高海建，朱 健

(1. 江蘇省地質(zhì)工程勘察院，江蘇 南京 210013；2.江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院 江蘇 南京 211102)

0 引 言

高程點(diǎn)即標(biāo)有高程數(shù)值的信息點(diǎn)，用于標(biāo)識(shí)所在位置的實(shí)際高程值。與等高線一樣，高程點(diǎn)是表達(dá)地形高低起伏的重要手段，是數(shù)字地形圖的重要組成部分。高程點(diǎn)可以通過(guò)GPS-RTK、全站儀、水準(zhǔn)儀、航測(cè)立體測(cè)圖等方式獲取并標(biāo)繪到圖上。在AutoCAD中一般通過(guò)塊+屬性標(biāo)注的方式來(lái)表示高程點(diǎn)。檢查高程點(diǎn)時(shí)，一般為人工目視檢查，效率較低且不容易發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題。文獻(xiàn)資料檢索結(jié)果表明，高程點(diǎn)自動(dòng)化檢查雖受到了一定關(guān)注，但相關(guān)研究尚處于起步階段。蔡偉明[1]編寫的高程值檢查工具能夠提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，但需要依賴高程點(diǎn)附近的等高線作為判斷依據(jù)，對(duì)于沒(méi)有勾繪等高線的地方無(wú)法檢查。吳新廣等[2]基于雙線性插值法開(kāi)發(fā)了檢查高程點(diǎn)的工具，能夠極大減少檢查工作量，但對(duì)于單條等高線包圍點(diǎn)和山頂點(diǎn)的計(jì)算，與實(shí)際存在一定的誤差，且此工具AutoLisp編寫，不便于二次開(kāi)發(fā)。綜上，為降低開(kāi)發(fā)難度以及提高高程點(diǎn)檢查工具的適用性，本文擬采用高程內(nèi)插的方式來(lái)檢查高程點(diǎn)的高程是否異常。主要思路是：將待檢查高程點(diǎn)的高程值作為未知點(diǎn)，基于當(dāng)前高程點(diǎn)搜索周邊高程點(diǎn)生成高程模型，然后根據(jù)平面位置計(jì)算當(dāng)前高程點(diǎn)內(nèi)插高程值，如果內(nèi)插高程值與標(biāo)注高程值的差值超過(guò)閾值，則可認(rèn)為此高程點(diǎn)的高程值可能存在問(wèn)題，需要人工進(jìn)一步核實(shí)。

1 高程內(nèi)插方法

高程內(nèi)插就是根據(jù)若干相鄰參考點(diǎn)的高程值求出待定點(diǎn)上的高程值，在數(shù)學(xué)上屬于插值問(wèn)題。按內(nèi)插點(diǎn)的分布范圍，可以將內(nèi)插分為整體內(nèi)插、分塊內(nèi)插和逐點(diǎn)內(nèi)插三類[3]?；诟叱厅c(diǎn)檢查的特點(diǎn)，采用逐點(diǎn)內(nèi)插法比較合適。逐點(diǎn)內(nèi)插法是以待檢查高程點(diǎn)為中心，定義一個(gè)局部函數(shù)去擬合相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)的范圍隨著待檢查高程點(diǎn)的位置的變化而發(fā)生變化，因此又稱為移動(dòng)曲面法。移動(dòng)曲面法可分為移動(dòng)擬合法、加權(quán)平均法、泰森多邊形法等。本文設(shè)計(jì)的檢查工具使用了移動(dòng)曲面法中的移動(dòng)擬合法與加權(quán)平均法。

使用移動(dòng)擬合法時(shí)，對(duì)于每個(gè)待檢查的高程點(diǎn)，可選取與其相鄰的n個(gè)高程點(diǎn)作為參考點(diǎn)擬合成一個(gè)多項(xiàng)式曲面，多項(xiàng)式曲面的的參數(shù)方程為：

Z=AX2+BXY+CY2+DX+EY+F

(1)

式中，X、Y、Z是各個(gè)參考點(diǎn)的坐標(biāo)值，A、B、C、D、E、F為待求的參數(shù)。參數(shù)方程中的各個(gè)參數(shù)可由選取的n個(gè)參考點(diǎn)用最小二乘法進(jìn)行求解。為保證方程正常求解，要至少有6個(gè)參考點(diǎn)。此方法適用于測(cè)區(qū)內(nèi)部、圖幅內(nèi)部等高程點(diǎn)均勻的地方。

使用加權(quán)平均法時(shí)，對(duì)于每個(gè)待檢查的高程點(diǎn)，可選取與其相鄰的n個(gè)高程點(diǎn)作為參考點(diǎn)，使用加權(quán)平均值作為參數(shù)方程，具體如下：

(2)

式中，Zp是待檢查高程點(diǎn)計(jì)算后的高程值，Zi是第i個(gè)參考點(diǎn)的高程點(diǎn)的高程值，n為參考點(diǎn)的個(gè)數(shù)，Pi是第i個(gè)參考點(diǎn)的權(quán)重。此方便適用于測(cè)區(qū)邊緣、圖幅外部等高程點(diǎn)比較稀疏的地方。

2 參考點(diǎn)的選擇與權(quán)重確定

使用移動(dòng)擬合法時(shí)，選擇參考點(diǎn)的思路是以待檢查高程點(diǎn)為圓心，半徑R范圍內(nèi)的高程點(diǎn)作為參考點(diǎn)。R值的確定取決于附近高程點(diǎn)的疏密程度，對(duì)于地形圖而言，規(guī)范上要求的高程點(diǎn)平均個(gè)數(shù)為M，那么R值為：

(3)

式中，M為高程點(diǎn)的平均密度，A為待檢查范圍的總面積，N為待檢查點(diǎn)的總個(gè)數(shù)。

如果通過(guò)此方法搜索到的高程點(diǎn)個(gè)數(shù)不足6個(gè)，那么就可以將計(jì)算方法切換為加權(quán)平均法。使用加權(quán)平均法時(shí)，參考點(diǎn)權(quán)值的計(jì)算方法為：

P= 1/r2

由表6可以看出，在其它變量不變的情況下，解釋變量國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、年末人口數(shù)量和居民人均教育消費(fèi)支出對(duì)被解釋變量國(guó)家財(cái)政教育支出的影響顯著．解釋變量居民教育消費(fèi)價(jià)格指數(shù)和財(cái)政教育支出占總支出的比例對(duì)被解釋變量國(guó)家財(cái)政教育支出的影響都不顯著，從回歸模型中剔除，得到新的回歸模型為

(4)

式中，P為參考點(diǎn)的權(quán)，r是參考點(diǎn)到待檢查高程點(diǎn)的距離。

3 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)對(duì)高程內(nèi)插原理分析和參考點(diǎn)選擇與權(quán)重確定方法的介紹，已經(jīng)解決檢查工具運(yùn)行的核心問(wèn)題。除此之外，還需要對(duì)高程值獲取方法、閾值確定、日志輸出等做出規(guī)定。檢查工具的運(yùn)行基本流程如圖1所示。

圖1 運(yùn)行流程

3.1 高程點(diǎn)坐標(biāo)信息的獲取

在AutoCAD中，高程點(diǎn)一般以屬性塊的形式標(biāo)注。如在CASS平臺(tái)中，高程點(diǎn)的平面坐標(biāo)保存于塊插入點(diǎn)的X(東坐標(biāo))、Y(北坐標(biāo))屬性中，而高程值H則屬性標(biāo)注(height)中，如圖2所示。

圖2 CASS高程點(diǎn)

不同AutoCAD平臺(tái)中，高程點(diǎn)的表示方法大致相同。讀取CASS平臺(tái)中高程點(diǎn)時(shí)，獲取到平面坐標(biāo)后，需要進(jìn)一步讀取塊參照中名稱為height的屬性標(biāo)注值[4]。

3.2 日志文件設(shè)計(jì)

當(dāng)檢查出高程點(diǎn)超出指定的閾值后，需要將此點(diǎn)的檢查結(jié)果以日志形式輸出，供質(zhì)檢人員進(jìn)一步確認(rèn)。在AutoCAD中，每個(gè)DWG圖中的所有實(shí)體對(duì)象都有一個(gè)句柄屬性，且此值不會(huì)發(fā)生變化，也不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。通過(guò)句柄可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體的定位，方便質(zhì)檢人員查找“有問(wèn)題”的高程點(diǎn)。本檢查工具日志格式為：EID={句柄} 描述信息。其中{句柄}在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)被替換為高程點(diǎn)的句柄值，描述信息根據(jù)檢查的出的差值輸出，如圖3所示。

圖3 日志瀏覽器

3.3 配置文件的架構(gòu)、讀取與保存

配置文件基于XML(EXtensible Markup Language)格式保存，配置中包含整個(gè)工具運(yùn)行的所有參數(shù)信息，只列出其他4個(gè)比較重要的屬性項(xiàng)，其定義代碼如圖4所示。

圖4 高程點(diǎn)檢查配置代碼(部分)

屬性項(xiàng)PointCountPerUnit表示高程點(diǎn)的密度，即每平方千米有多個(gè)高程點(diǎn)。測(cè)圖比例尺不同，比例尺的密度也不相同，需要根據(jù)實(shí)際情況輸入相應(yīng)的值。

屬性項(xiàng)Threshold表示高程閾值，如果通過(guò)計(jì)算得到的高程值與此高程點(diǎn)原高程值之間的差值的絕對(duì)值超過(guò)此值，那么視此高程點(diǎn)為“問(wèn)題點(diǎn)”，并將高程點(diǎn)對(duì)象的句柄及其它信息輸出到檢查日志中。閾值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，需要在實(shí)際運(yùn)行中不斷調(diào)整。

屬性項(xiàng)ExpressionFilter表示過(guò)濾表達(dá)式，用于過(guò)濾DWG中哪些點(diǎn)可以作為高程點(diǎn)參與檢查。盡管高程點(diǎn)一般情況下都采用屬性塊的方式來(lái)表達(dá)，但各個(gè)軟件平臺(tái)并沒(méi)有遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，地形圖中除高程點(diǎn)之外，還有其地形、地貌要素，因此必須設(shè)置過(guò)濾條件，將非高程點(diǎn)過(guò)濾掉。

屬性項(xiàng)ExpressionH表示獲取高程值的表達(dá)式，因高程點(diǎn)的表達(dá)方式并沒(méi)有統(tǒng)一，那么獲取高程值的方法也是多樣的，獲取高程值的表達(dá)式需要根據(jù)高程點(diǎn)的具體類型來(lái)定制。

參數(shù)對(duì)象通過(guò)PropertyGrid顯示，方便用戶以窗口的方式來(lái)調(diào)整各個(gè)屬性項(xiàng)，效果如圖5所示。

圖5 參數(shù)配置窗口

讀取配置文件時(shí)，配置文件中的配置信息寫入到配置對(duì)象中，是一種XML反序列化行為。保存配置文件時(shí)，配置對(duì)象中的配置信息寫入到配置文件中，是一種XML序列化行為。在.Net Framework編程框架下，可以通過(guò)System.Xml.Serialization命名空間下的XmlSerializer類實(shí)現(xiàn)XML文件的序列化與反序列化。XmlSerializer對(duì)象中的Serialize方法用于將配置對(duì)象通過(guò)文件流寫入文件，即保存配置文件。XmlSerializer對(duì)象中的Deserialize 方法用于將配置文件讀取到配置對(duì)象中，即讀取配置文件[5]。

4 程序?qū)崿F(xiàn)

眾所周知，AutoCAD向開(kāi)發(fā)人員提供了豐富的二次開(kāi)發(fā)接口，主要有ObjectARX、ObjectARX.NET、AutoLISP(VisualLisp)、VBA等。ObjectARX.NET二次開(kāi)發(fā)接口既有ObjectARX功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，又兼有VBA易用的特點(diǎn)。本文中的高程點(diǎn)檢查工具采用ObjectARX.NET作為開(kāi)發(fā)接口，基于AutoCAD2016提供的ObjectARX.NET開(kāi)發(fā)框架，在Visual Studio2015開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用VisualBasic.NET作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了檢查功能。

4.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

在Visual Studio2015中創(chuàng)建一個(gè)新的類庫(kù)項(xiàng)目，依次引用acmgd.dll、acdbmgd.dll后，并修改acmgd.dll、acdbmgd.dll這兩個(gè)文件的本地的屬性為“否”。然后添加新的類文件并創(chuàng)建AutoCAD命令，主要結(jié)構(gòu)如圖6所示[6-8]。

圖6 命令定制代碼(部分)

CommandMethodAttribute類是AutoCAD二次開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的將方法暴露為AutoCAD命令的標(biāo)識(shí)，其參數(shù)就是在AutoCAD中運(yùn)行的命令名，命令名與過(guò)程名不必相同。Quality_ElevationPointCheck被標(biāo)識(shí)后，就可以在AutoCAD命令行中輸入相應(yīng)的命令來(lái)執(zhí)行此過(guò)程。

4.2 代碼編譯與加載

高程點(diǎn)檢查代碼編寫完成后，即可對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行編譯。項(xiàng)目編譯后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的DLL文件，使用AutoCAD提供的netload命令可將此DLL文件加載到AutoCAD中，運(yùn)行Quality_ElevationPointCheck選擇參與檢查的對(duì)象后進(jìn)行高程點(diǎn)檢查，如果出現(xiàn)超出閾值的情況，會(huì)將檢查結(jié)果輸出到日志瀏覽器中。

5 應(yīng)用實(shí)例

我院承接的某地形圖測(cè)繪項(xiàng)目中，包括300多平方千米的1∶1 000航空攝影、地形圖測(cè)繪以及城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)外1 000多平方千米的1∶2 000航空攝影、地形圖測(cè)繪。測(cè)區(qū)范圍較廣，檢查工作量大，通過(guò)人工目視檢查高程點(diǎn)時(shí)，效率較低，一幅圖需要近1 h的時(shí)間才能檢查完，而且還容易出現(xiàn)錯(cuò)查、漏查的現(xiàn)象，給質(zhì)檢帶來(lái)了很大的困擾。為了解決此問(wèn)題，專門開(kāi)發(fā)了此高程點(diǎn)檢查工具。通過(guò)Quality_ElevationPointCheck命令執(zhí)行檢查任務(wù)，一幅圖1 min內(nèi)就可以將檢查結(jié)果返回，借助于日志查看工具，可以快速對(duì)有問(wèn)題的高程點(diǎn)進(jìn)行定位(圖7)，如果確實(shí)存在問(wèn)題，則進(jìn)行修改。通過(guò)人工核實(shí)，平均每幅圖的檢查時(shí)間可以縮短到5 min內(nèi)。此工具大大節(jié)約了質(zhì)量檢查人員的檢查時(shí)間，同時(shí)也提升了檢查的質(zhì)量。

圖7 檢查工具運(yùn)行界面

6 結(jié) 語(yǔ)

本文基于AutoCAD平臺(tái)提供的二次開(kāi)發(fā)接口，開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的工具，用于對(duì)高程點(diǎn)的高程值異常進(jìn)行自動(dòng)化檢查，能夠有效降低檢查人員的工作量，提高檢查質(zhì)量，從而提升生產(chǎn)效率。目前檢查工具只是對(duì)高程點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查的結(jié)果還需要進(jìn)一步人工核實(shí)，在今后的開(kāi)發(fā)中，此檢查工具還需要進(jìn)一步改進(jìn)計(jì)算內(nèi)插高程點(diǎn)的方式，達(dá)到一定可信度后，可以將計(jì)算得到的高程值直接賦給有問(wèn)題的高程點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)查改全部自動(dòng)化。