷面法土方計(jì)算】[6]，在彈出的下一級(jí)菜單中選擇標(biāo)準(zhǔn)斷面的設(shè)計(jì)文件[7]，即可繪制斷面圖和土方量計(jì)算表示例，如圖1、2 所示。

圖1 斷面圖示例

圖2 土方量表示例圖

5 結(jié) 語(yǔ)

在帶狀工程中往往包含了大量縱橫斷面圖測(cè)繪，在較大的橫斷面中，又有多個(gè)斷面特征點(diǎn)。利用電子儀器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸功能，Excel中公式的輸入、編輯功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的處理，從而自動(dòng)獲取符合CASS軟件要求的數(shù)據(jù)格式；再將此數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼在記事本中，保存為CASS軟件需要的數(shù)據(jù)格式，即可實(shí)現(xiàn)在CASS軟件中自動(dòng)、準(zhǔn)確地繪制縱橫斷面圖，且可避免斷面圖上地形特征點(diǎn)的失真或缺失。準(zhǔn)確繪制的斷面圖可為工程的土石方量計(jì)算提供可靠的依據(jù)，也可大大提高成圖效率[8]。通過(guò)多種軟件的綜合運(yùn)用，許多繁瑣的內(nèi)業(yè)工作變得簡(jiǎn)單、便捷和高效。

[1] 李聚方,趙杰.地形測(cè)量[M].鄭州：黃河水利出版社,2004

[2] 施永勝,孫鴻睿,鄒崢嶸.簡(jiǎn)碼數(shù)據(jù)采集法在斷面測(cè)量中的應(yīng)用[J].海洋測(cè)繪,2006,26(3)：48-51

[3] 張東明.基于碎部點(diǎn)的斷面測(cè)量及數(shù)據(jù)處理方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010,10(13)：3 184-3 186

[4] 劉衛(wèi)國(guó),李大軍,佟月峰.基于CASS里程文件繪制復(fù)雜斷面的新方法[J].礦山測(cè)量,2006,6(3)：23-25

[5] 丁愛(ài)萍.計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,2008

[6] 南方CASS6.1用戶手冊(cè)[Z].廣州：南方測(cè)繪儀器有限公司,2005

[7] 李忠,桂小敏. CASS6.1在任意斷面土方計(jì)算中的應(yīng)用[J].山西建筑,2007,33(18)：356-357

[8] 魏紅洲,覃永基.利用Excel與南方CASS軟件結(jié)合繪制斷面圖的方法探討[J].科技信息,2011(7)：27,33

P258

：B

：1672-4623（2016）11-0082-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.029

李保杰，高級(jí)工程師，主要從事工程測(cè)量、地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)繪工作。

2014-12-29。