柯廣恒,李 莉

（1.長江航道測量中心，湖北 武漢 430000）

基于AutoCAD的斷面圖批量繪制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

柯廣恒1,李 莉1

（1.長江航道測量中心，湖北 武漢 430000）

介紹了基于AutoCAD的斷面圖批量繪制系統(tǒng)的設計思路，實現(xiàn)了從讀取CAD數(shù)據(jù)文件，到建立DEM三角網(wǎng)，再到計算采樣點水深，最后在指定位置自動化批量繪制標準格式斷面圖的一體化解決方案，大幅度減少了人工操作，提高了斷面圖繪制效率。

AutoCAD；斷面圖；批量繪制

傳統(tǒng)的斷面圖繪制方法是采用圖紙上量取，然后讀取數(shù)據(jù)并手工繪制，或使用軟件先讀取水深數(shù)據(jù)，再通過水深及距離的對應關(guān)系繪制斷面圖。在實際測量中，觀測點位和設計斷面線不可避免地存在一定偏差，需要對所測水深數(shù)據(jù)進行手動過濾或修正，整個斷面圖繪制過程復雜，重復操作多，生產(chǎn)效率低下，難以滿足長江航道生產(chǎn)用圖的需要。本文提出基于AutoCAD的斷面圖批量繪制系統(tǒng)的設計思路與實現(xiàn)方案，提高了斷面圖繪制效率。

1 總體思路

Autodesk公司的AutoCAD軟件數(shù)據(jù)編輯功能強大，許多測繪生產(chǎn)單位都把它作為數(shù)字化測圖和繪圖的主要工具。AutoCAD采用文件方式存儲地理空間實體位置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的維護和更新比較復雜。本文提出了從讀取CAD數(shù)據(jù)文件，到建立DEM三角網(wǎng)，再到計算采樣點水深，最后在指定位置自動化批量繪制標準格式斷面圖的一體化解決方案，并基于VC++程序集成開發(fā)環(huán)境，通過ObjectARX二次開發(fā)函數(shù)庫進行系統(tǒng)開發(fā)與研制[1]?？傮w架構(gòu)設計如圖1所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 水深點對象的提取

在AutoCAD中，存在多種形式表示的水深數(shù)據(jù)，例如點對象、文字對象、塊對象、復合對象等。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是文字形式的水深數(shù)據(jù)，即水深數(shù)據(jù)的屬性信息中并不含有水深值，而是用文本信息描述水深，同時用文本中特殊字符表示水深點真實位置（如小數(shù)點）。因此，通過ObjectARX得到的文本位置屬性并非直接的水深點真實位置，需要對其進行換算修正。

提取文字對象的第一步是對當前AutoCAD中所有對象進行過濾，僅保留文本對象。獲取到全部的文本對象水深數(shù)據(jù)后，逐個提取水深坐標及相應的水深值。本文以一個文字形式的水深數(shù)據(jù)為例，描述對其提取水深信息的方法。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 文字形式水深數(shù)據(jù)提取示意圖

如圖2所示，存在一個文本形式表示的水深點，水深值為13．8，坐標為小數(shù)點所在位置。H表示字高，W表示字寬，P1表示文字左下角，即通過ObjectARX獲取到文本水深對象的坐標，P2表示小數(shù)點所在位置，P3為垂足與P1和P2構(gòu)成直角三角形。P2（x,y）即為需要的水深點平面坐標。研究得出：

其中，P1P3表示點P1到點P3的距離，n表示小數(shù)點前面的數(shù)字個數(shù)，k1和k2為與字體、字寬相對應的固定經(jīng)驗系數(shù)。

其中， k3為與字體、字高相對應的固定經(jīng)驗系數(shù)。由公式（1）和（2）可以求得：

進而求得P2（x,y）：

對于P2點對應的水深數(shù)值，只需用函數(shù)“tstof”對文本進行簡單轉(zhuǎn)換即可。

2.2 離散水深點的三角網(wǎng)構(gòu)建

經(jīng)過提取過濾得到的水深點信息是離散的，僅含有平面坐標位置和水深信息的獨立點，它們之間沒有關(guān)聯(lián)信息。為了能利用這些離散點擬合指定斷面的水下地形情況，需要對其建立不規(guī)則三角網(wǎng)，即TIN（triangulated irregular network）。

本系統(tǒng)采用地形擬合方面運用的較普遍的Delaunay三角網(wǎng)，采用Lawson算法實現(xiàn)。其基本步驟為：

1）構(gòu)造一個超級三角形，包含所有散點，放入三角形鏈表；

2）將點集中的散點依次插入，在三角形鏈表中找出其外接圓包含插入點的三角形（稱為該點的影響三角形），刪除影響三角形的公共邊，將插入點同影響三角形的全部頂點連接起來，從而完成一個點在Delaunay三角形鏈表中的插入。如圖3所示。

3）根據(jù)優(yōu)化準則對局部新形成的三角形進行優(yōu)化，將形成的三角形放入Delaunay三角形鏈表；

4）循環(huán)執(zhí)行上述第2步，直到所有散點插入完畢。

經(jīng)過實際測試發(fā)現(xiàn)，在ObjectARX開發(fā)環(huán)境下，棧內(nèi)存由AutoCAD控制，不能自定義，一般可支持10 000個水深點構(gòu)建Delaunay三角網(wǎng)而不會發(fā)生棧溢出情況。如果需要支持更大數(shù)量的離散點建網(wǎng)，需要劃分區(qū)域分割處理，最后組合并網(wǎng)。本文采用緩沖區(qū)方案解決該問題，即針對每條斷面線，擴展生成足夠范圍的緩沖區(qū)，將對此斷面線產(chǎn)生影響的離散水深點全部囊括在緩沖區(qū)內(nèi)。最終，僅需要對緩沖區(qū)內(nèi)的離散水深點進行三角網(wǎng)構(gòu)建即可滿足斷面線地形擬合的需要。通過這個方案，一方面解決了過多層次迭代造成棧溢出的問題，另一方面大幅提高了計算速度。如圖4所示，圖4a中間的線段為設定的斷面線，矩形框為通過該斷面線擴展得到的緩沖區(qū)范圍。在計算三角網(wǎng)的時候，僅將納入該范圍內(nèi)的水深點進行考慮。圖4b為緩沖區(qū)內(nèi)離散水深點構(gòu)建好的三角網(wǎng)效果。

圖3 Lawson算法關(guān)鍵步驟

圖4 緩沖區(qū)示意圖

2.3 斷面線上水深數(shù)據(jù)擬合

對于已經(jīng)確定的斷面線，根據(jù)設定好的采樣間隔，可以確定每個采樣點的坐標。將采樣點坐標納入三角網(wǎng)，即可擬合出它的水深。

1）確認水深點所屬三角形

遍歷三角網(wǎng)中所有的三角形，采用經(jīng)典的射線法判斷水深點是否在三角形內(nèi)。其積分思路是，設三角形頂點分別為A、B、C，待判斷點為P，在右側(cè)無窮遠的地方找一點Q，作射線PQ，計算PQ和線段AB、BC、CA的交點個數(shù)，個數(shù)為奇數(shù)則P在三角形內(nèi)，為偶數(shù)則在三角形外。為了避免PQ通過A或B或C時產(chǎn)生誤判，需要減去重合的交點。該方法可以擴展到任意多邊形，且在實際計算中，為了便于計算一般會讓PQ為水平線。

圖5 點與多邊形拓撲關(guān)系判斷示意圖

圖5a中，水平射線與多邊形各邊累計有1個（奇數(shù)）交點，因此在多邊形內(nèi)；圖5b中，水平射線與多邊形各邊累計有0個（偶數(shù)）交點，因此在多邊形外；圖5c中，水平射線與多邊形各邊累計有2個（偶數(shù)）交點，因此在多邊形外；圖5d中，水平射線與多邊形各邊累計有2個交點，但是有一個重復，只能算作1個（奇數(shù)）交點，因此在多邊形內(nèi)。

通過這個方法，可以查看采樣點是否在某個三角形內(nèi)，如果在則認為該采樣點隸屬于這個三角形。如果采樣點不在任何三角形內(nèi)，則放寬隸屬檢測條件，不再要求點必須在三角形內(nèi)，而是通過計算采樣點與各個三角形幾何中心的距離，來找出幾何中心與采樣點最近的三角形。同時，認為該采樣點隸屬于這個三角形。

2）根據(jù)三角形確定的平面擬合計算水深

經(jīng)過步驟1）可以確定采樣點P對應的三角形ABC。為方便描述，設點A的坐標為（Ax，Ay，Az），點B的坐標為（Bx，By，Bz），點C的坐標為（Cx，Cy，Cz），點P的坐標為（Px，Py，Pz），其中Pz為待求水深值，其他為已知。

利用空間解析幾何的方法，推導出Pz的計算公式如下：

2.4 斷面圖繪制

單個斷面圖主要分成坐標軸、斷面線、注記三個部分。為了便于查看，坐標軸用縱橫的網(wǎng)格線表示，根據(jù)指定的比例尺來調(diào)整間隔。格網(wǎng)范圍中，橫向范圍和斷面線長度相關(guān)，縱向范圍和水深極值有關(guān)；斷面線用折線來表示，將采樣點展點到斷面圖上后，用折線連接起來即可，無需擬合；注記用于描述斷面圖的名稱、橫軸縱軸含義、比例尺等信息。單張斷面圖實例如圖6所示。

圖6 單張斷面圖示例

在單張斷面圖繪制基礎上，遍歷所有的斷面線成果數(shù)據(jù)，然后循環(huán)繪制，即可批量繪制斷面圖。

3 結(jié) 語

斷面圖批量自動繪制軟件可方便地解析AutoCAD中的水深點數(shù)據(jù)，按照指定的斷面位置分析計算水下地形情況，自動化批量繪制所需的水道斷面圖。已廣泛應用于長江航道日常數(shù)據(jù)生產(chǎn)以及其他相關(guān)的數(shù)據(jù)處理中。軟件處理速度快，使用方便，大大提高了數(shù)據(jù)成果的轉(zhuǎn)換速度和再利用率，顯著提高了工作效率。

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B

1672-4623（2014）03-0162-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.03.055

柯廣恒，碩士，主要從事地理信息服務研發(fā)工作。

2012-12-27。