基于ArcGIS Engine的樁信息提取及三維地層模型構建

李 強 張 艷

（1.中國礦業大學（北京）地球科學與測繪工程學院，北京100083）

1 引言

樁基工程是基礎工程的最主要環節，占到了我國全部工程基礎70%左右［1］，以南京市某電影院基坑建設為例，該基坑東西長55米，南北寬31米，僅支護樁就使用了200余根。由于灌注支護樁單樁造價高昂，因此合理的規劃建造以節約工程成本，加快工程進度，便成為了樁基施工的重要問題。由設計院提供的CAD圖紙及文本資料雖然詳細表達了各類樁型的分布位置、相關的屬性信息，如樁長，樁徑等等，但卻無法為現場人員及時補充，修改，更新資料數據提供幫助，而這些以往只能一一記錄在文檔之上，對于數目較多的樁信息管理，就會顯得有些吃力。本文利用CAD的繪圖交換文件DXF，分別提取相關樁位中心點絕對坐標，而后建立基于空間位置的樁信息管理數據庫，并利用Arc Engine技術，以窗體界面形式實現了各類樁型相關信息的查詢，編輯以及二三維可視化操作。

2 樁位坐標提取及入庫

2.1 數據提取原理

Auto CAD以圖元為單位記錄數據［2］，設計人員對樁的表達一般為規則幾何圖形，如圓形，六邊形等，Auto CAD在記錄這些樁的位置信息時，采用的就是中心點坐標的形式。根據這個信息，可以在DXF中提取出相關各類型樁的絕對坐標值，然后建庫存儲。DXF文件作為Auto CAD的繪圖交換文件，是一種明碼文件，可實現CAD數據與其他格式數據的間接轉換［3］。關于利用DXF文件實現CAD數據與GIS數據轉換的研究，國內的申勝利等人分析了CAD圖元與GIS圖元的異同，通過分別建立點、線、面、注記對照表實現了兩者間的互通［4］。陳年松利用FME建立語義映射實現了CAD數據與GIS數據的語義轉換［5］。

由于本文側重于樁位的坐標信息，其他諸如形狀等屬性不予考慮，因此可根據解讀的DXF文件來實現樁位坐標值的提取。對于具體類型的樁位信息，可依據CAD圖元對照表來找到該類型所有樁的坐標值在DXF文件中的存放位置，而這些坐標值在DXF文件中的存儲也均是按照設計者的繪圖順序，因此在提取坐標值時就可以很快的得到想要的結果。CAD部分圖元對照見表1所示。

表1 CAD部分圖元對照表

2.2 數據的提取及編輯

根據2.1所述的思想，采用C＃語言可設計針對性算法完成數據的提取及入庫操作，并參照原文件及圖紙說明，為各類樁型添加其他屬性信息。下面以該電影院基坑支護樁為例，實現具體過程。本基坑支護樁按照設計樁長，樁徑，主筋配置共分為4種樁型，為區別各類樁型，CAD采用了不同的圖元形式，這些圖元信息在DXF文件中以類名或塊名來加以區分。因此可以依據這個特征信息將4種樁型分別提取出來存入數據庫。

具體操作流程為（以支護樁為例）：

1）將支護樁在CAD總圖中提取出來并另存為DXF文件；

2）找到支護樁采用的圖元類型；本例中支護樁類型為圓和塊，那么其在DXF文件中對應的圖元字符即為AcdbCircle及AcdbBlock Reference，而對于文件中存在的多類型塊，則以塊名來加以區分。表2為DXF文件的基本組值格式，該支護樁坐標信息即以此格式存儲在DXF文件里。

3）依據上述特征字符，提取坐標值并檢查入庫，在完成坐標值入庫的同時，為每根樁添加屬性信息，如半徑，長度等。DXF文件樁信息提取效果如圖1所示。

表2 DXF文件組值說明

3 生成Shape點文件

ArcGIS Engine10.0作為一組完整的嵌入式GIS組件，提供了功能完善的類庫。借助它們可以幫助開發者開發出自身需要的GIS功能。

滾筒篩是煤炭分選技術中應用非常廣泛的一種機械，是通過對顆粒粒徑大小來控制煤炭分選的，分選精度高。滾筒篩的筒體一般分幾段，可視具體情況而定，篩孔由小到大排列，每一段上的篩孔孔徑相同。滾筒篩主要有電機、減速機、滾筒裝置、機架、密封蓋、進出料口組成。

通過IFeatureWorkspace接口可以在工作空間創建新的Shape文件，在創建文件時，將數據庫中的樁屬性信息按照GIS字段格式要求，利用Field和Fields對象表達為Shape點文件屬性字段。而這些樁的坐標信息則為Shape點的相應坐標。

主要初始化工作：

1）創建工作空間

IWorkspaceFactory p WorkspaceFactory=new ShapefileWorkspaceFactory（）；

2）設置字段

doubleX，Y IPoint p Point=new ESRI.ArcGIS.Geometry.Point（）；

3）創建字段對象

IFieldsEdit p FieldsEdit= （IFieldsEdit）p Fields；

IField p Field=new Field（）；

IField Edit p Field Edit= （IField Edit）p Field；

最后，將生成的各類型樁按照圖形符號或顏色，在可視化界面加以區分顯示。

可視化界面設計則是利用了 MapControl，TOCControl，ToolbarControl三個控件協調設計完成。Map Control實現Shape點文件的加載顯示，TOCControl用來顯示圖層和相關符號體系的內容，Toolbar Control用來提供相關的命令，工具和菜單，其中TOCControl，ToolbarControl控件的“伙伴控件”均為 MapControl。Shape點文件的創建界面及顯示效果如圖2所示。

4 地層的三維模型構建

樁位下的地層三維視圖是正確認識地質構造的重要方法，可以幫助人們直觀的看到每根樁灌入地層的基本情況及相應的地層信息，因此，構造地層三維視圖顯得十分必要。

由于地質體的不規則和分層特性，描述地質體三維模型最便捷有效的方法就是利用地質勘測采樣點數據，將各土層高程數據視為相鄰兩層分界面，建立不同土層的TIN模型。TIN即不規則三角網，是由不規則空間取樣點和斷線要素得到的一個對表面的近似表示，包括點和與其相鄰的三角形之間的拓撲關系。依據這種方式建立起來的地質三維模型，可直觀的表達出各土層分布的起伏特征與厚度變化信息。

4.1 分層TIN的數據獲取

工程設計時的地質勘測報告所包含的一系列離散的，空間分布不均勻的采樣點數據［6］是構建TIN模型的基礎，基于這些采樣點數據獲得地表高程信息以及地質分層情況，從而可推斷出各個土層下的具有相同X，Y坐標，而高程Z信息不同的坐標點數據。

4.2 TIN構建

ArcGIS Engine為用戶提供了TIN組件，以方便用戶利用等高線或離散的高程點數據生成TIN［7］，這一過程是先將等高線或高程點數據創建為FeatureClass（要素類），然后利用ITin Edit接口生成三維TIN模型。基于這一思想，將獲得的各個土層下的坐標點數據作為生成TIN的數據源，并以高程數據作為主要字段，即可生成各土層的TIN模型。基本的思路如下所述。

1）以坐標點數據創建FeatureClass（要素類）；

2）通過ITin Edit接口下的Init New方法創建TIN；

3）通過ITinEdit接口下的AddPointZ方法將坐標點的高程信息添加到創建的TIN模型；

4.3 三維顯示

三維數據制作的最終目的在于數據的可視化表達，因此各土層的TIN數據也需要相應的載體來表達出地層的構造信息。ArcGIS Engine的AxScenecontrol控件實現了三維數據的瀏覽顯示功能。等同于樁位的二維可視化設計，三維窗體的設計也包含了相關的工具條控件，圖層編輯控件等等。將各土層TIN數據加載顯示，并將各類樁型數據按照設計樁長拉伸顯示，即可表達出每根樁灌入地層的基本情況。最終的顯示效果如圖3所示。

5 結論

本文通過DXF文件提取樁位坐標的方式，在獲得樁位坐標的同時，為相應樁型賦予屬性信息，實現了數據的入庫編輯。并根據實時的數據庫數據，建立點Shape文件，實現了樁的二維可視化環境及屬性查詢功能。最后基于采樣點數據，建立各土層的TIN模型，描述了樁位在地層下的三維狀態。