CN101165693A - 线路平剖联动方法 - Google Patents

Abstract

本发明是长输管道、公路、铁路、水利、电力的线路优化设计的剖面可以随平面变化而联动生成的线路平剖联动方法。涉及道路、铁路建筑、水利工程和管道系统技术领域。其特征是它包括下列步骤：一是排列图(此等同于纵断面图)布局定制；二是制作基础地理数据(LANDBASE)；三是制作排列图。还可为中心线附着编辑反应器和对象反应器，进行平剖联动线路优化。本方法充分利用了多源、高精度的基础地理数据，支持设计人员室内的精细线路优化设计。本方法提高了效率和精度，降低了成本和周期，避免了线路设计人员的大量重复性的现场踏勘，在长输管道、公路、铁路、水利、电力等线路工程线路设计中具有很高的推广价值。

Description

线路平剖联动方法

技术领域

本发明是长输管道、公路、铁路、水利、电力的线路平剖联动方法，即剖面可以随平面变化而联动生成。涉及道路、铁路建筑、水利工程和管道系统技术领域。

背景技术

长输管道、公路、铁路、水利、电力等线路工程的路由设计涉及的因素众多，包括地形、地貌、土地利用、地质、水文、规划以及人工障碍物等诸多因素的综合影响。目前线路路由设计还停留在定性的水平，很大程度上依靠设计人员的经验，并且需要大量的外业踏勘和比选工作。一个经验丰富的工程师和另一个经验丰富的工程师所选择的路由经常存在一些差异。基于这种方法的路由设计只能改进更加有效的方法，以便于线路工程师做出科学决策。

线路路由设计的流程为：根据业主委托在指定的起点和终点，首先比选线路路由，确定关键工程(如中间站场、大中型穿跨越等)，然后再在细分后的两个控制点间再进一步进行路由比选。在每一个层面，线路设计都是以相应的区段为研究对象，研究的目的就是优化设计的路由。

随着现代科学技术的飞速发展，特别是航空摄影测量和遥感技术的迅速发展，使我们有可能在短时间、低成本获得研究区域更加详细的地理数据。面对同样的线路设计问题，如何利用详细的数字地图和数字高程模型(DEM)来提高线路设计的科学性和合理性以及降低成本就成了摆在我们面前的一大任务。

发明内容

本发明的目的是基于AutoCAD，在纵断面图中利用数字地图和数字高程模型(DEM)实现线路剖面随平面变化而联动生成的线路平剖联动方法。

本发明之线路平剖联动方法综合利用了多项AutoCAD技术(包括外部参照、反应器)和DEM高程内插技术，按照一定的操作流程，实现管道线路平剖联动。即用户指定中心线，该技术完成从内插、提取断面高程点到制作纵断面图的全部过程，使得用户可以基于基础地理数据实现交互式的线路优化设计。该方法可以被应用于如下领域：

线路纵排列图(此等同于纵断面图)制作，提供给施工图设计；

辅助线路设计工程师进行路由方案对比，最终完成路由设计。

该方法处理区段间线路平剖联动设计分为如下五个步骤：

步骤一：排列图布局定制；

步骤二：制作基础地理数据(LANDBASE)；

步骤三：制作排列图；

如果该方案是最终确定路由，则工作可以到该步结束，生成的排列图可以直接用于线路施工图设计；如果需要进行方案比选，可以继续执行下步工序：

步骤四：为中心线附着编辑反应器和对象反应器；

步骤五：平剖联动进行线路优化。

下边对这些步骤进行介绍：

1)排列图布局定制

不同国家、不同项目往往有不同的排列图格式要求。在项目准备阶段首先要完成排列图布局设计，即定制完成如下两个布局配置文件，包括图框(TITLEBLOCK.DWG)和布局配置(CONFIG.TXT)。布局配置文件是对图框布局的描述文件，包括纵断面图区、平面图区、注释行和标尺等内容的布局位置信息。

2)制作基础地理数据(LANDBASE)

基础地理数据是研究区段范围内沿管线两侧一定范围内的地理信息，通常由四部分构成：中心线、DEM(数字高程模型)、DLG(线划图)、DOM(正射影像)。其中中心线和DEM是实现平剖联动的必要组成部分；DLG和DOM是非必要组成部分，但是后两项数据有利于线路平面设计。

3)制作排列图

制作排列图是该方法的核心步骤，它的目的是根据基础地理数据对指定中心线段绘制排列图，线路的平面、剖面、长度、坡度等属性信息都可以在排列图中清晰地看到，用户可以根据排列图对设计的线路进行综合评价。制作排列图可以分为三步执行：

指定中心线和该段的起点和终点；

获得纵断面数据，并沿线路整合；

制作线路纵断面图(排列图AlignmentSheet)。

在这里有两项核心技术被应用，一是基于DEM的高程内插，它在第二步中使用；二是基于AutoCAD的外部参照，它在第三步中使用。

高程模型是高程z关于平面坐标x，y两个自变量的连续函数z＝f(x，y)，数字高程模型只是它的一个有限的离散表示。CAD中的DEM采用点栅格连续型DEM(Continuous DEM)表示，网格单元的值被理解为网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样就需要用一种插值方法来计算每个点的高程。计算任何不是网格中心的数据点的高程值，可使用周围4个中心点的高程值内插得到。常用的插值算法有反距离加权、双线性多项式内插、双三次样条函数等。

AutoCAD将外部参照作为一种块定义类型，但与普通块有一些重要差别。将图形以块参照插入时，它存储在图形中，但并不随原始图形的改变而更新；将图形作为外部参照附着时，事实上仅将该参照图形链接至当前图形；对参照图形所作的任何更改都会显示在当前图形中。外部参照是模型空间对象，可以以任何比例、位置和旋转角度附着。一个图形可以作为外部参照同时附着到多个图形。反之，也可以将多个图形作为外部参照附着到单个图形。外部参照可以嵌套，如果图形中附着有外部参照，则在图形作为外部参照附着到其它图形时，也将包含其中的外部参照。与块参照相同，外部参照在当前图形中以单个对象的形式存在。如果要分解外部参照，则必须首先绑定它。

4)为中心线附着编辑反应器和对象反应器

该步工作的目的是为了将程序和中心线捆绑在一起，以便实现中线平面变化时，剖面的联动生成。

反应器就是一个对象，它可以被附着在AutoCAD图形实体上，制作反应器是为了在一些感兴趣的事件发生时让AutoCAD通知相应的应用程序(回调函数)。当用户修改或移动中心线后，反应器会发现这些改动，并激发回调函数，重新获取线路剖面信息和生成纵断面图。常用的CAD反应器有4类：链接反应器、编辑反应器、数据库反应器和对象反应器，其绑定语法格式如下：

绑定反应器(绑定对象列表，参数列表，回调函数列表)

从语法格式看，反应器对象与其寄主之间是一种多对多的关系。本应用中涉及了编辑反应器和对象反应器。首先应当定义回调函数，该函数完成激活一个反应器事件后需要做的工作。本应用中将回调函数的工作描述为如下4个部分，分别对应由4个反应器来完成：

vlr-commandWillStart——清空变量，准备记录用户编辑的中心线对象；

vlr-commandEnded——记录用户编辑的中心线对象和编辑方法，是改变了还是删除了，并激活后续对应的对象反应器回调函数；

vlr-modified——根据已编辑的中心线完成从内插、提取断面高程点到制作纵断面图的全部过程；

vlr-erased——根据已删除的中心线，删除对应反应器、纵断面绘图区内容、标注行内容等。

5)平剖联动进行线路优化

该步骤是一个基于以上功能的循环、对比优化过程。在之前的4个步骤已经完成了配置、数据和程序。在本步骤用户可以在平面图上设计多条中心线，基于AutoCAD平台，交互式地调整平面路由，观察剖面变化和统计线路长度、坡度、坡度变率因子等纵断面属性，作为评价路由质量的指标，并最终确定该研究区段的最优路由。

该步骤中，事实上的“平剖联动”由反应器和回调函数完成。其内部由如下三个步骤构成：

中心线变更激发平剖联动设计；

获得纵断面数据，并沿线路整合；

制作线路纵断面图(排列图AlignmentSheet)。

纵断面数据可以支持三种数据源，它们按顺序分别为：

DEM；

DLG图中的地形点和控制点；

用户编辑好的断面数据文件(如PROFILE.DAT)。

对比传统的线路设计方法，本方法充分利用了多源、高精度的基础地理数据，支持设计人员室内的精细线路优化设计。本方法提高了效率和精度，降低了成本和周期，避免了线路设计人员的大量重复性的现场踏勘，在长输管道、公路、铁路、水利、电力等线路工程线路设计中具有很高的推广价值。

附图说明

图1线路平剖联动方法流程图

图2实施例指定管段平剖联动线路优化图

具体实施方式

实施例：在此以我国西部某输油、气管道部分线路的室内路由方案实验对比来说明线路平剖联动设计方法的具体实施方式。

首先已经根据以上所述的线路平剖联动方法，基于AutoCAD二次开发了SPS排列软件。针对方法中的每个步骤都设计了相应的程序，可以非常简单快捷地完成。方法是应用软件开发的基础，是独立于应用软件之外的；应用软件是方法的一个实现。

1)拿到项目实验任务书后，首先对实验任务书进行分析确定管段、比例尺等基本内容。并根据制图要求定制好排列图的参数。该研究管段为跨河管段，横向比例尺为1∶2000，排列图布局定制采用西气东输管道格式，其详细的文本配置参数如下：

(1 0 0)(2 150 195)(3 35 230)(4 56 547)(5 68 580)(6 25 545)(7.180)(8.5)(10.35)(12.20)(15.t)(16.t)

各括号中的第一个数字为字段的代码，详细意义可以参考详细说明。

2)该段管道通过航空摄影测量已经获得了1∶2000比例尺的DLG(线划图)、DOM(正射影像)、DEM(2米网格间距的数字高程模型)。我们将这些信息组合成为该区段的基础地理数据(LANDBASE)。在其上可以预先绘制若干中心线作为后续比选的候选方案。在本案例中，线路工程师可以在河流不同位置设置若干个穿越方案，设计路由方案时应当考虑凹岸、凸岸和水文变迁等多因素。

3)基于该线路方案中的指定的管段制作排列图(也可以是该方研究区段的全部线路)。如果该方案是最终确定路由，则工作可以到该步结束，生成的排列图可以直接用于线路施工图设计；如果需要进行方案比选，可以继续执行下步工序。

4)为中心线附着编辑反应器和对象反应器。该工序可以对当前中心线实施也可以对备选中心线实施。附着有反应器的中心线将成为“智能”对象。可以识别用户对它的操作，并能够自动重新制作排列图。

5)平剖联动进行线路优化

该步骤相当于一个设计者方案比选的平台。用户可以根据平面信息选择不同的中心线，并监视和统计不同线路断面的变化；也可以调整某中心线，观察剖面变化和统计线路长度、坡度、坡度变率因子等纵断面属性，作为评价路由质量的指标。待最终方案确定后，删除比选的方案，工作结束，生成的排列图可以直接用于线路施工图设计。

Claims (6)

1.一种管道线路、公路、铁路、水利线路、电力线路的线路优化设计的线路平剖联动方法，其特征是实施步骤为：

步骤一：排列图(此等同于纵断面图)布局定制；

步骤二：制作基础地理数据(LANDBASE)；

步骤三：制作排列图；

步骤四：为中心线附着反应器；

步骤五：平剖联动进行线路优化。

2.根据权利要求1所述的线路平剖联动方法，其特征是在制作的排列图的基础上，为中心线附着编辑反应器和对象反应器。

3.根据权利要求1所述的线路平剖联动方法，其特征是制作基础地理数据(LANDBASE)包括中心线、DEM(数字高程模型)、DLG(线划图)和DOM(正射影像)四部分。

4.根据权利要求2所述的线路平剖联动方法，其特征是所述为中心线附着编辑反应器和对象反应器的操作方法是为对象绑定反应器：包括对象列表、参数列表、回调函数列表。

5.根据权利要求4所述的线路平剖联动方法，其特征是所述回调函数列表涉及如下4个回调函数：

vlr-commandWillStart--清空变量，准备记录用户编辑的中心线对象；

vlr-commandEnded--记录用户编辑的中心线对象和编辑方法，是改变了还是删除了，并激活后续对应的对象反应器回调函数；

vlr-modified--根据已编辑的中心线完成从内插、提取断面高程点到制作纵断面图的全部过程；

vlr-erased--根据已删除的中心线，删除对应反应器、纵断面绘图区内容、标注行内容。

6.根据权利要求1或2所述的线路平剖联动方法，其特征是所述平剖联动进行线路优化是由反应器和回调函数完成，其内部由如下三个步骤构成并循环进行：

中心线变更激发平剖联动设计；

获得纵断面数据，并沿线路整合；

制作线路纵断面图(排列图AlignmentSheet)。

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