Intergraph 图形工作站的图形数字化功能及在高等级公路设计中的应用.doc

.Intergraph图形工作站的图形数字化功能及在高等级公路设计中的应用佘若凡(江苏省交通规划设计院 210005)【摘 要】 Intergraph图形工作站具有强大的图形数字化功能，利用该工作站制作的数字化地图、数字化地形图已在江苏省交通规划设计院的高等级公路设计中得到广泛应用，取得了较好的经济效益。本文介绍了图形工作站的构成、图形数字化的工作流程、数字化地图和地形图的制作过程及数字化图在高等级公路设计中的应用。一、图形数字化功能http;/测绘信息网江苏省交通规划设计院于1995年引进了一套美国Intergraph公司的图形工作站系统。该系统由6台TD系列计算机，大屏幕显示器，1台Eagle 3640扫描仪及HP彩色喷墨绘图仪构成，采用NT操作系统。该系统配备有最新的、功能强大的兼容中文的CAD图形软件MicroStation 5.0，并以此为平台开发出多种工程应用软件。该工作站具有强大的图形功能。它具有将既有地图、地形图、各种工程设计图矢量化的功能，利用矢量化后的数字图可以制作工程可行性方案图、数字化地形图、工程通用图等。如用于道路设计中，即可以这些图为基础，方便地绘制总体布置图、公路用地图、路线平面图、桥位平面图、地理位置图、水系图及各种纵横断面图、桥梁涵洞设计图等。该工作站还具有对扫描输入的栅格图进行编辑处理的功能，使得设计人员可直接在未经矢量化处理的地图上进行路线方案的比选、优化，大大提高路线平面设计的效率。http;/测绘信息网二、图形数字化的工作流程 该工作站的图形数字化工作流程如图1所示。 1. 数据采集Intergraph工作站可用多种方式进行数据采集。本文仅介绍扫描仪采集方式。http;/测绘信息网使用扫描仪将现有地图、地形图、各种工程设计图输入工作站，获得栅格格式的图形文件。http;/测绘信息网Eagle 3640扫描仪分辨率可达800 dpi，对于12 000地形图，400 dpi600 dpi分辨率已足够。I/RAS系统软件支持三种栅格文件格式：*.RLE，*.CIT，*.TG4。三种格式各有千秋，用户可按需选用。考虑到尽量减少信息损失，近年来又开发了直接对航摄像片进行扫描的航空扫描成图系统Image Station。基于图形工作站的该系统不仅能直接从航片上采集图形数据，也是采集GIS资料的理想设备。http;/测绘信息网该系统能根据扫描输入信息进行航片的立体定向的影像纠正，提供正射影像，并据此对地形、地物进行判读，提取地物特征点的三维坐标。2. 格式转换http;/测绘信息网所谓格式转换，对于扫描仪采集方式而言，是指把扫描输入的以栅格形式表达并加以物理存贮的图形转换为以矢量形式表达并加以物理存贮的过程，也称&ldquo矢量化&rdquo。Intergraph图形工作站主要通过I/RAS软件完成图形矢量化的格式转换。该软件以MicroStation为图形平台，用MDL语言编写，由I/RAS B和I/RAS Engineer两个模块组成。其中后者是在前者的基础上进一步开发而成。I/RAS软件的主要功能包括：http;/测绘信息网(1) 文件管理功能(File):文件的打开和存盘(Copy and Save)；文件预览(Preview);分层信息及管理(Layer Info);图块联接和分解(Merge and Extract);栅格图绘制(Plot);不同栅格格式转换(Convert)。(2) 栅格图编辑功能(Edit);前次操作废除(Undo);前次操作废除的废除(Undo Undo); 栅格点、线、弧的绘制、增删(Arc、Line、Point&hellip)；栅格图的复制、平移、旋转和缩放(Copy、Move Rotate Scale&hellip)；栅格图的曲变纠正及定位(Warp);图形平滑(Smooth);图形去污(Speckle)。http;/测绘信息网(3) 系统设置(Setting):对各种矢量化过程中所用参数进行设置。(4) 视见性(View):对图形的显示方式、显示内容等进行设置。(5) 矢量转换功能：线段自动跟踪(Trace Lines);多边形转换(Convert Blcoks);弧线转换(Convert Circles and Ellipses);直线段转换(Convert Lines);字符自动识别(QTR、ITR)；图单元转换(Convert Cells)。http;/测绘信息网I/RAS软件是所谓&ldquo半自动&rdquo矢量化软件，它不是对栅格图形用批处理的方式进行全面的自动的计算识别，而是以交互式的方式对栅格图中的每根线条逐一进行变换，因此矢量化的速度主要取决于操作者的经验和熟练程度。3. 信息加载http;/测绘信息网经格式转换获得数字化底图后，还必须在图上添加道路设计的有关信息，如路线平面图应在数字化图上标注路线中心线、桩号、有关构造物等，而总体布置图则还要在数字化底图上绘制用地边界、路基边坡防护形式、桥梁涵洞的平面布置、各种线外工程设计情况等，添加此类信息的过程称作信息加载。可以有下几种信息加载方式：(1) 应用Intergraph公司开发的道路设计软件Inroads进行信息加载；(2) 应用Intergraph公司开发的CAD软件MicroStation进行信息加载；(3) 数字化底图文件格式由DGN转换为DWG或DXF后应用AutoCAD软件进行信息加载。4. 产品输出http;/测绘信息网常用以下几种产品输出形式：(1) 绘图仪绘制成品图；(2) 图形文件写入硬盘或软盘；(3) 图形文件写入光盘；http;/测绘信息网其中以第3种形式最为方便可靠。 三、数字化方案图的制作高等级公路设计文件中包括路线方案图、路线平纵面图、地理位置图、沿线水系图等。http;/测绘信息网此类图多用于示意或辅助参考，可只将底图中一些重要的有讨论意义和有控制意义的信息示出。例如在路线方案图中，应示出沿线重要河流、渠道、水库、等级公路、铁路、乡以上政府所在地、较大的村镇、重要的高压线路、输油管线、行政区划边界等。必要时，应将各行政区划以彩色背景加以区分，除此而外的图面信息可略去，从而达到图面清晰、简明扼要、重点突出的目的。对用于方案汇报、评审的数字化挂图的制作，除上述原则外，还应注重图面的美观和色彩搭配的协调。目前，我院已在同(江)三(亚)高速公路汾灌段工程可行性论证和汾灌段初步设计中较多地使用了各种数字化方案图，取得了良好的效果。 四、数字化地形图的制作http;/测绘信息网下面结合同三高速公路江都段介绍1 带状数字化地形图的制作过程：1. 准备工作http;/测绘信息网(1) 底图扫描。对于薄膜底图，扫描仪分辨率取400 dpi600 dpi。(2) 确定一个DGN文件中所包含的图幅数。每个DGN文件中可以只包含一幅图，也可包含45幅图。(3) 确定Cell及字符与视图的关系属性。根据道路设计对带状地形图的要求，江都段数字化地形图制作中规定按与视图独立的方式放置独立地物及进行西文、汉字注记。(4) 种子文件(Seed File)设置。江都段图种子文件设置如下：MU主单位：m；http;/测绘信息网SU辅单位：cm；PU工作分辨率：mm；坐标和距离的输入、显示按主格式用小数显示；角度以十进制度数显示，显示精度为小数点4位；颜色号、颜色值按缺省值；http;/测绘信息网所有新开DGN文件均使用同一种子文件。(5) 图面信息分类和分层管理。为便于产品图的使用，必须将地形图图面信息进行分类并纳入不同的图层。江都段图分类和分层情况见表1。(6) 图形单元(Cell)的制作。利用图形单元可较大地提高数字化图制作效率。应当严格参照国家图式规定的图形、几何尺寸、线型、线宽制作Cell。制作中就应将Cell赋予相应的图层属性，以提高Cell置放效率。建议所有DGN文件只使用同一个Cell库。表1 数字化分层规定层号层 名色号线号说 明1Single Object00独立地物、各种符号注记2Water System70,1水系(单线沟线号为1)3Boundary01境界4 City and Town 0 0 居民地及其附属设施、小范围管线(包括栅栏、篱笆、铁丝网等)5Contour Line60等高线6Road31道路7Pipe and wall00管线8Tree20植被9Elevation Mark00高程注记(包括所有西文注记)10Chinese Mark00汉字注记11Field60地貌12Border40,1图廓、公里网及其图外注记等13Others53参考点、检查点等 (7) 线型库的制作。地形图中的大车道、乡村路、地类界、流水箭头、电杆、陡坎线等周期重复的线段都可以由用户自定义为&ldquo线型&rdquo(Line Style)，使用中非常方便。定义线型时应严格参照国家图式规定的线宽、线长、线间距制作。所有DGN文件只使用同一个线型库。定义完毕后给文件加上后缀 RSC(资源文件)，然后拷至C:WIN32APPUSTATIONWSMODDEFAULTSYMB目录下，即可使用。使用中特别注意不可轻易将线型库中某一线型更名、删去、变更，否则会导致所有DGN文件中该线型的缺失和变形2. 坐标系选择http;/测绘信息网(1) 选用辅助坐标系根据原图的视图方向，建立一个满足视图中&ldquo路线起点在左侧，前进方向在右侧且中线大致水平&rdquo的原则的辅助坐标系(Auxiliary Coordinate)。http;/测绘信息网使用中发现，该坐标系不能很好地和Intergraph图形工作站的某些软件兼容，如I/RAS B,Inroads等。(2) 选用绘图坐标系MicroStatian的绘图坐标系是数字坐标，地形图则采用大地坐标，因此应将x、y值转换后输入。http;/测绘信息网紧接着就应进行视图旋转，以满足是视图中&ldquo路线起点在左侧，前进方向在右侧且中线大致水平&rdquo的原则。江都段图视图左旋约85，一切的输入都只能在视图旋转后进行。3. 栅格图的曲变纠正和定位(Warp)扫描输入的栅格底图是否能消除由于扭曲而产生的形变并精确地实现格网点和相应大地坐标的重合，是减少数字化地形图精度下降的关键。I/RAS软件提供3种曲变纠正和定位模型：Helmert、Projective和Affine，常选用Affine-1。此种模型的最小重合点数为3。4. 栅格图的分层矢量转换和字符标注可按图面信息逐层对当前层信息进行矢量转换。 对于独立地物和植被，主要采用Cell放置。 对于水系，如水沟、河流、水塘等及等高线，主要采用Trace Lines功能。http;/测绘信息网 对于居民地，主要采用Convert Blocks或Cell放置。注意所有房屋应当是一个可测量面积的封闭多边形。在字符标注时，可采用&ldquoQTR&rdquo方式。5. 数字化地形图的绘制和存贮根据系统配置的绘图仪选用相应的驱动程序。通过驱动程序设置，可以更改图幅的尺寸和单位。http;/测绘信息网所有的DGN文件均可存于硬盘，软盘或光盘中。 五、数字化地图在高等级公路设计中的应用高等级公路的设计文件必须向用户提供大量的以地图或地形图为基础制作的图纸：公路用地图、总体布置图、路线平面图、路线方案图、桥位图、水系图、地理位置图等。此类图的传统制作工艺是先将底图复印，再在复印图上绘制或绘制后转贴有关的线条、文字等。此工艺以手工劳动为主，工作量大、速度慢、出错率高，图面质量也难以提高。http;/测绘信息网数字化图是在计算机中以点、线、色为基本单元保存图纸信息，可以通过电脑对其进行各种加工，加放大、缩小、旋转、平移、复制、叠合、添加、删除等达到制作多种工程用图的目的，还可以图为基础进行各种复杂的运算，对图纸信息进一步的利用。如根据数字化地形图构造DTM，为高等级公路的三维设计服务 。随着计算机交互图形技术的发展，对图形的编辑加工已变得愈来愈简单，所以即使碰上方案变更，也可在较快的时间内将所有图纸根据新方案进行修改，从而大大提高了劳动生产率 。而且，计算机输出的产品图多由绘图仪绘制，其图面效果也是手工绘制所无法比拟的，因而也就大大提高