地形圖點線矛盾檢查軟件開發(fā)

胡現(xiàn)輝，胡茂林，王三軍 ，錢 進

(1.西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021；2. 廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

等高線和高程點是地形圖數(shù)據(jù)的重要組成部分，但總是不可避免的會產(chǎn)生一些錯誤，如何消除或減少這些錯誤，是地形圖質(zhì)量控制的一項重要工作。在正常情況下兩根等高線之間高程點的高程應(yīng)介于等高線高程之間，如果其中有的高程點的高程不能滿足上述條件，則稱該高程點與兩條等高線高程矛盾，俗稱點線矛盾。點線矛盾檢查是保證地形圖精度的必要前提，等高線和高程點由于數(shù)據(jù)量大，高程屬性不直觀等原因采用人工目視檢查點線矛盾費事費力、容易導(dǎo)致檢查錯漏、產(chǎn)生新的人為錯誤，尤其對大批量的數(shù)據(jù)人工檢查無法提高檢查效率，同時數(shù)據(jù)的正確性也難以把握和控制。

同時由于地形圖質(zhì)量直接影響土石方量，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、工程成本的提高和工程預(yù)算制度的嚴(yán)格執(zhí)行，設(shè)計計算土石方與實際土石方不合的矛盾日益突出，這也是目前工程施工中易反饋的問題。所以地形圖點線矛盾檢查就顯得十分重要，因此通過編寫軟件實現(xiàn)點線矛盾自動檢查是非常有必要的。

1 軟件設(shè)計思路

軟件主要思路是根據(jù)等高線與高程點(有高點和注記點)的特性，利用TIN模型的基本原理，對等高線節(jié)點或高程點(有高點和注記點)作為節(jié)點構(gòu)TIN，根據(jù)待檢查點的平面位置，逐點循環(huán)判斷出待檢查點是否位于TIN中的某個三角形內(nèi)。對普通三角形根據(jù)三角形角點高程直接判斷，對平三角形和特殊三角形需在TIN中進行雙線性內(nèi)插得到內(nèi)插高程，然后對內(nèi)插高程與待檢查點的高程進行比較。

軟件開發(fā)涉及的算法包括：用于將離散點構(gòu)造三角網(wǎng)的構(gòu)造狄洛尼三角網(wǎng)算法、判斷高程點是否在三角網(wǎng)中某一三角形中的點在三角形內(nèi)算法、在三角網(wǎng)中使用三角形角點坐標(biāo)高程內(nèi)插指定坐標(biāo)高程的雙線性內(nèi)插算法。軟件流程圖見圖1。

圖1 軟件流程圖

2 軟件實現(xiàn)方法

2.1 等高線節(jié)點構(gòu)TIN檢查法

等高線節(jié)點構(gòu)TIN檢查法是以等高線節(jié)點建立TIN，再遍歷地形圖內(nèi)所有高程點，獲得每個高程點所在的三角形，或者遍歷每個三角形，獲得三角形內(nèi)的高程點，判斷高程點與所在的三角形的三個角點的高程值是否矛盾。將等高線所有節(jié)點使用逐點插入算法構(gòu)Delaunay三角網(wǎng)算法較為復(fù)雜，運行速度較慢，但準(zhǔn)確率高檢查結(jié)果可靠，可將實際錯誤全部查出。由于使用等高線節(jié)點構(gòu)TIN時除生成的三角形多數(shù)為普通三角形(兩個角點高程相同的三角形)外，部分區(qū)域會生成平三角形(三個角點高程相同的三角形)與特殊三角形(三個角點高程各不相同的三角形)，在平三角形與特殊三角形區(qū)域判斷點線矛盾會出現(xiàn)疑似錯誤，如在山頂、鞍部、地形圖邊緣處。等高線節(jié)點構(gòu)TIN示意圖見圖2。

圖2 等高線節(jié)點構(gòu)TIN示意圖

2.2 高程點構(gòu)TIN檢測法

高程點構(gòu)TIN檢測法是以高程點(有高點或注記點)建立TIN 網(wǎng)，再遍歷圖內(nèi)所有等高線節(jié)點，獲得每個等高線節(jié)點所在的三角形，或者遍歷每個三角形，獲得三角形內(nèi)的等高線節(jié)點，判斷等高線節(jié)點與所在的三角形的三個角點的高程值是否矛盾。高程點(有高點)構(gòu)TIN示意圖見圖3。

圖3 高程點(有高點)構(gòu)TIN示意圖

2.3 軟件詳細流程圖

以等高線節(jié)點構(gòu)TIN方法檢查有高點為例，算法部分詳細流程圖見圖4，其余三種檢查方法算法與此類似。

圖4 等高線節(jié)點構(gòu)TIN方法檢查有高點算法詳細流程圖

3 結(jié)語

3.1 算法優(yōu)缺點比較

軟件采用構(gòu)TIN法進行點線矛盾檢查，該算法相比較于放射線法優(yōu)點為算法一次到位，不需要多次循環(huán)，判定簡潔；缺點為構(gòu)TIN和內(nèi)插過程相對復(fù)雜及地形復(fù)雜區(qū)域、地形圖邊緣區(qū)域難以判定點線矛盾。

等高線節(jié)點構(gòu)TIN方法與高程點構(gòu)TIN方法比較：

(1)等高線節(jié)點構(gòu)TIN方法，由于等高線節(jié)點數(shù)量大，構(gòu)TIN速度慢，但準(zhǔn)確率較高，但地形圖內(nèi)部分區(qū)域因構(gòu)TIN產(chǎn)生平三角形和特殊三角形，會出現(xiàn)疑似錯誤，如等高線回旋較大區(qū)域和山頂、鞍部區(qū)域。

(2)高程點構(gòu)TIN方法，速度較快，但圖內(nèi)一些特殊地形，會出現(xiàn)疑似錯誤。

3.2 軟件總結(jié)

(1)數(shù)字化地形圖測量的生產(chǎn)中，高程值的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到地形圖產(chǎn)品的質(zhì)量。而高程值的檢查對于有效地進行質(zhì)量檢測，提高數(shù)字化生產(chǎn)的效率與可靠性具有重要的意義。采用軟件自動化進行點線矛盾檢查，明顯提高了地形圖質(zhì)量檢查的準(zhǔn)確性。

(2)開發(fā)的地形圖點線矛盾檢查軟件效率高、運行速度快、使用簡便，特別對于地形坡度較大、等高線較密集的山區(qū)等地形有更加明顯的效果。從而在一定程度上解決了數(shù)字化地形圖生產(chǎn)檢查難的問題，降低了人工檢查的工作量，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)隨著工程精細化管理的提高，對設(shè)計、施工管理日益細化、經(jīng)濟指標(biāo)量化，對土石方工程量計算提出了更高要求，進行地形圖點線矛盾檢查，提高地形圖成品質(zhì)量可以減少施工過程中土石方工程量不符合的矛盾。