Intergraph圖形工作站的圖形數(shù)字化功能及在高等級公路設計中的應用

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。Intergraph圖形工作站的圖形數(shù)字化功能及在高等級公路設計中的應用Intergraph圖形工作站的圖形數(shù)字化功能Intergraph圖形工作站的圖形數(shù)字化功能及在高等級公路設計中的應用佘若凡(江蘇省交通規(guī)劃設計院 210005)【摘 要】 Intergraph圖形工作站具有強大的圖形數(shù)字化功能，利用該工作站制作的數(shù)字化地圖、數(shù)字化地形圖已在江蘇省交通規(guī)劃設計院的高等級公路設計中得到廣泛應用，取得了較好的經(jīng)濟效益。本文介紹了圖形工作站的構(gòu)成、圖形數(shù)字化的工作流程、數(shù)字化地圖和地形圖的制作過程及數(shù)字化

2、圖在高等級公路設計中的應用。一、圖形數(shù)字化功能http;/測繪信息網(wǎng)江蘇省交通規(guī)劃設計院于1995年引進了一套美國Intergraph公司的圖形工作站系統(tǒng)。該系統(tǒng)由6臺TD系列計算機，大屏幕顯示器，1臺Eagle 3640掃描儀及HP彩色噴墨繪圖儀構(gòu)成，采用NT操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備有最新的、功能強大的兼容中文的CAD圖形軟件MicroStation 5.0，并以此為平臺開發(fā)出多種工程應用軟件。該工作站具有強大的圖形功能。它具有將既有地圖、地形圖、各種工程設計圖矢量化的功能，利用矢量化后的數(shù)字圖可以制作工程可行性方案圖、數(shù)字化地形圖、工程通用圖等。如用于道路設計中，即可以這些圖為基礎，方便地繪制

3、總體布置圖、公路用地圖、路線平面圖、橋位平面圖、地理位置圖、水系圖及各種縱橫斷面圖、橋梁涵洞設計圖等。該工作站還具有對掃描輸入的柵格圖進行編輯處理的功能，使得設計人員可直接在未經(jīng)矢量化處理的地圖上進行路線方案的比選、優(yōu)化，大大提高路線平面設計的效率。http;/測繪信息網(wǎng)二、圖形數(shù)字化的工作流程 該工作站的圖形數(shù)字化工作流程如圖1所示。 1. 數(shù)據(jù)采集Intergraph工作站可用多種方式進行數(shù)據(jù)采集。本文僅介紹掃描儀采集方式。http;/測繪信息網(wǎng)使用掃描儀將現(xiàn)有地圖、地形圖、各種工程設計圖輸入工作站，獲得柵格格式的圖形文件。http;/測繪信息網(wǎng)Eagle 3640掃描儀分辨率可達800

4、dpi，對于12 000地形圖，400 dpi600 dpi分辨率已足夠。I/RAS系統(tǒng)軟件支持三種柵格文件格式：*.RLE，*.CIT，*.TG4。三種格式各有千秋，用戶可按需選用?？紤]到盡量減少信息損失，近年來又開發(fā)了直接對航攝像片進行掃描的航空掃描成圖系統(tǒng)Image Station?；趫D形工作站的該系統(tǒng)不僅能直接從航片上采集圖形數(shù)據(jù)，也是采集GIS資料的理想設備。http;/測繪信息網(wǎng)該系統(tǒng)能根據(jù)掃描輸入信息進行航片的立體定向的影像糾正，提供正射影像，并據(jù)此對地形、地物進行判讀，提取地物特征點的三維坐標。2. 格式轉(zhuǎn)換http;/測繪信息網(wǎng)所謂格式轉(zhuǎn)換，對于掃描儀采集方式而言，是指把掃

5、描輸入的以柵格形式表達并加以物理存貯的圖形轉(zhuǎn)換為以矢量形式表達并加以物理存貯的過程，也稱&ldquo矢量化&rdquo。Intergraph圖形工作站主要通過I/RAS軟件完成圖形矢量化的格式轉(zhuǎn)換。該軟件以MicroStation為圖形平臺，用MDL語言編寫，由I/RAS B和I/RAS Engineer兩個模塊組成。其中后者是在前者的基礎上進一步開發(fā)而成。I/RAS軟件的主要功能包括：http;/測繪信息網(wǎng)(1) 文件管理功能(File):文件的打開和存盤(Copy and Save)；文件預覽(Preview);分層信息及管理(Layer Info);圖塊聯(lián)接和分解(Mer

6、ge and Extract);柵格圖繪制(Plot);不同柵格格式轉(zhuǎn)換(Convert)。(2) 柵格圖編輯功能(Edit);前次操作廢除(Undo);前次操作廢除的廢除(Undo Undo); 柵格點、線、弧的繪制、增刪(Arc、Line、Point&hellip)；柵格圖的復制、平移、旋轉(zhuǎn)和縮放(Copy、Move Rotate Scale&hellip)；柵格圖的曲變糾正及定位(Warp);圖形平滑(Smooth);圖形去污(Speckle)。http;/測繪信息網(wǎng)(3) 系統(tǒng)設置(Setting):對各種矢量化過程中所用參數(shù)進行設置。(4) 視見性(View):對圖形

7、的顯示方式、顯示內(nèi)容等進行設置。(5) 矢量轉(zhuǎn)換功能：線段自動跟蹤(Trace Lines);多邊形轉(zhuǎn)換(Convert Blcoks);弧線轉(zhuǎn)換(Convert Circles and Ellipses);直線段轉(zhuǎn)換(Convert Lines);字符自動識別(QTR、ITR)；圖單元轉(zhuǎn)換(Convert Cells)。http;/測繪信息網(wǎng)I/RAS軟件是所謂&ldquo半自動&rdquo矢量化軟件，它不是對柵格圖形用批處理的方式進行全面的自動的計算識別，而是以交互式的方式對柵格圖中的每根線條逐一進行變換，因此矢量化的速度主要取決于操作者的經(jīng)驗和熟練程度。3. 信息加載ht

8、tp;/測繪信息網(wǎng)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字化底圖后，還必須在圖上添加道路設計的有關信息，如路線平面圖應在數(shù)字化圖上標注路線中心線、樁號、有關構(gòu)造物等，而總體布置圖則還要在數(shù)字化底圖上繪制用地邊界、路基邊坡防護形式、橋梁涵洞的平面布置、各種線外工程設計情況等，添加此類信息的過程稱作信息加載?？梢杂邢聨追N信息加載方式：(1) 應用Intergraph公司開發(fā)的道路設計軟件Inroads進行信息加載；(2) 應用Intergraph公司開發(fā)的CAD軟件MicroStation進行信息加載；(3) 數(shù)字化底圖文件格式由DGN轉(zhuǎn)換為DWG或DXF后應用AutoCAD軟件進行信息加載。4. 產(chǎn)品輸出http;/

9、測繪信息網(wǎng)常用以下幾種產(chǎn)品輸出形式：(1) 繪圖儀繪制成品圖；(2) 圖形文件寫入硬盤或軟盤；(3) 圖形文件寫入光盤；http;/測繪信息網(wǎng)其中以第3種形式最為方便可靠。 三、數(shù)字化方案圖的制作高等級公路設計文件中包括路線方案圖、路線平縱面圖、地理位置圖、沿線水系圖等。http;/測繪信息網(wǎng)此類圖多用于示意或輔助參考，可只將底圖中一些重要的有討論意義和有控制意義的信息示出。例如在路線方案圖中，應示出沿線重要河流、渠道、水庫、等級公路、鐵路、鄉(xiāng)以上政府所在地、較大的村鎮(zhèn)、重要的高壓線路、輸油管線、行政區(qū)劃邊界等。必要時，應將各行政區(qū)劃以彩色背景加以區(qū)分，除此而外的圖面信息可略去，從而達到圖面清

10、晰、簡明扼要、重點突出的目的。對用于方案匯報、評審的數(shù)字化掛圖的制作，除上述原則外，還應注重圖面的美觀和色彩搭配的協(xié)調(diào)。目前，我院已在同(江)三(亞)高速公路汾灌段工程可行性論證和汾灌段初步設計中較多地使用了各種數(shù)字化方案圖，取得了良好的效果。 四、數(shù)字化地形圖的制作http;/測繪信息網(wǎng)下面結(jié)合同三高速公路江都段介紹1 帶狀數(shù)字化地形圖的制作過程：1. 準備工作http;/測繪信息網(wǎng)(1) 底圖掃描。對于薄膜底圖，掃描儀分辨率取400 dpi600 dpi。(2) 確定一個DGN文件中所包含的圖幅數(shù)。每個DGN文件中可以只包含一幅圖，也可包含45幅圖。(3) 確定Cell及字符與視圖的關系屬

11、性。根據(jù)道路設計對帶狀地形圖的要求，江都段數(shù)字化地形圖制作中規(guī)定按與視圖獨立的方式放置獨立地物及進行西文、漢字注記。(4) 種子文件(Seed File)設置。江都段圖種子文件設置如下：MU主單位：m；http;/測繪信息網(wǎng)SU輔單位：cm；PU工作分辨率：mm；坐標和距離的輸入、顯示按主格式用小數(shù)顯示；角度以十進制度數(shù)顯示，顯示精度為小數(shù)點4位；顏色號、顏色值按缺省值；http;/測繪信息網(wǎng)所有新開DGN文件均使用同一種子文件。(5) 圖面信息分類和分層管理。為便于產(chǎn)品圖的使用，必須將地形圖圖面信息進行分類并納入不同的圖層。江都段圖分類和分層情況見表1。(6) 圖形單元(Cell)的制作。利

12、用圖形單元可較大地提高數(shù)字化圖制作效率。應當嚴格參照國家圖式規(guī)定的圖形、幾何尺寸、線型、線寬制作Cell。制作中就應將Cell賦予相應的圖層屬性，以提高Cell置放效率。建議所有DGN文件只使用同一個Cell庫。表1 數(shù)字化分層規(guī)定層號層 名色號線號說 明1Single Object00獨立地物、各種符號注記2Water System70,1水系(單線溝線號為1)3Boundary01境界4 City and Town 0 0 居民地及其附屬設施、小范圍管線(包括柵欄、籬笆、鐵絲網(wǎng)等)5Contour Line60等高線6Road31道路7Pipe and wall00管線8Tree20植被9

13、Elevation Mark00高程注記(包括所有西文注記)10Chinese Mark00漢字注記11Field60地貌12Border40,1圖廓、公里網(wǎng)及其圖外注記等13Others53參考點、檢查點等 (7) 線型庫的制作。地形圖中的大車道、鄉(xiāng)村路、地類界、流水箭頭、電桿、陡坎線等周期重復的線段都可以由用戶自定義為&ldquo線型&rdquo(Line Style)，使用中非常方便。定義線型時應嚴格參照國家圖式規(guī)定的線寬、線長、線間距制作。所有DGN文件只使用同一個線型庫。定義完畢后給文件加上后綴 RSC(資源文件)，然后拷至C:WIN32APPUSTATIONWSMO

14、DDEFAULTSYMB目錄下，即可使用。使用中特別注意不可輕易將線型庫中某一線型更名、刪去、變更，否則會導致所有DGN文件中該線型的缺失和變形2. 坐標系選擇http;/測繪信息網(wǎng)(1) 選用輔助坐標系根據(jù)原圖的視圖方向，建立一個滿足視圖中&ldquo路線起點在左側(cè)，前進方向在右側(cè)且中線大致水平&rdquo的原則的輔助坐標系(Auxiliary Coordinate)。http;/測繪信息網(wǎng)使用中發(fā)現(xiàn)，該坐標系不能很好地和Intergraph圖形工作站的某些軟件兼容，如I/RAS B,Inroads等。(2) 選用繪圖坐標系MicroStatian的繪圖坐標系是數(shù)字坐標，地形

15、圖則采用大地坐標，因此應將x、y值轉(zhuǎn)換后輸入。http;/測繪信息網(wǎng)緊接著就應進行視圖旋轉(zhuǎn)，以滿足是視圖中&ldquo路線起點在左側(cè)，前進方向在右側(cè)且中線大致水平&rdquo的原則。江都段圖視圖左旋約85°，一切的輸入都只能在視圖旋轉(zhuǎn)后進行。3. 柵格圖的曲變糾正和定位(Warp)掃描輸入的柵格底圖是否能消除由于扭曲而產(chǎn)生的形變并精確地實現(xiàn)格網(wǎng)點和相應大地坐標的重合，是減少數(shù)字化地形圖精度下降的關鍵。I/RAS軟件提供3種曲變糾正和定位模型：Helmert、Projective和Affine，常選用Affine-1。此種模型的最小重合點數(shù)為3。4. 柵格圖的分層矢量轉(zhuǎn)

16、換和字符標注可按圖面信息逐層對當前層信息進行矢量轉(zhuǎn)換。· 對于獨立地物和植被，主要采用Cell放置。· 對于水系，如水溝、河流、水塘等及等高線，主要采用Trace Lines功能。http;/測繪信息網(wǎng)· 對于居民地，主要采用Convert Blocks或Cell放置。注意所有房屋應當是一個可測量面積的封閉多邊形。在字符標注時，可采用&ldquoQTR&rdquo方式。5. 數(shù)字化地形圖的繪制和存貯根據(jù)系統(tǒng)配置的繪圖儀選用相應的驅(qū)動程序。通過驅(qū)動程序設置，可以更改圖幅的尺寸和單位。http;/測繪信息網(wǎng)所有的DGN文件均可存于硬盤，軟盤或光盤中。

17、五、數(shù)字化地圖在高等級公路設計中的應用高等級公路的設計文件必須向用戶提供大量的以地圖或地形圖為基礎制作的圖紙：公路用地圖、總體布置圖、路線平面圖、路線方案圖、橋位圖、水系圖、地理位置圖等。此類圖的傳統(tǒng)制作工藝是先將底圖復印，再在復印圖上繪制或繪制后轉(zhuǎn)貼有關的線條、文字等。此工藝以手工勞動為主，工作量大、速度慢、出錯率高，圖面質(zhì)量也難以提高。http;/測繪信息網(wǎng)數(shù)字化圖是在計算機中以點、線、色為基本單元保存圖紙信息，可以通過電腦對其進行各種加工，加放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、平移、復制、疊合、添加、刪除等達到制作多種工程用圖的目的，還可以圖為基礎進行各種復雜的運算，對圖紙信息進一步的利用。如根據(jù)數(shù)字化地形圖構(gòu)造DTM，為高等級公路的三維設計服務 。隨著計算機交互圖形技術(shù)的發(fā)展，對圖形的編輯加工已變得愈來愈簡單，所以即使碰上方案變更，也可在較快的時間內(nèi)將所有圖紙根據(jù)新方案進行修改，從而大大提高了勞動生產(chǎn)率 。而且，計算機輸出的產(chǎn)品圖多由繪圖儀繪制，其圖面效果也是手工繪制所無法比擬的，因而也就大大提高了圖面質(zhì)量隨著Int