專利名稱：線路平剖聯(lián)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是長輸管道、公路、鐵路、水利、電力的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法，即剖面 可以隨平面變化而聯(lián)動(dòng)生成。涉及道路、鐵路建筑、水利工程和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
長輸管道、公路、鐵路、水利、電力等線路工程的路由設(shè)計(jì)涉及的因素眾多， 包括地形、地貌、土地利用、地質(zhì)、水文、規(guī)劃以及人工障礙物等諸多因素的綜 合影響。目前線路路由設(shè)計(jì)還停留在定性的水平，很大程度上依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng) 驗(yàn)，并且需要大量的外業(yè)踏勘和比選工作。 一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師和另一個(gè)經(jīng)驗(yàn) 豐富的工程師所選擇的路由經(jīng)常存在一些差異?；谶@種方法的路由設(shè)計(jì)只能改 進(jìn)更加有效的方法，以便于線路工程師做出科學(xué)決策。線路路由設(shè)計(jì)的流程為根據(jù)業(yè)主委托在指定的起點(diǎn)和終點(diǎn)，首先比選線路 路由，確定關(guān)鍵工程(如中間站場、大中型穿跨越等)，然后再在細(xì)分后的兩個(gè)控 制點(diǎn)間再進(jìn)一步進(jìn)行路由比選。在每一個(gè)層面，線路設(shè)計(jì)都是以相應(yīng)的區(qū)段為研 究對(duì)象，研究的目的就是優(yōu)化設(shè)計(jì)的路由。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是航空攝影測量和遙感技術(shù)的迅速發(fā)展， 使我們有可能在短時(shí)間、低成本獲得研究區(qū)域更加詳細(xì)的地理數(shù)據(jù)。面對(duì)同樣的 線路設(shè)計(jì)問題，如何利用詳細(xì)的數(shù)字地圖和數(shù)字高程模型(DEM)來提高線路設(shè) 計(jì)的科學(xué)性和合理性以及降低成本就成了擺在我們面前的一大任務(wù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是基于AutoCAD,在縱斷面圖中利用數(shù)字地圖和數(shù)字高程模型 (DEM)實(shí)現(xiàn)線路剖面隨平面變化而聯(lián)動(dòng)生成的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法。本發(fā)明之線路平剖聯(lián)動(dòng)方法綜合利用了多項(xiàng)AutoCAD技術(shù)(包括外部參照、 反應(yīng)器)和DEM高程內(nèi)插技術(shù)，按照一定的操作流程，實(shí)現(xiàn)管道線路平剖聯(lián)動(dòng)。 即用戶指定中心線，該技術(shù)完成從內(nèi)插、提取斷面高程點(diǎn)到制作縱斷面圖的全部 過程，使得用戶可以基于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交互式的線路優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方法可以 被應(yīng)用于如下領(lǐng)域線路縱排列圖(此等同于縱斷面圖)制作，提供給施工圖設(shè)計(jì)；輔助線路設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行路由方案對(duì)比，最終完成路由設(shè)計(jì)。該方法處理區(qū)段間線路平剖聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)分為如下五個(gè)步驟
步驟一排列圖布局定制；步驟二制作基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(LANDBASE);步驟三制作排列圖；如果該方案是最終確定路由，則工作可以到該步結(jié)東，生成的排列圖可以直 接用于線路施工圖設(shè)計(jì)；如果需要進(jìn)行方案比選，可以繼續(xù)執(zhí)行下步工序 步驟四為中心線附著編輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器； 步驟五平剖聯(lián)動(dòng)進(jìn)行線路優(yōu)化。 下邊對(duì)這些步驟進(jìn)行介紹1) 排列圖布局定制不同國家、不同項(xiàng)目往往有不同的排列圖格式要求。在項(xiàng)目準(zhǔn)備階段首先要完 成排列圖布局設(shè)計(jì)，即定制完成如下兩個(gè)布局配置文件，包括圖框 (TITLEBLOCK.DWG)和布局配置(CONFIGTXT)。布局配置文件是對(duì)圖框布 局的描述文件，包括縱斷面圖區(qū)、平面圖區(qū)、注釋行和標(biāo)尺等內(nèi)容的布局位置信 息。2) 制作基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(LANDBASE)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是研究區(qū)段范圍內(nèi)沿管線兩側(cè) 一定范圍內(nèi)的地理信息，通常由 四部分構(gòu)成中心線、DEM(數(shù)字高程模型)、DLG(線劃圖)、DOM(正射影 像)。其中中心線和DEM是實(shí)現(xiàn)平剖聯(lián)動(dòng)的必要組成部分；DLG和DOM是非必要組成部分，但是后兩項(xiàng)數(shù)據(jù)有利于線路平面設(shè)計(jì)。3) 制作排列圖制作排列圖是該方法的核心步驟，它的目的是根據(jù)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)對(duì)指定中心 線段繪制排列圖，線路的平面、剖面、長度、坡度等屬性信息都可以在排列圖中 清晰地看到，用戶可以根據(jù)排列圖對(duì)設(shè)計(jì)的線路進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。制作排列圖可以 分為三步執(zhí)行指定中心線和該段的起點(diǎn)和終點(diǎn)；獲得縱斷面數(shù)據(jù)，并沿線路整合；制作線路縱斷面圖(排列圖AlignmentSheet )。在這里有兩項(xiàng)核心技術(shù)被應(yīng)用， 一是基于DEM的高程內(nèi)插，它在第二步中 使用；二是基于AutoCAD的外部參照，它在第三步中使用。高程模型是高程z關(guān)于平面坐標(biāo)x， y兩個(gè)自變量的連續(xù)函數(shù)^f(x,y)，數(shù)字 高程模型只是它的一個(gè)有限的離散表示。CAD中的DEM采用點(diǎn)柵格連續(xù)型DEM (Continuous DEM )表示，網(wǎng)格單元的值被理解為網(wǎng)格中心點(diǎn)的高程或該網(wǎng)格單 元的平均高程值，這樣就需要用一種插值方法來計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的高程。計(jì)算任何不 是網(wǎng)格中心的數(shù)據(jù)點(diǎn)的高程值，可使用周圍4個(gè)中心點(diǎn)的高程值內(nèi)插得到。常用 的插值算法有反距離加權(quán)、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插、雙三次樣條函數(shù)等。AutoCAD將外部參照作為一種塊定義類型，但與普通塊有一些重要差別。 將圖形以塊參照插入時(shí)，它存儲(chǔ)在圖形中，但并不隨原始圖形的改變而更新；將 圖形作為外部參照附著時(shí)，事實(shí)上僅將該參照?qǐng)D形鏈接至當(dāng)前圖形；對(duì)參照?qǐng)D形 所作的任何更改都會(huì)顯示在當(dāng)前圖形中。外部參照是模型空間對(duì)象，可以以任何 比例、位置和旋轉(zhuǎn)角度附著。 一個(gè)圖形可以作為外部參照同時(shí)附著到多個(gè)圖形。 反之，也可以將多個(gè)圖形作為外部參照附著到單個(gè)圖形。外部參照可以嵌套，如 果圖形中附著有外部參照，則在圖形作為外部參照附著到其它圖形時(shí)，也將包含 其中的外部參照。與塊參照相同，外部參照在當(dāng)前圖形中以單個(gè)對(duì)象的形式存在。如果要分解外部參照，則必須首先綁定它。4) 為中心線附著編輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器該步工作的目的是為了將程序和中心線捆綁在一起，以便實(shí)現(xiàn)中線平面變化 時(shí)，剖面的聯(lián)動(dòng)生成。反應(yīng)器就是一個(gè)對(duì)象，它可以被附著在AutoCAD圖形實(shí)體上，制作反應(yīng)器 是為了在一些感興趣的事件發(fā)生時(shí)讓AutoCAD通知相應(yīng)的應(yīng)用程序(回調(diào)函數(shù))。 當(dāng)用戶修改或移動(dòng)中心線后，反應(yīng)器會(huì)發(fā)現(xiàn)這些改動(dòng)，并激發(fā)回調(diào)函數(shù)，重新獲 取線路剖面信息和生成縱斷面圖。常用的CAD反應(yīng)器有4類鏈接反應(yīng)器、編 輯反應(yīng)器、數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器，其綁定語法格式如下綁定反應(yīng)器(綁定對(duì)象列表，參數(shù)列表，回調(diào)函數(shù)列表)從語法格式看，反應(yīng)器對(duì)象與其寄主之間是一種多對(duì)多的關(guān)系。本應(yīng)用中涉 及了編輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器。首先應(yīng)當(dāng)定義回調(diào)函數(shù)，該函數(shù)完成激活一個(gè)反 應(yīng)器事件后需要做的工作。本應(yīng)用中將回調(diào)函數(shù)的工作描述為如下4個(gè)部分，分 別對(duì)應(yīng)由4個(gè)反應(yīng)器來完成vlr-commandWmStart——清空變量，準(zhǔn)備記錄用戶編輯的中心線對(duì)象；vlr-commandEnded—一記錄用戶編輯的中心線對(duì)象和編輯方法，是改變了還 是刪除了，并激活后續(xù)對(duì)應(yīng)的對(duì)象反應(yīng)器回調(diào)函數(shù)；vlr-modified—一根據(jù)已編輯的中心線完成從內(nèi)插、提取斷面高程點(diǎn)到制作縱 斷面圖的全部過程；vlr-erased—一根據(jù)已刪除的中心線，刪除對(duì)應(yīng)反應(yīng)器、縱斷面繪圖區(qū)內(nèi)容、標(biāo)注行內(nèi)容等。5) 平剖聯(lián)動(dòng)進(jìn)行線路優(yōu)化
該步驟是一個(gè)基于以上功能的循環(huán)、對(duì)比優(yōu)化過程。在之前的4個(gè)步驟已經(jīng)' 完成了配置、數(shù)據(jù)和程序。在本步驟用戶可以在平面圖上設(shè)計(jì)多條中心線，基于AutoCAD平臺(tái)，交互式地調(diào)整平面路由，觀察剖面變化和統(tǒng)計(jì)線路長度、坡度、 坡度變率因子等縱斷面屬性，作為評(píng)價(jià)路由質(zhì)量的指標(biāo)，并最終確定該研究區(qū)段 的最優(yōu)路由。該步驟中，事實(shí)上的"平剖聯(lián)動(dòng)"由反應(yīng)器和回調(diào)函數(shù)完成。其內(nèi)部由如下 三個(gè)步驟構(gòu)成中心線變更激發(fā)平剖聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)； 獲得縱斷面數(shù)據(jù)，并沿線路整合； 制作線路縱斷面圖(排列圖AlignmentSheet )。 縱斷面數(shù)據(jù)可以支持三種數(shù)據(jù)源，它們按順序分別為 DEM jDLG圖中的地形點(diǎn)和控制點(diǎn)； 用戶編輯好的斷面數(shù)據(jù)文件(如PR0FILE.DAT)。對(duì)比傳統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)方法，本方法充分利用了多源、高精度的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)， 支持設(shè)計(jì)人員室內(nèi)的精細(xì)線路優(yōu)化設(shè)計(jì)。本方法提高了效率和精度，降低了成本 和周期，避免了線路設(shè)計(jì)人員的大量重復(fù)性的現(xiàn)場踏勘，在長輸管道、公路、鐵 路、水利、電力等線路工程線路設(shè)計(jì)中具有很高的推廣價(jià)值。


圖1線路平剖聯(lián)動(dòng)方法流程2實(shí)施例指定管段平剖聯(lián)動(dòng)線路優(yōu)化圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例在此以我國西部某輸油、氣管道部分線路的室內(nèi)路由方案實(shí)驗(yàn)對(duì)比 來說明線路平剖聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)方法的具體實(shí)施方式
。首先已經(jīng)根據(jù)以上所述的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法，基于AutoCAD 二次開發(fā)了 SPS 排列軟件。針對(duì)方法中的每個(gè)步驟都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的程序，可以非常簡單快捷地完 成。方法是應(yīng)用軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，是獨(dú)立于應(yīng)用軟件之外的；應(yīng)用軟件是方法的 一個(gè)實(shí)現(xiàn)。l)拿到項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)任務(wù)書后，首先對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書進(jìn)行分析確定管段、比例尺等 基本內(nèi)容。并根據(jù)制圖要求定制好排列圖的參數(shù)。該研究管段為跨河管段，橫向 比例尺為1:2000，排列圖布局定制采用西氣東輸管道格式，其詳細(xì)的文本配置參
數(shù)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)各括號(hào)中的第一個(gè)數(shù)字為字段的代碼，詳細(xì)意義可以參考詳細(xì)說明。2)該段管道通過航空攝影測量已經(jīng)獲得了 1: 2000比例尺的DLG(線劃圖)、 D0M(正射影像)、DEM (2米網(wǎng)格間距的數(shù)字高程模型)。我們將這些信息組合成 為該區(qū)段的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(LANDBASE)。在其上可以預(yù)先繪制若干中心線作為后續(xù) 比選的候選方案。在本案例中，線路工程師可以在河流不同位置設(shè)置若干個(gè)穿越 方案，設(shè)計(jì)路由方案時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮凹岸、凸岸和水文變遷等多因素。3 )基于該線路方案中的指定的管段制作排列圖(也可以是該方研究區(qū)段的全 部線路)。如果該方案是最終確定路由，則工作可以到該步結(jié)東，生成的排列圖可 以直接用于線路施工圖設(shè)計(jì)；如果需要進(jìn)行方案比選，可以繼續(xù)執(zhí)行下步工序。4) 為中心線附著編輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器。該工序可以對(duì)當(dāng)前中心線實(shí)施也 可以對(duì)備選中心線實(shí)施。附著有反應(yīng)器的中心線將成為"智能"對(duì)象?？梢宰R(shí)別用戶對(duì)它的操作，并能夠自動(dòng)重新制作排列圖。5) 平剖聯(lián)動(dòng)進(jìn)行線路優(yōu)化該步驟相當(dāng)于一個(gè)設(shè)計(jì)者方案比選的平臺(tái)。用戶可以根據(jù)平面信息選擇不同 的中心線，并監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)不同線路斷面的變化；也可以調(diào)整某中心線，觀察剖面 變化和統(tǒng)計(jì)線路長度、坡度、坡度變率因子等縱斷面屬性，作為評(píng)價(jià)路由質(zhì)量的 指標(biāo)。待最終方案確定后，刪除比選的方案，工作結(jié)東，生成的排列圖可以直接 用于線路施工圖設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種管道線路、公路、鐵路、水利線路、電力線路的線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法，其特征是實(shí)施步驟為步驟一排列圖(此等同于縱斷面圖)布局定制；步驟二制作基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(LANDBASE)；步驟三制作排列圖；步驟四為中心線附著反應(yīng)器；步驟五平剖聯(lián)動(dòng)進(jìn)行線路優(yōu)化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法,其特征是在制作的排列圖的基 礎(chǔ)上，為中心線附著編輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法，其特征是制作基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù) (LANDBASE)包括中心線、DEM (數(shù)字高程模型)、DLG (線劃圖)和DOM (正射影像)四部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法，其特征是所述為中心線附著編 輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器的操作方法是為對(duì)象綁定反應(yīng)器包括對(duì)象列表、參數(shù)列 表、回調(diào)函數(shù)列表。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法，其特征是所述回調(diào)函數(shù)列表涉 及如下4個(gè)回調(diào)函數(shù)vlr-commandWillStart——清空變量，準(zhǔn)備記錄用戶編輯的中心線對(duì)象；vlr-commandEnded—一記錄用戶編輯的中心線對(duì)象和編輯方法，是改變了還 是刪除了，并激活后續(xù)對(duì)應(yīng)的對(duì)象反應(yīng)器回調(diào)函數(shù)；vlr-modified— _根據(jù)已編輯的中心線完成從內(nèi)插、提取斷面高程點(diǎn)到制作縱 斷面圖的全部過程；vlr-erased—一根據(jù)已刪除的中心線，刪除對(duì)應(yīng)反應(yīng)器、縱斷面繪圖區(qū)內(nèi)容、 標(biāo)注行內(nèi)容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法,其特征是所述平剖聯(lián)動(dòng)進(jìn) 行線路優(yōu)化是由反應(yīng)器和回調(diào)函數(shù)完成，其內(nèi)部由如下三個(gè)步驟構(gòu)成并循環(huán)進(jìn) 行中心線變更激發(fā)平剖聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)； 獲得縱斷面數(shù)據(jù)，并沿線路整合； 制作線路縱斷面圖(排列圖AlignmentSheet )。
全文摘要
本發(fā)明是長輸管道、公路、鐵路、水利、電力的線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的剖面可以隨平面變化而聯(lián)動(dòng)生成的線路平剖聯(lián)動(dòng)方法。涉及道路、鐵路建筑、水利工程和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是它包括下列步驟一是排列圖(此等同于縱斷面圖)布局定制；二是制作基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(LANDBASE)；三是制作排列圖。還可為中心線附著編輯反應(yīng)器和對(duì)象反應(yīng)器，進(jìn)行平剖聯(lián)動(dòng)線路優(yōu)化。本方法充分利用了多源、高精度的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，支持設(shè)計(jì)人員室內(nèi)的精細(xì)線路優(yōu)化設(shè)計(jì)。本方法提高了效率和精度，降低了成本和周期，避免了線路設(shè)計(jì)人員的大量重復(fù)性的現(xiàn)場踏勘，在長輸管道、公路、鐵路、水利、電力等線路工程線路設(shè)計(jì)中具有很高的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101165693SQ200610150570
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者于鐵兵, 徐俊科, 李翠云, 王冰懷, 程仲元, 郭朝元 申請(qǐng)人:中國石油天然氣管道局;中國石油天然氣管道工程有限公司