线性工程带状地形图自动分幅的一种方法
第25卷第1期2007年2月
天 然 气 与 石 油N atural G as And Oil
V ol. 25,N o. 1
Feb. 2007
线性工程带状地形图自动分幅的一种方法
杨善文, 刘 丽, 李 玮
(中国石油工程设计有限公司西南分公司, 四川成都610017)
摘 要:, 效率, 、
图幅裁减来实现。。
关键词:; 自动分幅; 最小外接矩形文章编号:() 20055204 文献标识码:A
1 自动分幅在线性工程图设计中的意义
随着数字地球概念的逐渐成熟, 我国相继计划和实施了数字中国、数字国土、数字城市等大型工程。对我国信息化建设产生了巨大的推动作用, 同时引起各行各业数字化建设高潮。作为关系国计民生的基础性行业, 铁路、公路、通讯、电力、石油等行业均积极投身于行业领域的数字化建设工作。这些行业在数字化建设过程中, 有一个共同的重要产品, 即线性工程带状地形图。本文以石油、天然气管网为例, 探讨线性工程带状地形图自动分幅的方法。
数字石油、天然气管网是由一条条的管线所组成, 其数据量非常庞大, 一条管线动辄上百公里, 乃至几千公里, 比如西气东输管道工程就有近4000km 。在如此庞大的工程建设中, 勘察设计单位要提
2 自动分幅具体步骤与关键技术
211 线路中线与带状地形图的数据模型创建21111 根据目标工程技术标准, 确定标准分幅参数
线性工程有其特定的工程制图标准, 在每个工程项目设计之前, 都将制定本工程项目涉及的各项技术规范, 图框标准就是其中一项重要内容。本文所讨论的自动分幅是基于石油、天然气管道行业最
新提出的平纵(平面与纵断面) 合一思路。图框涉及到图纸类型、纵横比例尺、断面区长度、平面带状两侧范围等参数。根据以上参数, 可以直接推算出每一个标准图框包含的地理要素范围。
21112 构建线路中线与带状地形图空间数据模
型[1]
目前, 工程制图大多采用的不是线划图的形式, 我们采用矢量模型来对其数据进行组织。点用空间坐标对表示, 线由一串坐标对组成, 面是由线形成的闭合多边形。矢量模型能方便地进行比例尺变换、投影变换以及输出到笔式绘图仪上或视频显示器上[1]。
首先, 为目标工程采用矢量表达法创建完成其非常关键中线数据模型, 一维矢量表示空间中的一个线划要素, 即在二维欧氏空间中用一组离散实数点对来表示:
(x 1, y 1) , (x 2, y 2) , …, (x n , y n )
供大量带状地形图。勘察单位在野外采集了海量的中线、地物、地貌等数据后, 由内业人员进行线路带状地形图的制作, 首先就是要进行分幅。长期以来一直采用手工分割带状地形图, 费时费力而且不容易达到统一标准, 其工作量相当巨大, 为了减轻工作量、节约更多的人力、物力, 在实践工作中, 我们总结出一套计算机自动分割、旋平带状地形图, 即线性带状地形图的自动分幅方法, 提高了裁图工作效率。
收稿日期:2006205217 作者简介:杨善文(19802) , 男, 安徽省宣城人, 助理工程师, 学士, 毕业于西南交通大学测绘工程专业。主要从事工程测量工作。电话:(028) 86014554。
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其中(x 1, y 1) 为起始点, (x n , y n ) 为终止点, 一维矢量可以闭合, 即弧段首尾相接, 但弧段不能与自身相交, 一维矢量具有方向, 起自于起始点, 结束于终止点, 即创建了如图1所示的中线数据模型
。
S paghetti 结构的好处是能够顺次进行数字化绘
制工作, 对显示非常方便。
用拓扑数据结构构建中线数据与线路断面点、地形点的空间拓扑关系如图2所示
。
图1 中线数据模型
其次, (无结构) 的离散点、型创建数据模型。
S paghetti 结构与拓扑数据结构相结合的数据结构来表达该矢量数据模型[2](见表1) 。
表1 简单的点、线和闭合多边形的数据结构(S paghetti 结构)
A 1A 2A n I D 号X Y …
a 1n x 1y 1a 11a 121・
x 2y 2a 21a 22a 2n 2・x 3y 3a 31a 32a 3n 3・
…・・・・・・
x y a a a 15
x 1
x 2x 5
图2 Van R oessel 拓扑表中的连接
在分幅的位置上不一定有数据存在, 因此在图
幅交点位置需要补充一个结点, 有n 幅图就要补充n 21个结点, 我们称为补点。
由中线、带状地形图模型, 标准图幅, 补点等构成了地形图分幅的空间数据模型, 如图3所示
。
2y 1y 2y 5
7(第一线段头文件) (第一线段的中间点坐标)
图3 分幅空间数据模型
23x 1
x 2x 3
4y 1y 2y 3
7(第二线段头文件) (第二线段的中间点坐标)
212 最小外接矩形法方案[3]2. 2. 1 获取一个图幅范围内的离散数据
3
・15・2・8(第三线段头文件) ()
由上述的空间数据模型, 我们得到的如图4所示的一个图幅范围内的数据。一个图框可视为几何对象外接矩形, 由此可以方便地实现圈定几何对象范围、根据范围空间查询等功能
。
1526
x 1
x 2x 5
y 1y 2y 5
9(第一多边形头文件) (第一多边形中间点坐标)
22x 1x 2x 3x 4
4y 1y 2y 3y 4
7(第二多边形头文件) (第二多边形中间点坐标)
图4 图框的关系
3
(第三多边形头文件)
3
・7・9・21212 获取离散点数据的最小外接矩形图框
()
图4中黑色图框内为标准图幅所含的离散点数
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据, 虚线矩形内为后续工序所要求的图框所含的离
散点数据。我们设想将整个图形旋转一个角度以将虚线边框旋正, 如图5所示
。
范围后, 还要根据前后接图线的空间位置, 去掉后一幅重叠部分构建的空间范围才是裁图范围。21312 裁减当前图幅范围内图形要素
裁减的目的是依据当前图幅的裁图范围, 将范围外的图形要素参照范围线进行打断, 并且删除范围以外的图形要素。由于当前图幅一般是很小一部分, 而范围外数据量巨大, , 并不。对于接图线处的。3图5 , 我
们称之为最小外接矩形。
通过上面的观察和分析, 我们可以很快归纳出大体的实现思路。
a 1从离散点数据中, 我们可以很容易地找出这些坐标的范围信息:(X min , Y min ) , (X max , Y max ) 。
b. 以这两个坐标对为外接矩形的对角线坐标。c. 获取虚线外接矩形的长边中线, 该长边中线
根据当前裁图范围, 提取范围内的图形要素, 将图形要素以写块的方式单独存放成外部文件。文件的取名可以获取图框属性项中的图框编号, 同时记录每一个分幅图的相关属性, 包括图框参数、旋转角度、里程范围等。21314 图幅旋平与整理
通过前面的步骤, 所有分幅图已经形成, 接着需要做的是图幅整饰工作, 包括图幅旋平、图框编号、前后接图号、去除冗余等, 循环打开每一个分幅图, 根据当前图幅的角度, 计算旋转角度, 将图幅旋正, 以满足断面设计需要, 同时根据图幅的编号, 更新当前图幅的档案号、图标章等相关属性项, 包括图幅总张数, 当前张数, 图幅编号, 前后接图编号等, 同时清除图幅冗余数据。
至此, 自动裁减图幅工作完成。
与坐标系水平方向有一个夹角β, 夹角β就是我们要获取的最合适旋转角度。
d. 依据图幅起点和角度β旋转标准图框, 并按照图框地理位置进行编号, 如:5～6km 位置, 图框编号为K 5+000～K 6+000, 将编号保存在图框附带属性数据中, 已备后期使用, 根据空间数据顺次处理所有图框摆放, 就完成了带状地形图的分幅布局。213 自动裁减与编码方法
3 特殊情况处理与注意事项
自动裁图方法可以解决绝大部分裁图问题, 但
是在实际工作过程中, 可能还有一些非常特殊的情况需要注意。这些问题也可以通过程序自动处理。311 分幅图内角度变化过大问题
自动裁减过程与制图单位成图采用的支持软件
有关, 目前普遍采用的地形制图软件主要包括南方C ASS 、清华三维等, 基本上都基于或者支持Auto Desk 公司DWG 数据格式, 这里Auto C AD 为例描述。如果采用其它GIS 平台, 同样的思路基本都能达到裁图目的。自动裁图一般经过如下几个步骤:21311 确定裁图范围根据前面介绍的方法, 已经实现将图框依据图幅范围自动摆放到合理位置上, 获取图框四个角点坐标, 可以准确知道本幅图包含的空间范围。但是该范围内的图形元素并不完全是本幅图的内容, 因为相同尺寸下的断面长度包含的平面长度一般会长于断面尺寸, 为了确保平面与断面的一致性, 前后两个分幅图接图部分一般均有重叠。所以在确定本幅
当带状地形图的中线转角变化太大时, 会导致一个标准图幅无法完全包含其应有的离散点数据, 遇到此类问题时, 我们可以考虑通过人为干预来处理。首先, 用上述介绍的方法常规的处理, 然后单独提出该幅图, 人为的划分为两幅或更多幅图。如图6～8所示。
312 解决前后接图重复的处理方法
由于带状地形图是简单的点、线及多边形的组合, 因此很多人只用了S paghetti 结构就能建立空间
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时采用S paghetti 结构和R oessel 结构相结合的方式
就能避免前后图在接图时有遗漏或重叠的现象。313 中线桩断面间距过远问题
图6
问题图幅
通过最小外接矩形法确定图框摆放的关键是在图形范围内有至少两个点, 如果中线转点特别稀疏, 同时断面数据也很稀疏, , , 我们可, 依, 判断在中线上, 两个离散点之间的距离是否超过了标准间距, 如果超出就内插, 该点仅作为计算辅助, 确保计算理论可实施, 并不影响实际断面数据。
图7 处理办法
1
4 结束语
目前, 我们通过总结出的这套计算机自动分割、
旋平线性工程带状地形图的方法, 大大提高了裁图工作效率, 为建立地理信息系统基础数据节约了时间。
参考文献:
[1] 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构(C 语言版) [M].北京:清华
图8 处理办法2
数据模型。如果只以S paghetti 的方式进行数字化,
每条线的第二次数字化记录时未必与第一次的记录一致, 这会导致相邻多边形存在人为的间隙或有重叠的情况。R oessel 结构的优点是:一个多边形和另一个多边形之间没有空间坐标的重复, 这样就消除了重复线; 拓仆信息与空间坐标分别存贮, 有利于近邻, 包含和相连等等查询操作[3]。因此, 我们在建模
大学出版社,1997. 425. [2] 陈述彭, 鲁学军, 周成虎. 地理信息系统导论[M].北
京:科学出版社,1999. 39240. [3] 张明. 如何获取几何对象外接斜矩形[E B/O L ].地理信
息导论,2004212203.
《天然气技术》杂志创刊及征稿启事
经国家新闻出版社总署批准《天然气技术》, 杂志将于2007年2月创刊, 其主办单位为中国石油西南油气田公司; 双月刊, 全彩色印刷; 国内统一刊号为C N51-1701/TE , 国际刊号ISS N 1673-9035。
《天然气技术》办刊宗旨为:以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导, 研究和宣传天然气产业技术经济政策, 推进天然气技术经济领域理论与方法的研究与创新, 为天然气企业提高经济效益和天然气产业可持续发展服务。报道内容兼顾工程技术和经济管理。主要栏目有:专家视点、发展战略、技术与管理创新、评价与预测、勘探与开发、输送与储存、天然气利用、处理与加工、安全与环保、市场与营销、可替代能源、国际同
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