黃北生，盛盈盈

(江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院，江蘇 南京 211102)

0 引 言

AutoCAD是由美國(guó)Autodesk公司開發(fā)的一種通用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，功能強(qiáng)大且可定制性高，深受廣大測(cè)繪技術(shù)人員的喜愛，在測(cè)繪行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AutoCAD默認(rèn)的DWG數(shù)據(jù)格式已成為存儲(chǔ)地形圖成果數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。AutoCAD通用性強(qiáng)，沒(méi)有針對(duì)測(cè)繪行業(yè)進(jìn)行專業(yè)定制，致使眾多測(cè)繪單位根據(jù)內(nèi)部生產(chǎn)流程與數(shù)據(jù)組織方式開發(fā)了基于AutoCAD的專用繪圖軟件，以提高測(cè)繪生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。

高程點(diǎn)和等高線是地形圖數(shù)據(jù)的重要組成部分，保證高程點(diǎn)與等高線之間關(guān)系的正確性是地形圖質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要工作。正常情況下，如果一個(gè)高程點(diǎn)位于兩根等高線之間，那么此高程點(diǎn)的高程值應(yīng)介于兩根等高線的高程值之間。如果某個(gè)高程點(diǎn)的高程值不滿足上述條件，則將高程點(diǎn)與等高線產(chǎn)生的矛盾稱為高曲矛盾。在沒(méi)有高曲矛盾檢查軟件時(shí)，人工目視檢查是檢查高曲矛盾的主要方法，這種方法檢查效率低，而且容易導(dǎo)致漏查、錯(cuò)查，因此需要設(shè)計(jì)一種通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)高曲矛盾自動(dòng)檢查的工具，以提高檢查準(zhǔn)確率及地形圖生產(chǎn)的效率。

文獻(xiàn)資料檢索結(jié)果表明，高曲矛盾自動(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，胡現(xiàn)輝等[1]編制的高曲矛盾檢查工具能夠提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，但難以判斷地形圖邊緣區(qū)域及復(fù)雜區(qū)域的高曲矛盾問(wèn)題。武安狀等[2]基于放射線法開發(fā)了檢查高曲矛盾的工具，能夠極大減少檢查工作量，但需聯(lián)動(dòng)ObjectARX、AutoCAD以及Visual Studio進(jìn)行開發(fā)，不便于二次實(shí)現(xiàn)。段文化等[3]基于FME平臺(tái)分別實(shí)現(xiàn)了構(gòu)TIN法與放射線法的高曲矛盾檢查，且對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩種檢查方法具有較高的正確率，但算法程序需按經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)合理參數(shù)，參數(shù)不合理會(huì)致使檢查結(jié)果出現(xiàn)差異。綜上，為降低開發(fā)難度以及提高高曲矛盾工具的適用性，本文基于構(gòu)建TIN法，通過(guò)成熟的ArcEngine軟件提供的二次開發(fā)接口編制高曲矛盾的自動(dòng)化檢查程序，在降低開發(fā)難度的同時(shí)，能極大提高質(zhì)檢工作者的檢查效率。

1 構(gòu)建TIN檢查高曲矛盾原理

在AutoCAD中，高程點(diǎn)一般使用屬性塊(Attribute Block)表示，等高線一般使用多段線(Polyline)表示。高曲矛盾檢查是默認(rèn)在等高線高程值無(wú)錯(cuò)的前提下進(jìn)行的，若查詢存在高曲矛盾現(xiàn)象，則統(tǒng)一認(rèn)為是高程點(diǎn)的高程值存在問(wèn)題。進(jìn)行高曲矛盾檢查時(shí)，首先從AutoCAD中將高程點(diǎn)及等高線分別提取到相應(yīng)的高程數(shù)據(jù)文件中，然后調(diào)用ArcEngine提供的API讀取高程數(shù)據(jù)文件并對(duì)提取的高程點(diǎn)及等高線進(jìn)行構(gòu)TIN處理。構(gòu)建TIN后，根據(jù)原高程點(diǎn)的平面坐標(biāo)，查詢此位置構(gòu)TIN后的高程值，再將原高程值與TIN中的高程值進(jìn)行對(duì)比，以確定原高程值是否合理[3]。

確定原高程值是否合理，首先需要計(jì)算此點(diǎn)所在的高程區(qū)位值：

(1)

式中，Index為高程值所在的區(qū)位值；E′為通過(guò)位置與TIN計(jì)算出的高程值，單位為m；C為當(dāng)前地形圖設(shè)置的基本等高距，單位為m；Floor為返回小于或等于指定數(shù)值的最大整數(shù)。

計(jì)算高程區(qū)位值后，再進(jìn)行高程區(qū)間計(jì)算：

(2)

式中，Emin、Emax分別表示高程區(qū)間的最小值與最大值，單位為m。

得到某點(diǎn)的高程區(qū)間值后，如果點(diǎn)的實(shí)際高程值位于最小值與最大值之間，則認(rèn)為此高程值是合理的，即沒(méi)有高曲矛盾，反之則存在高曲矛盾。

2 高曲矛盾檢查工具設(shè)計(jì)思路

高曲矛盾檢查的基本流程是將提取的高程信息進(jìn)行構(gòu)TIN處理，然后進(jìn)行高程值比較，以此得出是否存在高曲矛盾。高曲矛盾檢查工具主要功能為提取高程信息、構(gòu)TIN檢查、日志查看。

2.1 提取高程信息

高程信息由3個(gè)數(shù)據(jù)組成，分別為高程點(diǎn)的點(diǎn)位平面坐標(biāo)和高程值、等高線的節(jié)點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程值、檢查范圍的節(jié)點(diǎn)平面坐標(biāo)。其中，檢查范圍為可選數(shù)據(jù)，若沒(méi)有設(shè)置檢查范圍，可通過(guò)高程點(diǎn)與等高線的平面范圍進(jìn)行凸包分析，從而得到檢查范圍。為提高檢查的可靠性，應(yīng)提前繪制檢查范圍線。

高程點(diǎn)在AutoCAD中是以屬性塊的方式表示，即帶屬性的塊參照(Block Reference)，提取高程點(diǎn)的高程信息時(shí)，首先通過(guò)Block Reference. Position屬性獲取點(diǎn)的平面坐標(biāo)，然后從Block Reference. Attribute Collection屬性中讀取高程值。遍歷當(dāng)前圖中參與檢查的高程點(diǎn)，將讀取到的每個(gè)高程信息以文件的方式進(jìn)行保存[4]。

等高線在AutoCAD中是以多段線的方式表示，高程值保存于標(biāo)高(Elevation)中。提取等高線的高程信息時(shí)，需通過(guò)Polyline.GetPoint2dat方法依次讀取每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，然后再?gòu)腜olyline.Elevation屬性中讀取高程值。遍歷當(dāng)前圖中參與檢查的等高線，將讀取到的每個(gè)高程信息以文件的方式進(jìn)行保存。

檢查范圍在AutoCAD中也是以多段的方式表示，但不保存高程值。讀取檢查范圍的方式與讀取等高線的方式相同，限于篇幅，不再贅述。

2.2 構(gòu)TIN檢查

高程信息提取后，可以調(diào)用ArcEngine提供的相關(guān)功能進(jìn)行構(gòu)TIN檢查。在ArcEngine中，構(gòu)建TIN文件使用的核心方法為三維分析工具集中的CreateTin_3d方法[5]，運(yùn)行此方法需提供以下幾個(gè)參數(shù)：輸出TIN的路徑、空間參考、參與構(gòu)TIN的要素及構(gòu)TIN算法。本文中使用的構(gòu)TIN算法為約束型Delaunay方法。參與TIN的參數(shù)準(zhǔn)備完成后，使用地理處理工具GeoProcessor執(zhí)行此方法即可，調(diào)用方式如圖1所示[6]。

構(gòu)TIN完成后，需對(duì)TIN數(shù)據(jù)進(jìn)行加載檢查，進(jìn)行加載前應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)TIN對(duì)象，再使用ITinAdvanced接口的Init方法加載TIN數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示[7]。

完成上述部分便可對(duì)每個(gè)高程點(diǎn)進(jìn)行檢查。計(jì)算高程點(diǎn)高程時(shí)，使用ITinSurface接口的GetElevation方法。如果檢查出某個(gè)高程點(diǎn)存在高曲矛盾時(shí)，將此高程點(diǎn)的平面坐標(biāo)、實(shí)際高程值、高程值區(qū)間寫入日志文件，主要代碼如圖3所示。

2.3 日志查看

高程點(diǎn)與等高線存在高曲矛盾時(shí)，檢查日志中已經(jīng)記錄了此高程點(diǎn)的平面坐標(biāo)及高程信息。要想查看檢查結(jié)果是否合理并對(duì)高程點(diǎn)的高程值進(jìn)行修正，必須通過(guò)點(diǎn)的平面坐標(biāo)進(jìn)行定位。在AutoCAD中將某個(gè)指定位置平移到可見視圖范圍內(nèi)這一操作，實(shí)質(zhì)是設(shè)置新的視圖。進(jìn)行視圖更新時(shí)，首先應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)ViewTableRecord并設(shè)置中心點(diǎn)(CenterPoint)，該點(diǎn)為日志中讀取的值，然后使用AutoCAD中Editor類的SetCurrentView方法設(shè)置當(dāng)前視圖，主要代碼如圖4所示。

3 功能實(shí)現(xiàn)

高曲矛盾檢查工具基于AutoCAD2010為開發(fā)框架，在Visual Studio 2013開發(fā)環(huán)境中，使用VisualBasic.NET作為開發(fā)語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了以上全部功能[8]。

3.1 開發(fā)環(huán)境搭建

在Visual Studio 2013中創(chuàng)建一個(gè)新的類庫(kù)項(xiàng)目，依次引用acmgd.dll、acdbmgd.dll及ArcEngine的相關(guān)DLL后，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，主要內(nèi)容如圖5所示。

CommandMethodAttribute類是AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境提供的將方法暴露為AutoCAD命令的標(biāo)識(shí)。

3.2 各項(xiàng)模塊功能實(shí)現(xiàn)

進(jìn)行高曲矛盾檢查時(shí)，要經(jīng)過(guò)高程信息提取、構(gòu)TIN及檢查、日志查看這3個(gè)步驟。每個(gè)步驟作為一個(gè)獨(dú)立的模塊進(jìn)行開發(fā)，最后通過(guò)命令接口函數(shù)ElevationCheck統(tǒng)一調(diào)用。

高程信息提取模塊的主要功能就是將參與檢查的高程點(diǎn)與等高線提取出來(lái)，供ArcEngine構(gòu)TIN及檢查。為保證后續(xù)模塊能夠正常讀取提取出的高程信息，需要對(duì)高程信息定制其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容如圖6所示。

構(gòu)TIN及檢查模塊是基于ArcEngine進(jìn)行開發(fā)的，由于ArcEngine只有32位模式，在進(jìn)行此模塊開發(fā)時(shí)，如果AutoCAD為32位，則直接可以引用相關(guān)DLL進(jìn)行開發(fā)，如果AutoCAD為64位時(shí)，則需借助于進(jìn)程間通訊的相關(guān)技術(shù)。檢查完成后，需將檢查日志輸出。為方便日志查看，模塊讀取日志信息及XML序列化保存，需定義一個(gè)日志數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容如圖7所示。

日志查看模塊的主要功能就是讀取日志信息并進(jìn)行定位，以便于用戶進(jìn)行交互修改。讀取日志信息可以通過(guò)XML反序列化方式獲取，然后再通過(guò)AutoCAD中的Editor類設(shè)置當(dāng)前視圖方法進(jìn)行圖形定位。

3.3 代碼編譯與加載

各模塊的代碼編寫完成后，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ElevationCheck ，選擇參與檢查的對(duì)象后進(jìn)行高曲矛盾檢查，檢查日志會(huì)自動(dòng)加載到當(dāng)前圖面中。

4 應(yīng)用實(shí)例

圖8為某地形圖測(cè)量項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)繪圖成果，測(cè)區(qū)范圍內(nèi)山地與丘陵較多，等高線與高程點(diǎn)較為密集，通過(guò)人工目視檢查高曲矛盾時(shí)，效率較低，一幅地形圖需近一天時(shí)間才可檢查完畢，且易出現(xiàn)錯(cuò)查、漏查的現(xiàn)象，此類項(xiàng)目的高曲矛盾檢查給質(zhì)檢帶來(lái)很大困擾。

為解決此問(wèn)題，筆者利用本文所述算法基于Visual Studio軟件開發(fā)了高曲矛盾檢查工具。將圖8所示的地形圖利用自編高曲矛盾軟件進(jìn)行檢查，通過(guò)ElevationCheck命令進(jìn)行高曲矛盾檢查時(shí)，約3 min的時(shí)間將檢查結(jié)果返回，檢查結(jié)果為圖9所示的日志查看工具。通過(guò)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，此工具極大節(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。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)高曲矛盾檢查原理的分析，介紹了高曲矛盾檢查過(guò)程中每個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)方法，并以AutoCAD為開發(fā)框架，定制專用的高曲矛盾工具，降低了質(zhì)量檢查人員工作強(qiáng)度，同時(shí)也提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。在對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)TIN處理時(shí)，直接調(diào)用ArcEngine中二次開發(fā)的開發(fā)接口，不但降低了高曲矛盾開發(fā)的難度，同時(shí)加快了整個(gè)工具開發(fā)的進(jìn)程。文中關(guān)于AutoCAD開發(fā)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法對(duì)開發(fā)其它基于AutoCAD的應(yīng)用也有一定的借鑒意義。