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1、道路数据采集程序化探究在城市道路工程实践和理论推导的基础上总结出纵横断面数据采集的自动生成方法,然后利用AutoLISP语言进行二次开发,实现了道路纵断面数据自动采集、横断面数据半自动采集等功能的程序化。道路纵横断面数据采集程序在保证质量和精度的前提下,提高了工作效率,适应了当代城市经济建设健康快速发展的要求。关键词:AutoLISP;纵横断面;数据采集;工作效率;程序设计城市的快速发展变迁,伴随着很多道路的建设和改造。在道路工程设计规划的审批流程中,一般需要测量道路纵断面图和道路横断面图。道路纵断面图是沿道路中心线纵向垂直剖切的一个立面,它表达了道路沿线起伏变化的状况1。道路横断面图是垂直于
2、道路中心线方向的断面,它主要是用来计算平整路面所需的土方量2。在纵横断面的成图经过中有大量的坐标、里程采集工作,而传统的工作方法需要的测量人员多、断面测量采点数量大、工作周期长、人工记录输入容易出错等3。2002年,吴浩等人4提出采用整体积分模型建立轨道交通中线测设的统一数学模型,并用该模型设计了软件应用于武汉市轨道交用一号线的中线测设。因而,本文在学习整体积分模型的基础上利用AutoLISP进行二次开发,实现了道路纵断面数据自动采集、横断面数据半自动采集等功能,提高了绘制断面成图工作的效率。2道路纵横断面数据采集程序的设计与实现21AutoLISP简介及其特点AutoLISP语言是嵌入在Au
3、toCAD内部的具有独特的语言构造及执行方式的一种人工智能绘图语言5。首先,AutoLISP语言既继承了LISP语言擅于处理各种构造的数据表的特点,又扩大了很多适用于CAD应用的特殊功能而构成的一种以解释方式运行于AutoCAD内部的程序设计语言6。其次,AutoLISP语言中的一切成分都是以函数7的形式给出的,没有语句、经过等这类程序概念,方便易懂。最后,AutoLISP擅于描绘人机交互操作的经过,对于各种用户输入的接收、错误识别与恢复等方面的优秀功能8。22道路纵横断面数据采集程序的设计与实现本程序利用AutoLISP二次开发,通过AutoCAD平台上的一系列交互式操作,逐点捕捉纵横断面线
4、上的高程点,实现道路纵断面数据自动采集、横断面数据半自动采集等功能,充分知足设计施工的需求。道路纵横断面数据采集程序中最基础的工作是指定点(中桩、地物地类特征点)坐标和高程的提取;有了点位的坐标后,就能够用不同的算法计算距离和角度等;最后,根据实际道路工程需要,将道路里程统计信息成果保存到指定位置。一般而言,道路的形状包括直线、缓和曲线和圆曲线三部分9。图1中给出了道路纵断面数据采集程序直线段的详细实现思路,图1中第一行为需要输入的数据。圆曲线部分和直线部分不同的地方在于道路里程的计算方法。同样,我们需要首先拾取或输入已知数据:圆曲线的起点(X0,Y0)、终点(X2,Y2)和设计半径R。然后,
5、根据式(1)计算圆曲线的弧长L,即为圆曲线部分的里程长度。缓和曲线部分是本程序设计的难点。缓和曲线10是直线与圆曲线、圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线,主要包括回旋曲线型、三次抛物线型、双扭线型和多心复曲线型。其中,回旋曲线是一种曲率随曲线长度成比例变化的曲线,不仅能够使线性愈加安全美观,而且与驾驶员匀速转动方向盘由圆曲线驶入直线或由直线驶入圆曲线的轨迹线相符合,是我国（标准）明确规定的缓和曲线线性11,也是最友好型的缓和曲线。因而,我们程序中的缓和曲线采用回旋曲线型。根据廖日辉等人12,13的推算结果,当缓和曲线左转(相对于道路前进方向)时,坐标转换公式如式(3)所示。最后,假如缓
6、和曲线位于两个圆曲线之间,则首先在半径较大的圆曲线处作回旋曲线的延长线,推算出延长所得的“虚拟直缓点的坐标,计算里程所需缓和曲线弧长时减掉延长线的长度,再根据上述公式计算缓和曲线上点的坐标及其对应的横断面的方向。3道路纵横断面数据采集程序的应用在道路工程的勘测生产服务中,往往需要测量道路的纵横断面图供规划设计使用;在道路工程完工后,又需要测定道路的完工纵横断面图供规划设计部门验收比照。使用道路纵横断面数据采集程序时,在“工具中加载AutoLISP程序即可。其详细功能应用介绍如下。31道路纵断面数据采集程序运行“zdm命令,按程序提示依次输入成果文件名、绘图比例尺、道路中线编号、起始里程、中桩间
7、距、左断面宽度、右断面宽度(不输入默认同左)。接着,进入三个选择项:捕捉线段起点和端点,or拾取圆曲线(右键),or拾取缓和曲线(回车)。本程序能够实现直线-缓和曲线-圆曲线、圆曲线-缓和曲线-圆曲线、直线-圆曲线-直线等在道路工程中所有可能用到的衔接的顺利进行,道路中线初步绘制横断面线如图2所示。本文的道路纵断面数据采集程序不仅实现了在CAD中分割缓和曲线的功能,而且充分利用了Au-toLISP交互式的特点,巧妙的通过鼠标左右键和回车键的切换进行功能的灵敏选择,操作简单迅速,几乎不需要手工输入命令,具有很高的工作效率。32道路横断面数据采集程序运行“hdm命令。首先选择道路中桩线的起点和道路
8、的前进方向,然后按道路前进方向逐条拾取横断面的数据或在中桩地物地类特征点处添加横断面后拾取其数据。横断面的数据采集按从左到右的方向进行,需要拾取该横断面上所有地物地类特征点的位置坐标和高程(高程文件平差拟合后)。横断面数据采集经过中可能碰到的地物地类特征点主要有:陡坎(坎上、坎下),斜坡(坡顶、坡底),公路(路边、路中、路边),池塘(塘上、塘底、塘底、塘上),沟渠(沟顶、沟中、沟顶),河堤(河上、河下、河上、堤下、堤上、堤上、堤下)等。在这些特征点的数据采集经过中,有些特征点的点位或高程的拾取能够利用巧妙的键盘鼠标操作代替,进而提高数据采集的工作效率。下面我们将详细介绍本文程序道路横断面数据采
9、集的方法与技巧。一点法,以陡坎为例。由于陡坎的坎上和坎下的平面位置是一样的,如图3(a)所示,我们在拾取坎上的点(平面位置和高程)后,无需再次拾取坎下位置,直接“回车后输入坎下的高程即可。直角法,以池塘为例。如图3(b)所示,首先拾取左边塘上(点1)的平面位置和高程,无需拾取第一个塘底位置(点2),然后点击鼠标右键,选取“坎下/塘底/堤下,拾取第二个塘底的平面位置(点3)和高程,“回车,直接输入右边塘上(点4)的高程(假如点4和点1的高程一样,能够再次“回车),即可得到该点的平面位置和高程数据。梯田法,以河堤为例。如图3(c)所示,假设点1、4、5高程一样,点2、3高程一样,点6、7高程一样。
10、按和中一样的步骤采集点1、2、3的平面位置和高程数据后,“回车后再“回车,选取“坎下/塘底/堤下,拾取点5的平面位置和高程,“回车后再“回车,选取“坎下/塘底/堤下,拾取点7的平面位置和高程，道路横断面数据采集结束时,相应的.txt成果文件也就保存在了指定的途径下,成果文件的详细格式如图4所示。若在以后的工作中继续增加数据采集,输入一样的成果文件名,增加的数据信息同样会自动追加到该文件中,并以“横断面xyz文字标示分行隔开,方便了成果的更新和完善。本文的道路横断面数据采集程序同样充分利用了AutoLISP交互式的特点,巧妙的通过鼠标左右键和回车键的切换进行功能的灵敏选择,提高了数据采集的工作效
11、率。本程序纵横断面采集的数据生成的成果文件格式都是文本格式,统计成果经过简单的处理即可转化成不同设计院所需格式并绘制出道路纵断面图和横断面图。道路设计直接关系到工程建设投资、规模、施工难易、行车安全、运行成本管理等多方面的内容。测量单位为设计院提供准确的纵横断面数据是确保道路设计科学、经济、合理的前提,对区域经济发展具有重大意义。本文在对道路工程的直线和圆曲线、十分是缓和曲线横断面里程确定的原理和算法进行深化分析的基础上,用AutoLISP二次开发了纵横断面数据采集程序。该程序充分利用了AutoLISP语言的交互式特点,通过鼠标左右键和回车键的切换进行功能的灵敏选择,操作简单迅速,几乎不需要手工输入命令,具有显著的效率提高效应。而文本文件的统计成果只需要简单的处理即可绘制成道路纵断面图和横断面图。纵横断面数据采集程序由于具有完善的(包含了缓和曲线)功能、较高的精度和高效的工作效率,在实际道路工程中有着广泛的用处和较高的经济效益。