JX4航測平斷面成圖系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

劉回光 陶文

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.053

摘 要：該文基于當前JX4航測軟件在平斷面成圖方面的不足，針對輸電線路平斷面的特點（既包含平面圖形，又包含斷面圖形），如繪制房屋時，需要附加房屋高度，繪制交叉跨越時，需要附加線高，繪制水系時，需要閉合圖形等需求，設(shè)計實現(xiàn)了基于JX4的平斷面成圖系統(tǒng)，并形成了完整的流程，對后期線路平斷面圖有了更高效的解決方式，能夠廣泛應用于線路采集中去。

關(guān)鍵詞：JX4 航測 平斷面成圖 設(shè)計

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0053-03

1 研究背景

JX4系統(tǒng)已廣泛用于地形圖測繪，能進行各種比例尺平面圖的數(shù)據(jù)采集及格式轉(zhuǎn)換，該院于2013年年底引進該系統(tǒng)，并成功應用于風電場地形圖測繪如華能懷寧風電項目1∶2 000地形圖測繪項目，測繪面積達100多平方公里，地形圖測繪能完全滿足設(shè)計要求，但是線路設(shè)計一直占據(jù)著該院項目的重大比例，為設(shè)計提供線路平斷面圖是測繪專業(yè)在線路工程中的主要工作，而現(xiàn)有的JX4這套軟件不具備斷面數(shù)據(jù)采集成圖輸出功能。

全數(shù)字攝影測量技術(shù)應用于電力系統(tǒng)已多年，主要應用于線路優(yōu)化設(shè)計及平斷面數(shù)據(jù)采集與冊輸出等過程，目前國內(nèi)全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)測量平斷面圖的系統(tǒng)相對完善的是洛斯達公司基于JX4下開發(fā)的TL系統(tǒng)和武漢適普軟件公司的電力量測系統(tǒng)，TL系統(tǒng)為洛斯達公司內(nèi)部使用軟件，不對外開放試用。而過去該院使用的適普公司的電力版軟件部分功能還不完善，特別是跨越線輸出數(shù)據(jù)混亂與實際采集和調(diào)繪均不符合，而平斷面圖中交叉跨越對桿塔位置起著至關(guān)重要的作用，斷面遇溝壑處理自動化程度不高，不能自動斷開點并賦予屬性，后期人工編輯任務繁重。適普軟件電力板塊升級價格昂貴，軟件引進成本高。所以項目組決定基于JX4這套航測系統(tǒng)研發(fā)出一套自動化程度高、處理效率高的平斷面數(shù)據(jù)處理軟件，能將采集到的數(shù)據(jù)（地形點和地物點含交叉跨越、獨立危險地物、房屋等）集中轉(zhuǎn)換成標準的、完整的線路平斷面圖。

2 系統(tǒng)設(shè)計與測試

2.1 需求分析

JX4作為傳統(tǒng)全數(shù)字攝影測量工作站，主要用于基本比例尺地形圖生產(chǎn)，可以通過人機交互的形式，采集地物和地形信息?；贘X4進行輸電線路平斷面測量，需要解決的關(guān)鍵問題，一個是立體測圖作業(yè)方法的設(shè)計，另一個就是數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在開發(fā)相關(guān)軟件時，一方面需要針對輸電線路平斷面的特點（既包含平面圖形，又包含斷面圖形），對數(shù)據(jù)采集方式提出要求，如繪制房屋時，需要附加房屋高度，繪制交叉跨越時，需要附加線高，繪制水系時，需要閉合圖形；另一方面需要對JX4軟件本身進行研究，分析其數(shù)據(jù)輸出格式和地物編碼體系，最終建立合理的數(shù)據(jù)接口，用于生成滿足該院設(shè)計專業(yè)需求的輸電線路平斷面圖（即道亨ORG格式平斷面圖）。

2.2 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析包含兩方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)格式和編碼體系，前者將決定軟件數(shù)據(jù)輸入接口開發(fā)，后者將決定軟件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法的設(shè)計。

JX4采集的地物數(shù)據(jù)導出為SHP、DXF等幾種常見矢量格式的數(shù)據(jù)，而地形數(shù)據(jù)可直接導出為文本格式的三維坐標點文件。

SHP格式為標準GIS數(shù)據(jù)格式，圖形和屬性相互關(guān)聯(lián)，根據(jù)圖形關(guān)聯(lián)的屬性信息即可判斷地物類型，JX4輸出的SHP格式地物圖形數(shù)據(jù)按地物編碼及圖形幾何類型進行了分類，并分別進行存儲。

DXF格式作為常見的圖形數(shù)據(jù)格式，本身并不含屬性信息，但JX4在輸出DXF圖形文件時，為每一類地物建立了相應的圖層，并且將地物編碼作為圖層名稱，從而可通過圖層名稱識別地物類型（如圖1所示）。

JX4采用《國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼》（GB/T 13923-92），作為其地物編碼體系，地物代碼為5位數(shù)字碼，其結(jié)構(gòu)如圖2，表1。

2.3 數(shù)據(jù)采集

2.3.1平面數(shù)據(jù)

模擬外業(yè)的形式，指定一定的范圍采集地物點，按照相關(guān)規(guī)范500 kV及以下線路設(shè)定左右寬度各50 m進行采集，500 kV以上等級線路按照左右各75 m進行采集，設(shè)置好國標圖式的比例尺，方便最后輸出時是國標的圖式符號。經(jīng)過試驗，選擇1∶10 000的比例尺能夠滿足我們算法的要求，主要是沿線影響設(shè)計排桿的諸多要素：溝、路、塘、房屋、地類界、墳地、交叉跨越等。此項操作在JX4測圖軟件矢量測圖中進行。房屋比高在此項操作中完成。平面數(shù)據(jù)采集完成，輸出成一個DXF格式。

2.3.2斷面數(shù)據(jù)

斷面測量在橫斷面測繪中完成，設(shè)置斷面參數(shù)，設(shè)置轉(zhuǎn)角曲線文件，格式如下。

3301005.3070 609247.2940 0.000 0.000 0.000

3301060.6890 609841.6299 1.000 0.0000 0.000

3301150.4822 610339.1843 1.000 0.0000 0.000

3300840.4260 610912.1500 1.000 0.0000 0.000

3300603.0345 613310.5155 0.000 0.0000 0.000

按左中右3條曲線分別采集，JX4軟件輸出時是JX4的ZMD格式，利用UE最后整合輸出成XYZ格式的一個文本如下。

3301005.307 609247.294 265.920

3301005.847 609253.086 264.894

3301006.283 609257.770 263.832

3301006.870 609264.063 261.978

斷面采集時最好采集跨越線下的地面點，這樣能準確得到跨越線的高度，相比內(nèi)插法得到的高程值要更精準。

2.4 數(shù)據(jù)接口開發(fā)

數(shù)據(jù)接口開發(fā)包括數(shù)據(jù)輸入接口開發(fā)和數(shù)據(jù)輸出接口開發(fā)。

一般來說，SHP格式矢量數(shù)據(jù)更有利于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法的設(shè)計，但JX4導出的SHP格式文件無法導出注記，而注記信息是地類界重要的信息，因此在該軟件開發(fā)中，將采用DXF格式數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)。DXF格式是一種公開的數(shù)據(jù)格式，研究其數(shù)據(jù)格式說明，即可實現(xiàn)DXF格式文件的讀寫。JX4導出的DXF地物圖形數(shù)據(jù)，主要包括三維多段線、三維點、文字以及塊這幾種圖元類型，軟件需要至少實現(xiàn)對這幾類圖元數(shù)據(jù)的讀取，同時需要確定圖元所在圖層，以對地物類型進行識別。該軟件的數(shù)據(jù)輸出為道亨ORG格式平斷面，該格式也是一種公開的數(shù)據(jù)格式，軟件需要實現(xiàn)輸電線路轉(zhuǎn)角、平面圖形、斷面圖形、斷面線等各種形式數(shù)據(jù)的ORG文件生成。

2.5 算法設(shè)計

算法流程圖如圖3所示。

（1）建立了編碼體系對照表。

實現(xiàn)JX4地物編碼與SL地物編碼的一一對應。

（2）地形點轉(zhuǎn)斷面點。

軟件根據(jù)線路路徑，通過偏距累距計算，自動對無序采集的地形點進行識別，分別將其歸類為中心線斷面點、左邊線斷面點、右邊線斷面點。

（3）地物圖幅裁切。

由于輸電線路平斷面有特定的測圖邊線，但在JX4實際測圖過程中，將很難嚴格按邊界進行測圖，為適應平斷面軟件的測圖邊線，需要對JX4輸出的數(shù)據(jù)進行自動裁切。

（4）水域處理。

當路徑經(jīng)過水域時，在水域的前后邊界點上的斷面需要進行斷開，一般軟件（如適普電力版）需要作業(yè)員進行人工處理，該軟件進行自動處理，首先求出中心線及邊線與水域的全部交點，再通過排序算法自動識別出前視溝邊點和后視溝邊點。

（5）房屋處理。

在輸電線路平斷面圖中，邊線以內(nèi)的房屋需要同時繪制平面和斷面，該軟件首先自動判定房屋是否在邊線以內(nèi)，對于邊線以內(nèi)的房屋，先根據(jù)房屋平面圖形各節(jié)點的Z值求出房屋所在地面的高程，再自動搜索出房屋范圍內(nèi)采集的比高點，求得房屋的實際高度，最終生成平面和斷面。

（6）交叉跨越處理。

由于在JX4中一般很難直接測得交叉跨越的線高信息，因此需要通過間接的方式，如采集交跨線路兩邊桿塔頂部的高程，再通過內(nèi)插，求得交叉跨越點處的高程，再通過中心斷面和邊線斷面內(nèi)插求得交叉跨越點投影到地面的高程，從而計算出大致線高，最終在平斷面圖中生成投影線。

（7）地物自動注記。

在其他軟件（如適普電力版）中，平斷面圖的注記要全部手工添加，而該軟件對此進行了優(yōu)化，對于一般指示性的注記，如溝、路、塘等，將不需要作業(yè)員在測圖時手工添加，而由軟件自動生成，并且智能判定區(qū)域注記密度，對復雜區(qū)域的注記自動進行取舍，同時自動調(diào)整注記位置，以保證圖面的美觀和整潔。

（8）自動化質(zhì)量檢查。

該軟件對于導入的JX4測圖成果，能夠自動進行質(zhì)量檢查，如檢查邊線以內(nèi)的房屋是否采集了比高點，地類界區(qū)域是否標注了樹高等。

2.6 平臺系統(tǒng)測試

采用徽州-萬安III回∏入韓村變220 kV線路工程部分段做了研發(fā)實驗和現(xiàn)場對比測試，從現(xiàn)場反饋的情況看，研發(fā)軟件測出的平斷面效果非常理想，自動化程度高，測圖效率更高，完全能夠滿足設(shè)計需求（見表2）。

2.7 軟件特點及創(chuàng)新點

2.7.1特點

（1）該軟件基于.net framework框架開發(fā)，可運行于目前任意版本W(wǎng)indows系統(tǒng)，且不需要其他任何第三方軟件（如CAD）支持，完全獨立運行。（2）軟件界面簡潔，高度集成了各種算法，無需人工干預，自動化程度高。

2.7.2創(chuàng)新點

比對研發(fā)成果軟件和其他軟件，及其生成的平斷面數(shù)據(jù)與其他軟件生成的平斷面數(shù)據(jù)及外業(yè)終勘數(shù)據(jù)的對比。

（1）提出了一種基于傳統(tǒng)數(shù)字攝影測量立體測圖流程的輸電線路平斷面成圖方法，與適普、海拉瓦相比，該方法無需針對立體測圖軟件進行定制開發(fā)，不僅適用于JX4，稍作修改可適用于目前大部分全數(shù)字攝影測量軟件，打破了適普、海拉瓦的技術(shù)壁壘；（2）提出了一種水域、房屋斷面、交叉跨越斷面自動化處理方法。能夠在處理溝河斷面時自動斷開，并生成斷開線，人工編輯量少；（3）實現(xiàn)了平斷面圖地物的智能注記；（4）后期需要刪改數(shù)據(jù)時，能夠分層管理，比如刪除全線所有房屋或者電力線，只需要在平面數(shù)據(jù)中選擇房屋這個層，直接刪除即可，過去數(shù)據(jù)不分層，刪除時需逐個刪除，容易漏刪、錯刪，而且作業(yè)效率非常低。

3 結(jié)語

該文形成了一套完整的適合該院的基于JX4的平斷面成圖系統(tǒng)，并形成了完整的流程，對后期線路平斷面圖有了更高效的解決方式，能夠廣泛應用于線路采集中去。 鑒于當前的使用情況和試驗驗證，認為該軟件完全能夠和其他航測電力線路軟件媲美，下一步，擬將SL與JX4測圖進行聯(lián)動測圖，做到實時測圖，實時出圖，實時邊圖。

參考文獻

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