市政線路工程斷面信息提取與質檢程序設計與實現

張曉章，鄭峴，江威，蔣勝華

（武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022）

市政線路工程斷面信息提取與質檢程序設計與實現

張曉章?，鄭峴，江威，蔣勝華

（武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022）

在市政線路測量中，縱橫斷面測量是一項重要的工作。為提高市政線路工程縱橫斷面測量內業作業效率，減輕工程作業人員的內業數據提取難度和工作量，研發一套市政線路工程斷面信息提取和質量檢查程序十分必要。為此，論文介紹市政線路工程斷面測量內業作業流程，對市政線路工程斷面信息質檢程序功能進行了設計，詳細闡述了市政線路工程斷面信息質檢程序中高程點坐標糾正、高程點和注記生成、橫斷面分析、縱斷面分析導出斷面文本和輸出斷面文檔功能實現方法。結果表明：所研制的質檢程序有效地提升了縱橫斷面測量的內業工作，提高了產品質量和作業效率。

市政線路工程；斷面信息提??；質量檢查；程序設計

1 引 言

隨著國民經濟水平的快速增長，城市建設［1］也得到了大力發展。市政道路［2］作為城市建設的重要組成部分，擔負著美化城市建設，遍歷居民出行的重任。其設計是否合理直接影響城市的各項經濟建設，甚至人們的生活質量和幸福指數水平。在市政線路測量中，縱橫斷面測量是一項重要的工作，通常采用的測量方法有外業實測法［3］和DTM［4］法。一般來說，在獲取地形圖之后，再進行縱橫斷面的實地測量。外業實測橫斷面需先放出已設計中樁點位，采用全站儀（或水準儀）沿斷面線方向采集高程點，人工編輯生成斷面數據。該方法測斷面精度較高但外業工作量極大［5］，人員參與度高。采用DTM法是根據現狀地形圖上高程點構建三角網并內插生成斷面。該方法快速、人員參與度低，但構網時未考慮地形細部特征，斷面精度不高。

近些年，測繪信息化［6］水平的不斷提升。為減輕工程作業人員的內業數據提取難度，降低工作量，切實有效提高市政線路工程縱橫斷面測量內業作業效率，規范內業數據處理的過程和提高測繪工程數據產品質量，有必要對市政線路工程縱橫斷面測量內業作業流程進行清理優化，并研制出相應的斷面信息提取和質量檢測程序，提升產品質量，提高作業效率。

2 市政線路工程斷面信息質檢程序的研制

2.1 市政線路工程斷面信息質檢的要求

為了能夠更好滿足市政工程線路斷面信息的生產，我們首先對數據生產和組織方式的現狀進行了分析。然后，程序采用了斷面信息提取，橫縱斷面分析，斷面信息糾正，斷面信息導出的結構化生產工藝流程，如圖1所示。

圖1　市政線路工程斷面信息質檢程序作業流程圖

具體來說，該生產流程主要包括6個步驟:①程序提取樁位號信息和其高程信息；②采用人機交互的方式提取高程特征點的高程信息；③利用高程點和標注生成工具，在圖面上生成高程點和高程標注；④利用橫斷面分析生成的橫斷面圖，檢查每個樁位的高程點信息，并將反饋信息人機交互及時更新；⑤利用縱斷面分析生成的縱斷面圖，檢查連續3個樁位的高程信息，并對有誤的樁位高程信息進行人機交互更新；⑥導出文檔格式的斷面信息。

? 收稿日期:2015—11—06

作者簡介:張曉章（1965—），男，高級工程師，主要從事城市勘測技術管理工作。

2.2市政線路工程斷面信息質檢程序的功能設計

市政線路工程縱橫斷面測量程序采用 Client/ Server開發模式。在軟件開發方面，選擇的.NET開發平臺下的面向對象的 C#語言結合Map ObjectARX SDK開發包的方式，能夠使開發語言和接口封裝函數的底層類庫保持一致，保證了系統平臺開發過程中的便捷性和使用過程中的穩定性及易用性。本程序主要實現了斷面信息的自動化導出和斷面文本的質量檢查。程序主要包含高程點坐標糾正，高程點和注記生成，橫斷面分析，縱斷面分析，導出斷面文本，輸出斷面文檔等6個功能，如圖2所示。

圖2　程序主要功能

其中導出斷面文本和輸出斷面文檔為斷面信息導出工具。高程點和注記生成，橫斷面分析和縱斷面分析為質檢的主要工具。用戶可以利用斷面信息導出工具，導出TXT和DOC兩種格式的斷面信息。使用質檢工具，對斷面信息進行全方位的分析，可以準確定位到斷面信息冗余或者有誤的位置，然后刪除這些冗余信息或者糾正有誤的信息。用戶可以交替使用質檢工具中包含的多種分析功能，從而確保斷面文本中信息的準確性和合理性。

3 市政線路工程斷面信息質檢程序的關鍵技術實現

市政線路工程縱橫斷面測量程序的關鍵技術主要包括6點:高程點坐標糾正，高程點和注記生成，橫斷面分析，縱斷面分析，導出斷面文本和輸出斷面文檔。

分別取橡木桶貯藏后的獼猴桃果酒樣品和 4 ℃玻璃瓶密封保存的獼猴桃果酒樣品，各3個重復，隨機編號后進行品嘗打分。樣品的感官評定采用評分法，在學校范圍內篩選了2名具有專業資質的酒類品評教師和10名經過酒類品評培訓的學生（男、女各5人）組成品評小組。受試者被要求對果酒的整體感官質量（視覺、香氣和味道）進行評分，評分范圍在0到10之間。為此，將果酒樣品隨機編號，并用培養皿覆蓋。在20～22 ℃進行盲評，在品嘗過程中提供清水，品評前后使用清水漱口。單獨打分，避免互相影響，收集評分后去掉最高分和最低分各一個，然后計算平均值[15～17]。

3.1 高程點坐標糾正

由于外業工作環境復雜，強度大，時間緊迫。因此外業測量的時候有很多高程點沒有進行測量，從而導致高程點坐標的Z值和高程注記中的高程值不匹配。本功能的主要目標就是將高程注記和高程點對應起來，并使用高程注記中的高程值糾正高程點的坐標。關鍵技術有三個方面:高程注記提取，高程注記與高程點關聯和高程點坐標糾正。

利用C#語言的重載特性，將選擇過濾器和選擇函數結合可以獲取各種特定類型的對象。利用選擇過濾器和選擇對象函數集合的技術提取到高程注記之后，需要將高程注記與附近的高程點關聯。整個關聯的過程包括兩個關鍵步驟:①使用選擇過濾器，并設置緩沖區，提取高程注記周圍一定范圍內的高程點；②比較高程點與高程注記的距離，只保留距離最近的高程點。高程注記和高程點關聯之后，需要更新高程點坐標。高程點的位置屬性是可讀可寫的，而高程點的坐標Z值是只讀的。因此在高程點坐標糾正的過程中，不能直接修改坐標Z值，需要結合讀取到的高程注記中的高程值和高程點的X坐標值和Y坐標值，創建新的空間位置，并給高程點實體的位置屬性賦予新的位置信息。

因此，本程序使用選擇過濾器和選擇函數，過濾選擇到所有的高程注記之后，找到每個高程注記相關聯的高程點，并將高程注記中的高程值更新到高程點的坐標當中，即可實現高程點坐標糾正功能。糾正后的結果如圖3所示。

圖3　高程點坐標糾正

3.2 高程點和注記生成

斷面TXT文件中記錄的每個樁位號處的高程點信息和高程標注，是采用人機交互模式根據內業人員的經驗錄入的值。這些高程點和高程注記在DWG圖面上并不存在。在質量檢查的過程中，還原這些高程點和高程注記在圖面上的位置，可以將斷面TXT文件和DWG文件兩者結合起來，更加全面地判斷斷面TXT文件中記錄信息的準確性。

高程點和注記生成包括TXT文件高程點信息提取，道路中心線模擬，高程特征點坐標換算，高程點和注記繪制四個方面。TXT文件由多個樁位號以及樁位號處高程點的高程信息組成，其數據結構如圖4所示。

一條道路中心線通常由多個直線和圓弧組成［9］。道路中心線中直線的部分，可以較容易地推算出高程點的坐標。對于道路中心線中圓弧的部分，根據圓弧上的任意亮點和圓弧的半徑，可以將整個圓弧繪制出來。然后根據圓弧的長度，判斷圓弧上的整樁個數。整樁附近的高程點必定都在整樁與圓心的連線及延長線上，因此可以推算出整樁附近高程點的坐標，并將高程點和高程標注繪制在圖面上。高程點和注記生成的結果如圖5所示。

圖5　高程點和注記生成結果圖

3.3 橫斷面分析

斷面TXT文件中由每個樁位的樁位號、高程正負值及樁位附近的高程點信息組成。市政線路工程的橫斷面［10］即為經過樁位點的垂直于道路中心線的平面，因此，橫斷面分析生成的信息，是經過樁位點的平面與地形圖的交點處的高程點的高程。橫斷面分析的主要目標是生成橫斷面圖。通過橫斷面圖，用戶可以直觀的了解出每個樁位處左右兩邊的地形起伏情況，從而快速地甄別出有誤的高程信息及冗余的高程信息。橫斷面分析用于生成橫斷面圖，其生成過程中包含以下關鍵技術:TXT信息提取，樁位號處高程值排序，橫斷面圖繪制。

每個樁位號處的橫斷面圖由坐標軸，高程點，高程點連線，樁位號標注等信息組成。對每個樁位號處提取的高程值排序，在橫斷面圖繪制時進行兩次判斷。第一次是判斷樁位處高程起伏是否正常，判斷的方法為將最大高程和最小高程的差值與預先設置的高程閾值比較。如果差值在閾值范圍內，則高程起伏正常，可以快速地獲取最大和最小高程值。假如樁位處高程起伏超過閾值范圍，則對高程點連線設色使其突出顯示。第二次是判斷橫斷面圖上是否有冗余的高程點信息，判斷的方式是循環獲取相鄰的連續3個高程值并判斷它們是否相等。如果相鄰的連續3個高程值相等，則在橫斷面圖上設色將其突出顯示。每個中樁線都生成一個橫斷面圖。橫斷面圖水平比例尺默認為1∶2 000，垂直比例尺默認為 1∶100，如圖6所示。

圖6　橫斷面圖

橫斷面圖由高程點，高程點連線，高程Y坐標軸及其他注記組成。其中，中樁線與道路中心線的交點為坐標原點。從橫斷面圖中可以看出每個樁位線周圍的地形起伏情況，還可以快速的定位到高程差值超過閾值范圍的橫斷面圖，從而找到對應的樁位號。例如圖6所示的橫斷面圖（左一）存在連續3個高程相同的高程點，即高程信息冗余，因此可以根據標注中所顯示的樁位號“K=1140”，找到TXT文件中對應的樁位號處并對冗余的高程信息進行刪除。圖6所示橫斷面圖（右一）最大最小高程的差值超過了閾值范圍，因此用紅色將高程點連線突出表示，用戶可以結合DWG文件對TXT文件中的高程信息進行判斷并修改有誤的高程信息。圖6里中間的橫斷面為經過這兩次判斷之后橫斷面信息正確的圖。

3.4 縱斷面分析

沿著道路中線豎直剖開然后展開即為道路縱斷面［11］?？v斷面分析的主要目標是生成縱斷面圖?？v斷面圖由中樁點連線而成，它反映了道路中線地面高低起伏情況及設計路線的坡度情況。通過縱斷面圖，用戶可以快速地甄別出樁位高程起伏超過高程閾值的位置?？v斷面分析的關鍵技術有:TXT文件樁位點高程提取，高程值排序和縱斷面圖繪制。

在縱斷面圖的繪制過程中，需要進行4次不同的判斷。第1次是判斷樁位號是否為加樁，判斷方式是提取樁位號中數值部分是否能夠被整樁距離整除。第2次是判斷當前樁位處是否有陡坎存在，判斷方式是將樁位號與前一個樁位號比較，如果樁位號相同，則當前位置為陡坎。第3次是判斷相鄰3個樁位高程值彼此之間的差值是否超過了高程閾值，判斷方式是對3個高程值排序，求最大高程值與最小高程值的差值并與高程閾值比較。第4次是判斷相鄰3個樁位的高程值是否相等。

縱斷面圖由中樁點，中樁點連線以及其他圖上注記組成?？v斷面圖水平比例尺默認為 1∶2 000，垂直比例尺默認為 1∶100，如圖7所示。從縱斷面圖中，可以直觀的表達出陡坎，還能反映道路中線的起伏。

圖7　縱斷面圖

從圖7中可以直觀地了解在生成縱斷面圖時做的4次判斷。圖中整樁號用黑色點實體標示，加樁用綠色點實體標示。樁位號為“K=218.7”和“K=224.77”處為陡坎。此外，圖中連續3個高程值超過閾值范圍的樁位號或連續3個高程值相等時用洋紅突出顯示。道路的縱斷面圖和平面圖結合起來，就能完整的表達出道路的空間位置。

3.5 導出斷面文本

本程序中對斷面信息的提取采用自動化和人機交互兩者結合的方式?；静襟E如下:①根據中樁號所在圖層提取中樁號；②查找中樁號附近的高程值，使用查找到的高程值作為中樁高程正負值；③導出斷面TXT文件；④采用人機交互模式，將地形特征處高程信息錄入到TXT文件中；⑤將包含高程信息的TXT文件另存。該功能既可以用于采集斷面信息，生成斷面TXT。當用戶使用質檢工具中的分析功能輸出錯誤信息后，用戶也可以利用該功能，快速地定位到斷面信息有誤的樁位號處，進行核對分析，進而做出相應的修改。導出斷面信息的關鍵技術是中樁號和高程信息的提取，斷面信息的人機交互編輯和存儲。

導出斷面文本的功能向導中集成了創建新文本和編輯現有文本兩種常用操作。提取樁位號處的高程值的過程中，需要設置一個緩沖區來獲取這些高程注記，然后根據高程注記與樁位點的距離，使用距離最小的高程注記作為樁位高程。程序自動化提取的信息主要是中樁號和中樁高程；對于中樁附近的特征高程點的信息，則由用戶手動錄入。將創建的文本打開后，用戶可以進行特征高程點的距離值和高程值的信息錄入。斷面信息采集對話框的主界面如圖8所示。用戶編輯完成后，點擊保存按鈕，即可將自己對斷面信息所做的全部修改進行保存。

圖8　斷面信息采集和糾正

在斷面信息質量檢查的過程中，使用斷面信息采集對話框可以快速定位到相應的樁位號處，輔助用戶更加高效地完成質檢操作。例如在橫斷面分析生成橫斷面圖后，用戶發現某一樁位號處存在冗余的高程信息。則可以在采集對話框的TextBox中輸入樁位號，點擊查找即可定位到樁位號處，然后刪除冗余的高程信息并保存。

3.6 輸出斷面文檔

本功能主要用于輸出指定格式的斷面文檔。斷面文檔中包含的是對斷面TXT文件進行提取處理后的信息。該文檔由多個樁位號處的高程信息組成。每個樁位號處的高程信息一共包括3行，第1行為里程樁號，例如5080。第2行為中樁號左側的斷面數據，其中距離值和高程值均為相鄰點之間的差值。第3行為中樁號右側的斷面數據。輸出斷面文檔的關鍵技術包括TXT文件讀取，中樁高程行定位，斷面信息處理和斷面文檔生成。

待輸出的文檔需要輸出樁位號、樁位號左右兩側高程點之間的距離差以及高程差值。結合中樁高程行的數據特性，每個樁位號處的中樁高程行必須滿足兩個條件:①距離值為0；②高程值與樁位號處樁位高程正值相等。定位到中樁高程行后，要依據文檔格式對斷面信息做處理。此時的距離值和高程值以數組的形式存儲在內存里。

輸出斷面文檔的格式如圖9所示。該種格式每個樁位號處的斷面信息由樁位號，中樁左邊距離差值和高程差值，中樁右邊距離差值和高程差值3行組成。例如文檔中第1行0代表樁位號，第2行50.00代表中樁左側距離為50的高程點，0.49表示該高程點與中樁高程差值。第3行兩個0.00代表中樁與自己的距離差值和高程差值，50.00代表中樁右側距離為50的高程點，0.03表示該高程點與中樁高程的差值。

圖9　斷面文檔格式

輸出斷面文檔之后，用戶可以更加細致地了解樁位兩側的高程點個數以及高程點的疏密程度。通過相鄰高程點之間的距離差值和高程差值，還可以了解相鄰高程點處的起伏情況。

本程序主要是為了對斷面信息進行質量檢查，用戶使用不同的功能進行分析時，會生成不同的質檢結果。根據用于分析的數據源以及結果展示的方式的不同，程序主要包含兩類不同的質檢工具:①高程點和注記生成。生成高程點和高程點注記后，將這些信息展示到DWG圖中。根據生成的高程點和高程點注記，判斷文本文件中特征高程點選取是否合理，高程點的高程注記是否正確，如果判斷有誤，則更正文本文件中對應的高程點信息；②橫縱斷面分析。橫縱斷面分析時利用文本文件，檢查的結果以斷面圖的形式進行展示。使用這些工具，能夠為斷面信息的人機交互糾錯過程提供豐富的質量檢查資料，提高人機交互的效率。

4 結 語

本項目以提高市政線路工程縱橫斷面測量內業作業效率，減輕工程作業人員的內業數據提取難度和工作量作為切入點，研發了一套市政線路工程斷面信息提取和質量檢查程序。該程序不僅可以提取斷面信息，還可以對斷面信息TXT文件進行自動化地數據分析和檢查，并將結果進行輸出。在輸出結果的基礎上，采用人機交互的模式對斷面TXT文件中有誤的信息進行糾正。與傳統的質檢模式相比，本項目研制的自動化質檢程序高效地提升了縱橫斷面測量的內業工作，利用質檢程序中的多種分析工具對斷面文本中的信息進行不同類型的檢測，從而確保斷面數據的準確性。

［1］潘悅.快速發展背景下城市建設系統運作研究［D］.武漢：華中科技大學，2013.

［2］馬骉，毛雪松，劉保健等.中國道路工程學術研究綜述· 2013［J］.中國公路學報，2013（3）：1～36.

［3］吉仕村，何錫揚.網絡RTK技術在城市線路測量中的應用研究［J］.城市勘測，2012（2）：113～116.

［4］張玉堂.全站儀自由設站坐標測量及程序在斷面測量中的應用［J］.地理空間信息，2005（1）：49～50.

［5］李德仁，王艷軍，邵振峰.新地理信息時代的信息化測繪［J］.武漢大學學報·信息科學版，2012（1）：1～6，134.

［6］韓友美，楊伯鋼.車載LiDAR技術市政道路測量高程精度控制［J］.測繪通報，2013（8）：18～21，35.

［7］趙永平，馬松林，王百成.道路勘測設計一體化的DTM實現技術［J］.哈爾濱工業大學學報，2009（7）：155～159.

［8］劉煒，王榮寶.線路測量中縱橫斷面檢查系統的研究與開發［A］.第二屆“測繪科學前沿技術論壇”論文精選［C］.測繪出版社，2010（3）.

［9］張緒朋.斷面測量數據處理系統的設計與實現［D］.山東大學，2009.

［10］李素艷，楊東援，楊揚等.城市地下道路橫斷面設計研究［J］.地下空間與工程學報，2007（1）：114～117，123.

［11］馮曉，楊佳，李敏等.基于遺傳算法的公路縱斷面優化應用分析［J］.重慶大學學報·自然科學版，2007（7）：83～87.

The Program Design and Implementation of the Cross Section Information Retrieval of Municipal Engineering

Zhang Xiaozhang，Zheng Xian，Jiang Wei，Jiang Shenghua
（Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China）

Vertical and horizontal cross section measurement is an important work in the measurement of the city line.In order to improve the operating efficiency of the vertical and horizontal section of the municipal engineering line，and reduce the difficulty and the workload of the data extraction，it is necessary to develop a set of information extraction and quality inspection procedure.Therefore，this paper introduces the process of the measurement of the internal industry operation flow，and develops the function of the information quality inspection program of the municipal engineering section.Then we expound the method of realizing the function of the elevation points，the elevation points，the elevation points and the generation of the notes，the cross section analysis and the cross section analysis of the cross section of the section information quality control program.The results show that the quality of the inspection program can effectively improve the internal industry and improve the product quality and work efficiency.

municipal engineering；section information extraction；quality inspection；program design

1672-8262（2016）02-52-06中圖分類號：P208.1

B