阅读说明：本技术 基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法 (Automatic line cross section extraction method based on irregular triangulation network ) 是由 陈泽远 许张柱 王宾宾 张先文 金鸿 张斌 杨宏宝 范靖岘 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法,所述方法首先确定线路断面里程的坐标、切线和横断面方向,然后利用ArcGIS Object API实现在不规则三角网模型上提取点高程,最后输出文本形式的断面数据和曲线图。本发明能够自动计算里程点的坐标、切线和横断面方向,按固定间隔提取高程数据,使用者只需要少量的内业数据准备工作便可快速获取断面数据并自动绘图。这不仅改变了传统方式的作业模式,将大量的野外作业转移到室内,避免了野外安全事故的发生,同时也提高了工作效率。(The invention relates to an automatic line cross section extraction method based on an irregular triangulation network. The invention can automatically calculate the coordinate, the tangent line and the cross section direction of the mileage point, extract elevation data according to fixed intervals, and a user can quickly acquire section data and automatically draw by only needing a small amount of homework data preparation work. The method changes the operation mode of the traditional mode, transfers a large amount of field operation to the indoor, avoids the occurrence of field safety accidents, and simultaneously improves the working efficiency.)

基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法

技术领域

本发明属于线路工程勘测领域，具体涉及一种基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法。

背景技术

在线性工程，如铁路、公路的勘测中，沿线的横断面测绘是初定测的重要内容。传统的测绘方法是采用全站仪或GPS-RTK野外采集实际横断面上点的坐标和高程，然会内业成图，这种方式需要耗费大量的人力，且自动化程度较低。

不规则三角网(TIN, Triangulated Irregular Network)模型采用一系列相连接的三角形拟合地表或其他不规则表面，常用来构造数字地面模型，特别是数字高程模型，不规则三角网模型如图1所示。

随着测绘技术的不断发展，无接触、高效的传感测量方式不断推陈出新且已广泛应用于线路勘测中，如利用无人机航空摄影测量、无人机倾斜摄影测量和无人机机载LiDAR等技术可轻松获取目标区域的影像或点云，按照一定的算法可生成不规则三角网模型。不规则三角网模型可作为目标区域的数字地表模型，由于现有的摄影测量与点云处理软件是通用软件，没有针线路工程的业务功能且不支持二次开发，而GIS软件能够实现不规则三角网的导入、导出和分析，在该模型上利用GIS软件可轻松获取任意坐标点处的高程，这为线路工程横断面自动化提取提供了必要的软件和数据支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法，减少外业勘测工作，提高横断面测量效率。本发明能够分别利用交点法和线元法计算断面里程点的坐标、切线和横断面方向，基于ArcGIS Object进行二次开发，利用ArcGIS软件的模型显示和分析功能实现相关高程计算。

本发明所采用的技术方案为：

基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法，其特征在于：

所述方法首先确定线路横断面里程的坐标、切线和横断面方向，然后利用ArcGIS软件的三维显示和分析功能，对不规则三角网进行高程提取，最后输出文本形式的断面数据和曲线图。

所述方法具体包括以下步骤：

第1步：获取不规则三角网模型；

第2步：准备线路配置文件和断面里程文件；

第3步：导入不规则三角网模型；

第4步：提取断面；

第5步：导出断面数据；

第6步：绘制断面曲线图。

第1步具体为：

基于摄影测量、倾斜摄影测量或LiDAR数据生成不规则三角网模型。

第2步具体为：

利用交点法或线元法计算里程点的坐标；当已有曲线要素时，采用交点法，否则采用线元法；

数据处理之前需要准备交点法线路配置文件或线元法线路配置文件；

断面里程文件记录了要自动提取横断面的里程及左右范围，按照文件中的里程逐个提取断面。

第3步具体为：

创建MultiPath要素类，然后导入不规则三角网模型到要素类中，最后以要素类创建图层并添加到视图窗口中显示。

第4步具体为：

首先确保不规则三角网图层处于可视状态，然后读入线路配置文件和断面里程文件，软件将顺序依次遍历每个里程，计算其坐标、切线和横断面方向线；一个里程的横断面提取过程为：

（1）依据线路配置文件，判断里程是否在配置区间中，如果超出配置里程的区间，记录错误日志，继续执行下一里程断面的提取；

（2）如果能够计算里程的坐标，则依据配置文件继续计算其切线和横断面线；

（3）在横断面线上，按照里程断面的左右范围和采样间隔，从线路里程点位置开始分别向左和向右计算采样点的平面坐标，然后依据采样点平面坐标，通过ArcGIS Object提供的高程插值方法计算其高程并存储；

重复（1）-（3）直至完成全部里程的横断面采样和高程计算。

第5步具体为：

导出文本形式的横断面数据，文件中包含每个里程的采样点坐标和高程。

第6步具体为：

读入第5步中导出的断面数据，新建多段线图层和文本图层，将曲线和坐标轴绘制在多段线图层中，文字添加在文本图层中。

本发明具有以下优点：

本发明所研软件能够自动计算里程点的坐标、切线和横断面方向，沿断面线方向在不规则三角网模型上按固定间隔提取高程数据，使用者只需要少量的内业数据准备工作便可快速获取断面数据并自动绘图。这不仅改变了传统方式的作业模式，将大量的野外作业转移到室内，避免了野外安全事故的发生，同时也提高了工作效率。

附图说明

图1：不规则三角网（TIN）示意图。

图2：基于不规则三角网的线路横断面自动提取流程图。

图3：里程切线和横断面线图。（图中，4、5、6是沿线的里程标注）

图4：横断面固定间隔采样点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种基于不规则三角网的线路横断面自动提取方法，所述方法首先确定线路断面里程的坐标、切线和横断面方向，然后利用ArcGIS软件对于不规则三角网进行高程提取，最后输出文本形式的断面数据和曲线图。

所述方法具体包括以下步骤：

第1步：获取不规则三角网模型；

第2步：准备线路配置文件和断面里程文件；

第3步：导入不规则三角网模型；

第4步：提取断面；

第5步：导出断面数据；

第6步：绘制断面曲线图。

第1步具体为：

基于摄影测量、倾斜摄影测量或LiDAR数据生成不规则三角网模型。

第2步具体为：

本发明利用交点法或线元法计算里程点的坐标，当已有曲线要素时，采用交点法，否则采用线元法；

数据处理之前需要准备交点法线路配置文件或线元法线路配置文件。

断面里程文件记录了要自动提取横断面的里程及左右范围，按照文件中的里程逐个提取断面。

第3步具体为：

创建MultiPath要素类，然后导入不规则三角网模型到要素类中，最后以要素类创建图层并添加到视图窗口中显示。

第4步具体为：

首先确保不规则三角网图层处于可视状态，然后读入线路配置文件和断面里程文件，软件将顺序依次遍历每个里程，计算其坐标、切线和横断面方向线；一个里程的横断面提取过程为：

（1）依据线路配置文件，判断里程是否在配置区间中，如果超出配置里程的区间，记录错误日志，继续执行下一里程断面的提取；

（2）如果能够计算里程的坐标，则依据配置文件继续计算其切线和横断面线；

（3）在横断面线上，按照里程断面的左右范围和采样间隔，从线路里程点位置开始分别向左和向右计算采样点的平面坐标，然后依据采样点平面坐标，通过ArcGIS Object提供的高程插值方法计算其高程并存储；

重复（1）-（3）直至完成全部里程的横断面采样和高程计算。

第5步具体为：

导出文本形式的横断面数据，文件中包含每个里程的采样点坐标和高程。

第6步具体为：

读入第5步中导出的断面数据，新建多段线图层和文本图层，将曲线和坐标轴绘制在多段线图层中，文字添加在文本图层中。

参见图2的流程图：

具体步骤为：

第1步：获取不规则三角网模型

随着无人机技术的发展和普及，以无人机为飞行平台的摄影测量和LiDAR是获取不规则三角网原始数据的最高效手段，利用 ContextCapture影像处理软件或者TerraSolid点云处理软件可生成不规则三角网模型。

第2步：准备线路配置文件和断面里程文件

本发明所研软件提供两种线路计算方法，一种是具有明确几何意义的交点法，另一种是线元法，线元法是一种利用切线和圆半径计算的积木方法。线元法的精度较交点法低，误差可达mm级，当已有曲线要素时，可采用交点法，否则可利用线元法。

数据处理之前需要准备交点法线路配置文件或线元法线路配置文件。

断面里程文件记录了要自动提取横断面的里程及左右范围，本发明所研软件将按照文件中的里程逐个提取断面。

第3步：导入不规则三角网模型

在ArcGIS软件中，不规则三角网模型作为一种MultiPath数据处理。其导入过程分为两步，首先新建MultiPath要素类并设置其坐标系统，然后将不规则三角网模型导入到要素类中；最后以要素类创建图层并添加到三维地图窗口进行显示。

第4步：提取断面

首先确保不规则三角网图层处于可视状态，然后读入线路配置文件和断面里程文件，软件将顺序依次遍历每个里程，计算其坐标、切线和横断面方向线。一个里程的横断面提取过程为：

（1）依据线路配置文件，判断里程是否在配置区间中，如果超出配置里程的区间，记录错误日志，继续执行下一里程断面的提取。

（2）如果能够计算里程的坐标，则依据配置文件继续计算其切线和横断面线，见图3。

（3）在横断面线上，按照里程断面的左右范围和采样间隔，从线路里程点位置开始分别向左和向右计算采样点的平面坐标，然后依据采样点平面坐标通过ArcGIS Object提供的高程插值方法计算其高程并存储，图4所示为横断面线上以1米为固定间隔的采样。

重复（1）-（3）直至完成全部里程的横断面采样和高程计算。

第5步：导出断面数据

导出文本形式的横断面数据，文件中包含每个里程的采样点坐标和高程。

第6步：绘制断面曲线图

读入第5步中导出的断面数据，新建多段线图层和文本图层，将曲线和坐标轴绘制在多段线图层中，文字添加在文本图层中。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。