摘 要：本文主要基于CATIA軟件進(jìn)行水電站平面監(jiān)測控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)，通過平面監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)要素三維模型的設(shè)計(jì)不但能夠充分結(jié)合工程的具體情況，同時又可以對網(wǎng)形進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而為平面監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)提供全新的方法。本文主要闡述CATIA二次開發(fā)水電站平面監(jiān)測控制網(wǎng)三維設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

關(guān)鍵詞：CATIA；水電站；平面監(jiān)測控制網(wǎng)；三維設(shè)計(jì)

中圖分類號：TV736 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0175-02

引 言

對于水利工程來說，平面監(jiān)測網(wǎng)是外部變形監(jiān)測的基準(zhǔn)，在很大程度上影響著工程變形監(jiān)測。所制定的網(wǎng)形以及測量方案不但關(guān)系著監(jiān)測結(jié)果的可靠性，同時也決定著測量的經(jīng)濟(jì)性。所以制定出較為經(jīng)濟(jì)合理的平面監(jiān)測控制網(wǎng)是非常重要的問題。一般情況下水電站常常處在較為地形相對復(fù)雜的地區(qū)，普通性平面設(shè)計(jì)模式在考慮復(fù)雜問題過程中要進(jìn)行多次的調(diào)整，設(shè)計(jì)效率較為低下，很難滿足以后工程設(shè)計(jì)方面的要求。而CATIA軟件是一款設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的三維軟件，可以通過形象的三維設(shè)計(jì)來充分的展示設(shè)計(jì)成果并進(jìn)行有效調(diào)整。本文主要通過CATIA軟件進(jìn)行水電站平面監(jiān)測控制網(wǎng)的三維設(shè)計(jì)，從而形成平面監(jiān)測網(wǎng)的快速放樣以及網(wǎng)形的快速生成，能夠有效降低工作量，提升設(shè)計(jì)效率。

1 基于CATIA二次開發(fā)水電站平面監(jiān)測控制網(wǎng)三維設(shè)計(jì)的概述

（1）對于水電站變形監(jiān)測來說，基準(zhǔn)的建立是最為主要的問題之一。需要將水電站變形監(jiān)測當(dāng)中不同的監(jiān)測儀器以及監(jiān)測系統(tǒng)歸入到統(tǒng)一的基準(zhǔn)當(dāng)中，只有這樣才能夠充分發(fā)揮兩者之間相互作用。正常情況下大型水電站工程都是通過平面監(jiān)測控制網(wǎng)的建設(shè)來形成統(tǒng)一基準(zhǔn)。在進(jìn)行平面監(jiān)測控制網(wǎng)建設(shè)過程中，為了最大程度上滿足大型建筑物整體覆蓋方面的要求，同時受到地形和地質(zhì)方面的影響，控制網(wǎng)的布設(shè)會受到比較大的制約。另外，大型的水電站工程常常設(shè)置在深山峽谷地區(qū)，控制網(wǎng)的布設(shè)受到一定限制，其只能順著河谷狹長布設(shè)，并且同岸的通視條件較差、交通非常不利，在很大程度上影響現(xiàn)場選點(diǎn)的精度，常常需要多次重復(fù)計(jì)算，這就增加了控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)難度。

（2）以CATIA軟件作為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)水電站平面監(jiān)測控制網(wǎng)三維設(shè)計(jì)屬于全新的設(shè)計(jì)方式，此種方式主要是以傳統(tǒng)平面監(jiān)測控制網(wǎng)設(shè)計(jì)流程作為基礎(chǔ)，通過CATIA軟件實(shí)施監(jiān)測模塊的二次開發(fā)。這樣就能夠在三維環(huán)境下實(shí)現(xiàn)監(jiān)測控制網(wǎng)點(diǎn)的快速布設(shè)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)坐標(biāo)提取、測點(diǎn)通視檢查、平差計(jì)算和成果輸出等等。

2 三維模型的建設(shè)

2.1 相應(yīng)數(shù)據(jù)的生成

（1）地形圖的整飾。在進(jìn)行三維地形模型建設(shè)過程中一定要具有高程信息圖件作為支撐和基礎(chǔ)。對于需要設(shè)置平面監(jiān)測控制網(wǎng)的工程來說，需要對相應(yīng)的文字以及曲線進(jìn)行隱藏，留有相應(yīng)的等高線即可。需要注意的是，這些等高線是通過較多具有真實(shí)平面坐標(biāo)和高程信息的地表點(diǎn)所形成的，具體的效果如圖1所示。

（2）形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。要通過二次開發(fā)拾取點(diǎn)信息插件來獲取上述地表點(diǎn)情況，從而形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。因?yàn)榇笮偷乃娬究刂凭W(wǎng)需要較高的精度，但是由于其所在區(qū)域的交通環(huán)境以及可視性相對較差，這就造成了傳統(tǒng)控制網(wǎng)設(shè)計(jì)選點(diǎn)是非常困難的，需要相應(yīng)人員處于擬選點(diǎn)位上對于此點(diǎn)以及其他點(diǎn)的具體情況進(jìn)行判定，不但工作效率較低，而且工作人員具有較大危險(xiǎn)性。但是通過三維選點(diǎn)就可以避免上述問題發(fā)生，能夠避免傳統(tǒng)控制網(wǎng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場選點(diǎn)，同時能夠降低通過儀器觀測選點(diǎn)的工作量，有效提升工作效率。一般情況下地表點(diǎn)的x以及y坐標(biāo)數(shù)值相對較大，為了能夠獲取坐標(biāo)值較為合適的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以將獲取的x以及y坐標(biāo)值分別減掉610000m以及4860000m，最終將形成的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

2.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

啟動CATIA程序之后要進(jìn)入到“Digitized Shape Editor”逆向曲面設(shè)計(jì)平臺，打開“Cloud Import”工具條中的“Import”命令，將上述所保存的文件導(dǎo)入。需要注意的是，選項(xiàng)工具欄當(dāng)中“Sampling（%）”命令可以有效提取到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中數(shù)量非常多的點(diǎn)，從而將模型盡量的輕量化，可以按照具體的問題進(jìn)行輸入。

因?yàn)榈乇睃c(diǎn)云數(shù)據(jù)量是非常大的，所以可以通過“應(yīng)用”指令以及軸系方面的選擇之后能夠確保地表點(diǎn)坐標(biāo)的真實(shí)性。在此基礎(chǔ)上能夠獲得真實(shí)平面坐標(biāo)和高程信息地表點(diǎn)所形成的點(diǎn)云，將其導(dǎo)入到軟件之中后就可以形成三維地形圖，如圖2所示。

3 對于監(jiān)測點(diǎn)實(shí)施通視檢查

通過CATIA二次開發(fā)監(jiān)測模塊能夠?qū)崿F(xiàn)有效的通視檢查，此種檢查方式能夠防止人工方式檢查在模型判斷通視方面存在的錯漏。通過CATIA二次開發(fā)監(jiān)測模塊的通視檢查具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面特有的長處，能夠有效提升設(shè)計(jì)過程中的精確性，從而進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。實(shí)際操作過程為：打開通視檢查界面之后可以選擇要實(shí)施通視的任意兩個測點(diǎn)，利用軟件所具有的算法能夠自行對兩測點(diǎn)進(jìn)行檢查，明確兩點(diǎn)之間是否存在著通視的問題。若是檢查之后發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)之間無法通視，那么需要對點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整，之后再進(jìn)行通視檢查，系統(tǒng)能夠?qū)φ{(diào)整之后的坐標(biāo)情況進(jìn)行自動記錄。

4 平差計(jì)算

完成了通視檢查之后就可以在CATIA軟件當(dāng)中調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算程序，以此來對選點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)施平差計(jì)算。啟動了水平計(jì)算界面之后要進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，通過計(jì)算程序自行進(jìn)行計(jì)算，然后可以通過報(bào)表的形式輸出計(jì)算結(jié)果以及誤差橢圓。這樣就能夠使得從選點(diǎn)到完成計(jì)算全過程的順暢進(jìn)行，能夠有效減少傳統(tǒng)控制網(wǎng)平差計(jì)算一定要通過人工錄入點(diǎn)位坐標(biāo)的工作量，從而最大程度上防止差錯的發(fā)生。

5 進(jìn)行網(wǎng)形的調(diào)整

實(shí)際的測線情況可以按照具體需求進(jìn)行增加或者刪減。如果在進(jìn)行檢查之后發(fā)現(xiàn)存在著不通視的測線，那么只要進(jìn)行此測線兩側(cè)網(wǎng)點(diǎn)的雙擊就能夠?qū)ζ渲匦路峙渥鴺?biāo)，通過這樣循環(huán)調(diào)整就能夠?qū)崿F(xiàn)通視。另外，對于那些網(wǎng)形較差的情況也可以按照上述方式進(jìn)行調(diào)整，通過多次的調(diào)整直到網(wǎng)形良好為止。

6 相應(yīng)成果的輸出以及優(yōu)化設(shè)計(jì)

在完成了網(wǎng)形確定之后就可以進(jìn)行網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)的輸出?？梢圆扇　皠?chuàng)建設(shè)計(jì)表”的相應(yīng)命令，通過當(dāng)前的參數(shù)水平方向設(shè)計(jì)表，將不同測網(wǎng)點(diǎn)三維坐標(biāo)選定為輸出，這樣就能夠形成包括不同監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)的文件，之后可以將這些文件導(dǎo)入到平面監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序當(dāng)中，從而能夠輸出平面監(jiān)測網(wǎng)的相應(yīng)特性參數(shù)（包括可靠性、誤差橢圓分布、精度等等）。

由于三維模型具有非常直觀的可視化以及坐標(biāo)讀取便捷性的優(yōu)勢，可以在三維地形模型之上先選擇不同控制網(wǎng)布設(shè)方案，在此基礎(chǔ)上實(shí)施通視檢查以及平差計(jì)算。通過所得結(jié)果（精度較高、費(fèi)用較低、綜合性能較高）進(jìn)行方案的選取，最終完成方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

7 結(jié)束語

水利工程的平面監(jiān)測網(wǎng)是外部變形監(jiān)測的基準(zhǔn)，在很大程度上影響著工程變形監(jiān)測。所制定的網(wǎng)形以及測量方案不但關(guān)系著監(jiān)測結(jié)果的可靠性，同時也決定著測量的經(jīng)濟(jì)性。所以制定出較為經(jīng)濟(jì)合理的平面監(jiān)測控制網(wǎng)是非常重要的問題。本文首先建立起了已有三維地形模型，在此基礎(chǔ)上利用CATIA軟件的二次開發(fā)進(jìn)行平面監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)，同時實(shí)現(xiàn)了通視檢查、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及報(bào)表輸出等方面的功能。利用CATIA軟件二次開發(fā)能夠有效防止傳統(tǒng)控制網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中的相應(yīng)問題，例如需要實(shí)施現(xiàn)場的選點(diǎn)、放樣坐標(biāo)、內(nèi)業(yè)作業(yè)、再進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整等繁復(fù)的設(shè)計(jì)工作，這樣就能夠輔助相應(yīng)設(shè)計(jì)工作人員避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中的限制，從而有效提升設(shè)計(jì)過程中的精確度，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量以及效率。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-10-11

作者簡介：冉麗利（1990-），女，漢族，重慶萬州人，助理工程師，本科，主要從事工程數(shù)字化工作。

魏義杰（1991-），漢族，云南保山人，助理工程師，專科，主要從事水利工程監(jiān)測工作。