纵横断面图绘制的新方法

郭胜利

摘要 通过对野外地形图和断面图测量方法的研究，设计基于地形图测绘的纵横断面图的测绘程序，并对该程序的主要功能和关键技术进行详细的论述。在目前的测绘技术中，利用该方法能够很大程度地提高测绘工作效率。

关键词 地形图；特征点；断面图

中图分类号：P217 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）04-0086-03

1 引言

水利工程的前期需要测绘部门在提供地形图的同时提供纵横断面图，为设计人员准确计算工程量提供原始数据。目前，国内的主流数字化测图软件，都有较强的地形测绘功能，但在断面数据的处理上常常存在这样或那样的问题：有些软件根本没有切取断面的功能，有些软件虽然有该功能，但切取出的断面常常存在许多不合理因素，不能正确反映断面的实况。

北京市水利规划设计研究院使用的地形图测量系统，在断面测量上仍沿用传统流程：地形图的测量与断面图的测量分开进行，在测量完地形图后，在每个横断面桩上依次设站，进行横断面测量。在数字化测图的今天，这种测量方法存在着较为明显的缺点：1）设站次数增多，增大出错机率；2）测点重复，测量地形图时已测量的特征点在横断面测量时，还需再测一遍；3）劳动强度加大，作业时间增长。很显然，传统做法不能发挥出现代数字化测图的优势。当横断面间隔距离较小时，这种矛盾显得尤为突出。

结合工程的实际需要，笔者编制相关软件，可以在测量地形图的同时进行纵横断面测量，使得所测量的碎步点既可参与纵横断面图的绘制，又可充当地形图的特征点，以提高所测点的利用率，最终提高工作效率。

本文以绘制横断面图为例，说明横断面图测绘的新方法。纵断面图的测绘与横断面图相似。

2 外业数据采集

2.1 设备配置Leica全站仪、传输电缆。

2.2 作业准备作业前，先将已知点数据输入全站仪内，并在现场根据需要实地确定横断面线的位置。

2.3 野外测量同地形图的野外测量一样，在已知点设站后，把断面点当作地形点来观测，测量其坐标和高程。可在测量地形图的同时进行断面测量，也可单独进行断面测量。通常，在河道不是很宽时，司尺员能够较准确地找到前进方向，使所测断面点接近一条直线。这样，在通视条件良好时，摆一站既可以测量地形图，又可以同时测量出许多条横断面。尤其是当横断面要求间距较小时，这种测量方法的优势就更为明显。这样就可以把所测量的地形点和断面点，同时保存在一个数据文件中。

一般情况下，在规划设计人员确定横断面间隔后，需要测量人员在实测时根据经验和河道的变化情况，在断面变化处加测横断面。用这种测量断面的方法，外业的测量人员可以很容易找准加测横断面位置。在内业数据处理时，根据给定的河道IP点（河道中心线上的转点坐标）和所加测的横断面的位置，对加测横断面赋予相应的桩号。这样就不必为规划设计人员提出的固定断面间隔而大费周折，可以更好地满足规划设计人员的需要。

3 内业处理流程

通过数据传输软件将野外采集的数据传入计算机中，并将含有地形点和断面点的数据同时展绘在地形图上，可以很明显地看出每一条横断面线的位置。为了使断面点上的数据便于提取，在内业编辑过程中，利用测图软件的展点连线的功能，将各条断面用逐点连线的方式从左至右连接起来，形成Pline线，这就具备了绘制断面图的条件。

断面图的绘制靠4个子程序来实现，即AT.LSP、DM1.LSP、CHAG.LSP、HD.LSP及野外观测原始数据文件A。

1）AT.LSP，赋桩号子程序，可将断面线赋予相应的桩号，并将断面线层属性转换到新层。

2）DM1.LSP，提取断面线子程序，将每一条断面线的节点坐标及桩号按照从左至右的顺序依次提取出来，并将各节点按坐标寻找A文件（野外观测原始数据文件）中的匹配高程，找到后按照一定的数据格式将断面线上的桩号、坐标、高程重新保存，形成中间文件B（如图1所示）。

3）CHAG.LSP，格式转换子程序，读取B文件中的数据，根据需要将其转换成绘制横断面图所需的格式，形成C文件（如图2所示）。

4）HD.LSP，绘制断面图子程序，读取C 文件中的数据，展绘横断面图，完成断面图的绘制（如图3所示）。

其流程可以按照上述4个子程序的顺序，依次执行即可（如图4所示）。

4 算法分析

4.1 桩号信息的保存A文件为文本文件。A文件中保存的是野外测得的原始地形点和断面点全部的坐标和高程数据。为绘制断面图，必须把相关的断面点数据从A文件中单独提取出来加以处理。如何提取断面点的坐标和高程，是本程序的关键。

在AutoCAD中，把point、circle、pline、line、text等图面上的矢量信息称作实体，每一种不同的实体，都有相应的组码与其对应。通过对AutoCAD数据结构的研究，发现在它的实体组码中，39号为实体的厚度组码，而在断面图的绘制过程中，断面线和所形成的断面图都是二维平面图，实体的厚度属性值均为零，因此可以利用39号组码存放信息，这对图面没有任何影响。利用AutoCAD的实体编辑功能，将断面的桩号存入39号组码当中，并将断面线转到新建的“DMX”图层（注：“DMX”图层上只应有断面位置线），这样就可顺利地提取出所有的断面线。如果把横断面位置线看作是一个实体，实体属性编码中的39号组码值则代表该条断面线的桩号，10号组码值则代表每一Pline线上每一折点的坐标值。为此，可以将图面上的断面点用Pline线按照从左至右的顺序（河道面向下游分左右）分别连起来，以便为下一步计算提供方便。

4.2 断面文件的生成在本程序中，第一步利用测图软件的功能，将断面点展点连线（如图5所示）。

第二步调用AT.LSP子程序以实现上述保存断面线桩号及转换图层的功能。通过断面线提取子程序DM1.LSP，可以从地形图中得到“DMX”图层上所有断面点的坐标数据，并将刚刚注入的各条断面线实体组码中的第39号组码值提取出来。这样就得到各条断面线的桩号及各断面点的平面坐标。再根据各断面点的坐标值，在A文件中检索出相对应的高程值，依断面点顺序逐个写入B文件中。

第三步生成B文件。B文件是从原始文件A中提取出来的包含横断面桩号和横断面线上所有折点坐标、高程信息的有序文件。在所形成的B文件中，每条横断面线之间有桩号做分隔，每条断面线上的坐标点都是依照自左至右的顺序依次保存的（如表1所示）。

表1中加粗显示的行，是每一横断面的开始行。第一列数表示序号，第二列数表示横断面桩号，第三、四、五列数依次为Y、X、Z坐标。

第四步通过格式转换子程序CHAG.LSP，计算出横断面线上各断面点起点距，连同该点所对应的高程，一同写入C 文件。C文件为绘制断面图子程序HD.LSP所要求的成果文件。

根据地形图断面连线重新生成数据。在从B到C文件的转换过程当中，有2种转换方法，即起点距算法和累加距算法。起点距算法是指：断面线上每一断面点距离的计算是该断面点到断面起点的直线距离，即起点距。累加距算法是指：断面线上每一断面点距离的计算是从断面起点开始，经过中间若干节点至该断面点的每一段线段的长度的总和。本文采用的是起点距算法。

C文件格式如表2所示。在表2中，加粗显示行是每一横断面的开始行。第一列是序号；第二列-0.5是地物分类编码，一般不需要表述；第三列表示各条横断面上的断面点的起点距；第四列表示与之对应的高程。

第五步调用HD.LSP子程序，绘制出横断面图，形成DWG文件。

5 误差分析

利用本方法可以采集横断面上的点，即横断面数据；同样也可采集纵断面上的点，即纵断面数据。理论上，每条横断面上的点应当在一条直线上，而纵断面上的点则应落在IP点的曲线之上。在实际测量过程中，对于横断面来说，司尺员在野外所测量的断面点会在该条断面所在直线的方向上左右摆动，不会正好落在直线方向上。如果用累加距算法，计算出的断面点的起点距比实际的起点距将增大，而且这种偏差将随着断面点个数的增加而加大，并且随断面点偏离直线的增加而加大。这种算法，横断线上的每一个点都会影响到后面点桩号的计算精度。对于横断面来说，并不适合用累加距算法。如果用起点距算法，则每一个断面点的位置，只能影响该断面点的起点距，而且不受其他断面点位置的影响，并且这种误差不会向下传递。但是，这种算法受横断面起点位置的影响比较大，在外业测量时，应当使横断面起点的位置尽量落在横断面位置线上，以保证后面横断面点的起点距计算的准确性。

在本程序的实际应用中，对于个别偏离断面线较大的点，应当在内业编辑过程中进行调整，以免影响成果的准确性。

6 结语

本程序采用AutoLisp语言编制，运行平台为AutoCAD R2000、R2002、R2004等版本，运行稳定。

利用此方法测量的纵横断面，测量的断面位置线以坐标、高程方式保存，不同于以往以距离、高程方式保存，这样的优点很明显：当设计人员更改设计中心线后，断面的位置不变，可以很清楚地反映出与新中线的位置关系；另外，这种断面数据可以单独保存，不受中线坐标的影响。

外业实施的具体工作中，可以根据河道的具体情况，选取不同的测量仪器。当河道不是很宽，通视条件较好时，司尺员能够较准确地找到前进方向，这时宜采用全站仪进行测量；当河道较宽，通视条件不是很好时，司尺员不易找准前进方向，宜采用RTK进行断面测量。无论是用全站仪测量还是用RTK测量，最终得到的都是所测量断面的坐标、高程数据。通过上述方法绘制成的纵横断面图，不但把野外第一手坐标、高程数据和断面图关联起来，而且易于对断面数据的管理。

生产实践证明，利用测量坐标、高程的方法测量断面图，不仅能保证断面的精度，而且还可以大大提高工作效率，降低劳动强度，取得良好的工作效益。

本程序目前在北京市水利规划设计研究院的测绘工作中得到广泛应用，在永定河干堤加固工程、清河综合治理工程、城市水系综合治理工程、凉水河整治工程、潮白河综合治理工程、南水北调等工程中发挥了很好的作用，断面成果准确可靠，较以往的做法省时、简便、高效。