基于三维坐标的断面数据采集与绘制模式研究

李保杰

（1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001）

基于三维坐标的断面数据采集与绘制模式研究

李保杰1

（1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001）

介绍了利用全站仪或GNSS-RTK同时采集断面特征点三维坐标的方法。研究表明，将先进的测绘仪器与优秀的测绘专业软件相结合，是提高作业效率和成图精度的一种便捷、高效的作业方法，具有很高的实用价值。

断面测绘；三维坐标；CASS软件

在线路工程（如管道工程或隧道工程）中，为了给工程设计、施工提供必要的技术依据，经常需要测绘纵横断面图。传统的纵横断面图测绘方法费力费时，效率较低。随着先进测绘仪器的研发和计算机软件的飞速发展，研究如何将二者有机结合以提高作业效率和成图精度，具有很高的实用价值。

1 三维坐标的采集

空间点的位置可以用三维坐标(X，Y，H)表示。一般通过角度测量、距离测量和高程测量[1]来获取空间点三维坐标。全站仪、GPS等测量技术的迅速发展，使得一次设站即可获得点的三维坐标成为可能。

纵横断面图的测绘是通过采集线路中线里程桩的高程和横断面上地形变化点到中桩的平距和高差绘制出来的。借助于电子测量仪器，采集线路断面上地形变化点的三维坐标，再由坐标即可获得两点之间的距离和高差。外业作业时，若使用全站仪测量，可在工程测区沿线的控制点上设站，然后在相应桩号的断面上测出地形特征点的三维坐标；若使用GNSS-RTK测量，则只需实时地在相应桩号的断面上打点，以测出断面地形特征点的三维坐标。该方法实现了大量外业数据的自动存储，且这些数据可通过数据线实现与计算机的自动传输，不仅可大大提高工作效率还可避免由于人工输入而产生的差错。

需要注意的是，为了数据后期使用的方便，应使用有编码的数据，即将采集的断面点加上编码，如通过输入以L、R或Z的字母来区分左侧断面点、右侧断面点及中桩点[2]。

2 断面方向的确定

采集的断面数据能否正确反映断面上地形的起伏变化，关键是所选择的碎部点是否在该中桩断面上。

线路设计文件中，一般是以坐标的形式给出中桩点的设计位置，所以在测设时，只要在实地将中桩点定位后即可测量出纵断面。但因线路既有直线型，也有曲线型，所以横断面的测量较为复杂。直线型的横断面直接垂直于线路中线，如果断面方向要求不严格，则可根据跑尺人员目估，现场确定横断面方向；否则，需要在线路中桩上设站，后视线路前进方向，然后旋转照准部90°或270°即可定出横断面方向。因为曲线型线路的横断面垂直过圆心与中桩连线的切线方向，所以横断面方向较难确定。实际作业时可先利用解析法在设计图上计算出横断面上任意一点的坐标，然后在现场测设该点，则该点与中桩点的连线方向即为该断面的横断面方向[3]。

3 CASS软件所需数据文件格式的建立

3.1 CASS软件所需的数据文件格式

选择用CASS软件绘制断面图，绘制方法选择根据里程文件绘制法。CASS软件中里程文件的编写格式为：

BEGIN,0：1

-24.96,490.46

-15.97,490.24

-7.67,490.83

0,491.67

1.44 ,492.12

5.88 ,493.78

13.34 ,494.44

27.84 ,495.89

代码涵义如下：

1）每个新断面第一行以“BEGIN”开始；断面左侧或右侧的里程表示该横断面上的地形变化点距中桩的平距。横断面左侧地形点的平距用负值表示，右侧地形点的平距用正值表示。例如，以上代码表示断面1的里程为K0+000，该中桩左侧24.96 m的地形变化点高程为490.46 m。

2）各地形点的表示顺序按断面上里程从小到大顺序排列。如果需要绘制不同时期的断面线，可在断面数据后面加“NEXT”数据行，“NEXT”往下的数据行表示同一断面另一个时期的断面数据，如设计的标准断面数据，“NEXT”往下的标准断面数据行编写格式与自然断面的格式一样，绘断面图时可将两期断面线同时画出来[4]。

3.2 数据文件格式的建立

将全站仪中的数据文件传输到电脑中，另存为**.dat格式；然后打开Excel，通过菜单【数据】→【导入外部数据】→【导入数据】把文本数据导入到Excel中，并添加表头：点号，编号，X，Y，H。在F2单元格中输入公式=ROUND(SQRT(C2-$C$6)^2+(D2-$D$6))（显示结果为断面特征点相对于中桩的边距，保留两位小数），在G2单元格中输入公式=F2&","&E2（显示结果为将断面特征点边距与高程合并为CASS所需的里程文件的数据组），分别选中F2、G2单元格进行下拉拖拽操作，进而计算其他断面特征点的边距及合并断面边距、高程[5]，如表1所示。将G列数据复制粘贴于记事本中，再编辑中桩的里程和高程，并另存为**.hdm格式。

表1 用Excel表格建立CASS软件所需的数据文件格式示例

4 CASS软件绘制断面图

打开CASS软件，如果仅需绘制断面图，则点击菜单【工程应用】→【绘断面图】→【根据里程文件】选择相应的里程文件，进行工程所需求的设置，即可绘制断面图。断面图还可根据已知坐标、等高线、三角网等方法绘制。如果还需计算出土方量，则点击菜单【工程应用】→【断面法土方计算】[6]，在弹出的下一级菜单中选择标准断面的设计文件[7]，即可绘制断面图和土方量计算表示例，如图1、2 所示。

图1 断面图示例

图2 土方量表示例图

5 结 语

在带状工程中往往包含了大量纵横断面图测绘，在较大的横断面中，又有多个断面特征点。利用电子仪器的数据存储、传输功能，Excel中公式的输入、编辑功能，可实现对三维坐标数据的处理，从而自动获取符合CASS软件要求的数据格式；再将此数据复制粘贴在记事本中，保存为CASS软件需要的数据格式，即可实现在CASS软件中自动、准确地绘制纵横断面图，且可避免断面图上地形特征点的失真或缺失。准确绘制的断面图可为工程的土石方量计算提供可靠的依据，也可大大提高成图效率[8]。通过多种软件的综合运用，许多繁琐的内业工作变得简单、便捷和高效。

[1] 李聚方,赵杰.地形测量[M].郑州：黄河水利出版社,2004

[2] 施永胜,孙鸿睿,邹峥嵘.简码数据采集法在断面测量中的应用[J].海洋测绘,2006,26(3)：48-51

[3] 张东明.基于碎部点的断面测量及数据处理方法[J].科学技术与工程,2010,10(13)：3 184-3 186

[4] 刘卫国,李大军,佟月峰.基于CASS里程文件绘制复杂断面的新方法[J].矿山测量,2006,6(3)：23-25

[5] 丁爱萍.计算机应用基础[M].北京：高等教育出版社,2008

[6] 南方CASS6.1用户手册[Z].广州：南方测绘仪器有限公司,2005

[7] 李忠,桂小敏. CASS6.1在任意断面土方计算中的应用[J].山西建筑,2007,33(18)：356-357

[8] 魏红洲,覃永基.利用Excel与南方CASS软件结合绘制断面图的方法探讨[J].科技信息,2011(7)：27,33

P258

：B

：1672-4623（2016）11-0082-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.029

李保杰，高级工程师，主要从事工程测量、地质矿产测绘工作。

2014-12-29。