公路横断面图绘制相关方法

本文详细阐述了在不需要专业编程知识的情况下，利用AutoCAD和Excel精确自动地绘制道路横断面图的一种新方法。该方法不仅简单灵活，而且能提高工作效率以及保证工作质量。

1 引言

传统横断面测量方法有水准仪皮尺法、横断面仪法和经纬仪视距法等，简而言之就是根据地形的变化对与道路轴线方向相垂直的断面进行测量，其中直线段所测断面方向与道路中线方向垂直，而曲线路段与测点的切线方向垂直。在对横断面测量以后，为计算道路工程土方量，我们紧接着就要绘制道路横断面图。在实际工作中，横断面图的绘制通常是采用手工在米格纸上按照一定比例用卡规和复式比例尺按照横向是距离、纵向是高程刺点，用小钢笔连接刺点绘制闭合图形。然后把每一个断面的横断面图分成若干个梯形用复式比例尺和卡规量出每一个梯形的上底、下底和高，计算出每一个梯形的面积，然后把所有的梯形面积相加才得到一个断面面积。

通常道路横断面施测要求每20m测一个断面。在地形变化较大的位置要加测横断面，这样每1km 道路至少要绘制50多个横断面图。可见如果用传统的方法绘制一条50km的道路断面图工作量是非常巨大的，而且由于是手工绘制，修改起来很麻烦，在实际工作中返工的情况是经常发生的。由此可见快速高效地绘制出道路横断面图是非常重要的。

笔者根据实际情况发现如果能对Auto CAD系统进行二次开发，运用AutoLISP语言和Visual LISP开发环境进行编程，创建Auto CAD的新命令或重新定义原有的标准命令，提供系统自动执行重复性的计算与绘图任务，此类问题就迎刃而解了，但这要求道路施工人员具备专业性很强的编程知识。在绘制了大量的横断面图后，笔者总结出一个非常便捷的方法，这种方法不需要道路工程人员具备很强的编程知识，只要具备常规的Excel和Auto CAD知识，就可以自动、精确和快速绘制道路横断面图，并且此方法可以推广至重复性较强的绘图工作。下面以一个实例进行详细说明。

2 对横断面数据的处理

2.1确定边桩位置和高程

倾斜地面高等级道路施工测量中的边桩定位一般用逐渐趋近法。该方法无论采用经纬仪或全站仪都不能直接给出边桩位置，只能通过重复多次测量和计算，才能确定边桩的位置，这种方法的野外工作量较大。本文给出了由横断面测量数据直接计算中桩到边桩的水平距离和边桩高程的方法，利用这种新方法可一次性标定边桩位置(如图1所示)。

图1确定边桩位置和高程示意图

建立如图1所示坐标系，确定边桩也就是确定图中D的位置和高程，假设B、C点坐标分别为(X1，Y1)、C(X2，Y2)、边桩D坐标为(X，Y)，因为B、A是所测原地面的两点，所以BA的坡度1/M1是可以通过B、A坐标反算得出，CD的坡度1/M2是由设计图纸给定的填方或者挖方的坡度确定。那么就有公式：

解此方程组得到：Y=(x-x1)×m1+y1

式中：x是指边坡点高程;y是指边坡点到中桩距离。我们在EXCEL中可以通过以上计算公式求出x，y。

2.2在EXCEL中处理测量数据

横断图上的每一点都是由横坐标为距离、纵坐标为高程来表示，在Auto CAD中称为笛卡尔坐标系，即：所有的测点都可以用“x，y”表示，为此必须把横断面上测量点处理为“x，y”的形式，Auto CAD才能识别。例如：道路中心线右侧16.8m位置的高程为690.513m，可以表示为“16.8，690.513”;在道路中心线左侧15.3m位置的高程为691.560m，可以表示为“-15.3，691.560”。为了作图方便我们规定道路左侧的距离为负，道路右侧的距离为正。这种数据处理的方式在EXCEL中是很容易实现。

比如：乌鲁木齐市迎宾东路新建工程(第二标段)部分原地面数据填写如图2所示。

图2原始地面数据

在EXCEL中处理测量数据是利用函数“&”对数据进行连接处理，对所有的测量点都处理成：距中桩距离&“，”&高程，例如在图2中，桩号为K2+160左12m位置高程为691.420，可以在EXCEL 工作表中一个相对应的单元格的公式栏中输入=“-12”&“，”&M307，结果单元格显示“-12，691.420”。在EXCEL中一般按照下列原则处理横断面测量数据：

1)每一个数据都要处理成(距离，高程)的形式且占用一个单元格。

2)每一个横断面数据(包括原地面测量数据和路床数据)只占用一行。

3)每一行中的横断面数据自左向右顺序依次是：原地面数据一路床数据，其中原地面数据的顺序是距离中桩最左边的数据依次到距离中桩最右边的数据，路床数据是距离中桩最右边数据依次到距离中桩最左边的数据。

4)每一行结尾几个单元格分别输入Auto CAD命令C、ucs、0,4、L。

最后在EXCEL中拖动填充柄或左键双击K2+160每一个单元格填充柄，EXCEL就会进行自动填充K2+180-K2+240 中的所有数据。

3 使用功能

3.1道路横断图自动绘制

因为Auto CAD默认EXCEL从左面单元格移至右面单元格是一个键入回车键(Enter)，这是Auto CAD能自动绘制横断面图形的一个关键。对于道路横断图自动绘制，我们首先启动Auto CAD并打开一张新图，在命令行中输入“line”划线命令，Auto CAD在命令行中会提示“ _line指定第一点：”，然后打开EXCEL表格并复制整理完毕的所有测量数据，转到Auto CAD软件中，在命令行中“_line 指定第一点：”后右键单击进行粘贴(或者Ctrl+V)，AutoCAD会自动绘制横断面图。一般绘制

200-500个横断面图仅仅需要1-3s时间就可以自动完成，非常方便快捷。下面我们来通过绘制

K2+160断面图实例来具体说明Auto CAD如何自动绘图的全过程：

①在Auto CAD键入line执行画直线命令; ②在AutoCAD命令行中使用Ctrl+V粘贴所有复制的EXCEL数据; ③Auto CAD在画直线命令下会从EXCEL粘贴内容中得到-12，691.42的具体位置，Auto CAD就会在-12，691.42位置上展上第一

①在Auto CAD键入“line”执行画直线命令;

②在AutoCAD命令行中使用“Ctrl+V”粘贴所有复制的EXCEL数据;

③Auto CAD在画直线命令下会从EXCEL粘贴内容中得到“-12，691.42”的具体位置，Auto CAD 就会在“-12，691.42”位置上展上第一点，同时Auto CAD又会自动得到一个回车命令(因为在EXCEL 中从“-12，691.42”单元格向右移至“0，691.65”单元格)，Auto CAD又要执行“指定下一点”命令，那么会从粘贴内容中得到“0，691.65”数据，Auto CAD就会在“0，691.65”位置上绘制直线的第二点，Auto CAD又会自动要求输入下一点。在这个过程中将自动实现Auto CAD要求画线的点位数据和EXCEL所提供测量数据相对应;

④自动绘制完毕后Auto CAD会得到下一个“C”命令即闭合，就完成一个横断面图的自动绘制;

⑤同时Auto CAD在命令行又会自动得到“UCS”命令即要求建立—个新的坐标系，粘贴的内容是“0，4”，即新坐标原点移动至(0，4)位置，之所以在EXCEL中键入“UCS”命令是为了在图上错开每一个横断面图的位置，如果没有这个命令，所有断面的横断图就会重叠在一起，我们可以根据最大填挖高度确定断面图之间的间隔，如果最大填挖高度是6m，那么在EXCEL中的“0，4”就要用“0，9”比较适合;

⑥Auto CAD会在命令行中又得到一个“L”命令，AutoCAD将重复执行2-5步骤，画线点位数据是EXCEL提供的相应K2+180断面数据;

⑦Auto CAD又会自动绘制K2+180断面图，并依次循环完成所有横断面的绘制;

⑧按照所选择打印图纸绘制图框，把绘制好的每一个横断面图复制到图框中，并标注桩号。

3.2计算填挖方面积

在Auto CAD中选择所有绘制好的横断面图单击建立的面域，对于全填或者是全挖的断面其断面横断面图是一个闭合非相交的图形，可以在命令行中执行“area”(或者左键单击)，根据提示选择“area”中的“对象O”选项，然后选择一个横断面在命令行中会显示该横断面的面积和周长。不能建立面域的断面是一种半填半挖的断面，对于这种情况，首先要分析每一个闭合图形是填方还是挖方，通过手工“捕捉”每一个闭合区域的角点(即测量点)，分别求出面积，最后相加求出该段面的填方面积和挖方面积。

3.3打印出图

常规绘制横断图比例尺是1：200或者1：100，开始绘图之前，需要决定一个单位代表多大距离，然后使用该惯例创建图形。对于横断面图形我们一般采用以m作为图形单位，根据图纸大小和比例尺，调整打印机选项中的“调整打印比例”项中图形单位的大小。

4 结束语

以上实例是笔者利用测量人员最常用的数据处理软件EXCEL和绘图软件Auto CAD发现的一种绘制道路横断面图的新方法。这个方法不需要测量人员对软件进行二次开发，仅利用EXCEL和Auto CAD各自的优势对数据进行处理。这个方法也有很大的借鉴性和扩展性，即可以利用道路数据、管沟数据、房屋数据等自动绘制道路纵断面图、绘制管沟横断面图和成批绘制地籍图等等。当然在重复性越高的绘图工作中此方法的快捷性和准确性会体现得更加明显。

1.生成里程文件：[工程应用]菜单－＞〔生成里程文件〕－＞〔由纵断面线生成〕

功能：由道路中桩线即纵断面线生成里程文件。

操作过程：

（1）在图上画出的道路纵断面线（必须是复合线）；

（2）点取[由纵断面线生成]命令下的[新建]；

（3）提示：选择纵断面线，请选择（1）中画好的纵断面线；

（4）出现[由纵断面生成里程文件]窗口，中桩点获取方式可选择1[结点]，2[等分]，3[等分且处理结点]。

输入横断面间距:xx(米)，请给出相邻横断面的间距；

输入横断左边长度:xx(米) 请给出横断面线左侧的长度；

输入横断右边长度:xx(米) 请给出横断面线右侧的长度；

单击[确定]按钮后，图面上可见在（1）中画出的道路纵断面线上生成多条相应的横断面线。

（5）点取[由纵断面线生成]命令下的[生成]；提示：选择纵断面线，请选择在（1）中画好的纵断面线；

（6）出现[生成里程文件]窗口，请浏览定位须打开的[高程点数据文件名]（即原始地形图的坐标数据文件），和指定需要保存的[生成的里程文件名]和[里程文件对应的数据文件名]；并指定[断面线插值间距]（是横断面线上的采样间距，而非纵断面线上的中桩间距），以及横断面的[起始里程]。

通过以上6个步骤，就可生成道路各个中线桩处的多个横断面的里程文件。

2.编辑好道路横断面设计文件。在[断面法土方计算]中的[道路断面]和[场地断面]命令中，弹出的窗口都需要定位里程文件和横断面设计文件，只有里程文件而没有横断面设计文件，是不能生成原始地形与设计平面闭合的断面图的。

DEMO文件夹下的就有一个横断面设计文件ZHD.TXT,格式如下：

1,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

2,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

3,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

4,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

5,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

6,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

7,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

8,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

9,H=89,I=1:1,W=10,A=0.02,WG=1.5,HG=0.5

END

其中，第一列序号为横断面序号，H为中桩设计高，I为坡度，W为路宽，A为横坡率，WG为沟上宽，HG为沟高；

以上文件定义了9个横断面的中线桩设计高，坡比和宽度等参数，只有编辑好横断面设计文件才能生成你需要的各个横断面的断面图。

3.生成道路纵断面和多个横断面图：

（1）[工程应用]菜单－＞[断面法土方计算]－＞[道路断面]，在弹出的“断面设计参数”对话框中，指定步骤1中生成的里程文件，和步骤2中编辑好的横断面设计文件，并输入路宽后，单击[确定]按钮。

（2）弹出“绘制纵断面图”对话框，设置道路纵断面图的纵横比例、标尺等断面图参数后，点击“...”按钮，用鼠标在绘图区定位所须生成纵断面图的左下角位置。单击“确定”按钮后，系统自动生成道路纵断面图，再次用鼠标在绘图区定位中横断面图生成位置，系统自动生成道路的多个横断面图。

4.由图面计算土方量。

[工程应用]菜单－＞[断面法土方计算]－＞[图面土方计算]，框选步骤3中生成的多个道路横断面后，命令行提示“指定土石方计算表左上角位置”，使用鼠标点击土石方计算表生成的位置后，系统自动生成土石方计算表