CN106503154B - 批量河道断面形态数据的自动化提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种批量河道断面形态数据的自动化提取方法。它包括断面端点坐标提取模块.dvb、地形坐标数据提取模块.dvb、断面数据提取模块.f90；断面数据提取的基础是地形坐标数据；包括如下步骤：自动提取断面端点坐标及断面号；提取河道地形坐标数据；根据已得到的断面位置及地形坐标数据提取断面形态数据。它克服了特征等高线在等高线稀疏、标高缺失、手动绘制等高线方面的诸多限制，等高线断面法和自绘等高线断面法在断面提取过程中存在的工作较为繁琐，精度也难以保证、耗时较长，工作量非常巨大，任务极其繁重缺点；具有大量断面数据的自动化提取，缩短工作时间、减少工作任务量、极大地提高工作效率的优点。

Description

批量河道断面形态数据的自动化提取方法

技术领域

本发明涉及水利工程领域，更具体地说是批量河道断面形态数据的自动化提取方法。

背景技术

在河流泥沙运动的理论分析和工程实践领域，河床演变分析、数值模型计算及河工物理模型试验是模拟预测河道冲淤、河势变化及工程影响的重要研究方法；河床演变分析中的典型断面变化分析可以更精确、更细致地反映工程附近局部河道的冲淤变化规律；数值模型计算，尤其是一维泥沙模型的冲淤计算，必须将河道地形概化为断面数据，作为其地形输入条件；河工物理模型试验在前期的模型制作过程中，也需要根据实测地形图提取断面数据，然后按照比尺(平面比尺λ_L、垂向比尺λ_H)将断面进行缩放、并绘制断面模版以达到在实验室模拟实际地形条件的目的；由此可见，根据实测地形图提取断面数据是河床演变分析、数值模型计算及河工物理模型试验得以实施和运用的前提和基础，也是工程应用领域不可或缺的重要技术支撑；目前的断面提取方法多是基于河道地形图中的特征等高线(计曲线、首曲线)研发的，可将其定义为等高线断面法，此方法的基本步骤为首先在地形图上绘制断面线，然后利用VBA编程捕捉断面线与计曲线、首曲线等特征等高线的交点，最后根据特征等高线的标高值提取交点的高程值；当河道地形图中等高线较稀疏或是不存在等高线时，可将等高线断面法进行延伸得到自绘等高线断面法，此方法首先根据实测地形数据在地形图中手动绘制等高线，然后利用等高线断面法提取断面数据；此两种方法均要求地形等高线较密集且明确赋予了标高值，而且自绘等高线断面法须手动绘制等高线，工作较为繁琐，精度也难以保证；另外，当所需提取的断面数量较多时，采用此两种方法逐一提取断面数据，耗时较长，工作量非常巨大，任务极其繁重。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种批量河道断面形态数据的自动化提取方法，简称为“坐标断面法”，大量断面数据的自动化提取，快速地提取长时间系列、长距离河段的大量断面数据，缩短工作时间、减少工作任务量、极大地提高工作效率；且提供两种近似河道地形的方法，能更精确地捕捉河道的空间特征信息。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：批量河道断面形态数据的自动化提取方法，其特征在于：包括断面端点坐标提取模块.dvb、地形坐标数据提取模块.dvb、断面数据提取模块.f90；断面数据提取的基础是地形坐标数据；包括如下步骤：自动提取断面端点坐标及断面号；提取河道地形数据；根据已得到的断面位置及地形数据提取断面形态数据。

所述的批量河道断面形态数据的自动化提取方法，其具体实现步骤如下：

(1)采用断面端点坐标提取模块.dvb提取控制断面位置的左右端点的平面坐标

断面端点坐标提取模块.dvb基于VBA平台研发，主要用于提取控制断面位置的左右端点的平面坐标；

坐标断面法提取断面数据的第一步是沿河道布置断面线，断面线的布置须遵循以下原则：①断面顺水流流向依次向下游布置；②断面线尽量与水流流向相垂直，对于流向差异较大的分汊型河道，按汊道分开布置；③断面线长度大于左右岸堤防之间的间距；

断面端点坐标主要用于精确定位断面的位置；利用AutoCAD自带的VBA编辑器建立名称为断面端点坐标提取模块.dvb的模块，自动提取断面端点坐标及断面号，该模块根据断面总数量建立循环，循环内首先在屏幕上选择断面号，并将文字内容写入断面端点坐标.TXT文件；然后利用Getpoint函数点选获取断面首尾两点坐标，并将提取到的坐标数据写入断面端点坐标.TXT文件；循环直至结束，得到包含所有断面号及断面端点坐标数据的文件；

(2)采用地形坐标数据提取模块.dvb提取地形空间坐标信息数据

地形坐标数据提取模块.dvb基于VBA平台研发，主要用于提取地形空间坐标信息数据；

完整的河道地形图包含的信息较为丰富，图层也较多，根据内容将图层分为以下几类：①包含地形信息的图层，包括实测点层、计曲线、首曲线；②包含建筑设施的图层，包括交通及附属设施、管线及附属设施、工况建筑及附属设施；③包含防洪、涉水建筑物的图层，包括堤防、码头、护岸；④包含制图信息的图层，包括图廓层、水文、地名；河道地形图中的地形信息一般包含在实测点层、水上实测点层或者水下实测点层图层中，具体的地形坐标数据一般以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象主要有四类：①圆，平面位置坐标即为圆中心的坐标，而高程值则是圆的名称；②点，平面位置坐标即为点的坐标，而高程值则是点的第三维坐标或是点的名称内容；③文字，此时要得到平面位置坐标，须在文字对应位置绘制圆，并提取圆中心点的位置坐标，而高程值则是文字的文本内容；④块参照，此时平面位置坐标即为块参照的平面位置坐标，而高程值则是块参照的文字内容；

利用AutoCAD自带的VBA编辑器建立名称为地形坐标数据提取模块.dvb的模块，自动提取河道地形坐标数据；该模块的具体执行过程为：首先利用选择结构将对象定位在实测点层图层中；然后对实测点层中的所有对象建立循环，在循环内部对单个对象的类型进行判断，当单个对象是圆时，则将圆的平面坐标及圆的名称赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是点时，则将点的平面坐标及点的第三维坐标赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是文字时，则在文字对应的位置***圆，并将圆的平面位置坐标及文字的内容赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是块参照时，则将块参照的平面位置坐标及块的文字内容赋给x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；直至循环结束，得到包含地形坐标数据的文件；

(3)采用断面数据提取模块.f90得到断面形态数据

断面数据提取模块.f90基于Fortran平台研发，主要通过计算得到断面形态数据；

根据已得到的断面位置及地形数据提取断面形态数据；河道地形是水流塑造而成的，在水流的作用下，河床表面形成众多尺度不一、有序排列的沙波或成型淤积体；在未受干扰的条件下，水流变量是空间坐标的连续函数，因此地形也是空间坐标的连续函数；基于连续函数的特性可知，任意一点的函数值与附近空间点的函数值是紧密关联的；因此本发明提出了两种近似地形的函数方法：

①距离最小函数法

本方法假定未知点的空间特征信息与距它最近点的空间特征信息近似，也即在距离较小的范围内，可以用平面近似代替曲面，则未知空间点上的高程值Z等于距此点最近的空间点的高程值，计算公式如下：

Z(X,Y)＝Z(min(d₁,d₂,......d_n))

式中d₁，d₂，......，d_n为周围某点距此点的平面距离；n为周围点的个数；

②距离导数加权函数法

本方法假定未知点的空间特征信息与它周围一系列点的空间特征信息相关联，周围点对此点影响强度的大小与周围点距此点的距离负相关，距离越近，影响权重越大；距离越远，影响权重越小；即此点的高程值等于周围点距此点距离导数的加权平均值，计算公式如下：

式中Z_i为周围某点的高程值；d_i为周围某点距此点的平面距离；n为周围点的个数；

二种所述近似地形的函数方法在捕捉地形空间特征信息方面各有利弊：所述距离最小函数法可以精确捕捉到断面上的最高点、最深点的特征点信息，但由于利用的数据量较少，当断面上点之间的距离较小时，容易出现锯齿形的断面形态，造成断面失真；所述距离导数加权函数法可以完全避免出现锯齿形的断面形态，但由于采用了平均的方法也容易造成局部地形的坦化，使得最高点、最深点的高程存在一定的误差；在实际运用过程中，可根据地形测量的精度选取合适的所述近似地形的函数方法；

基于上述二种所述近似地形的函数方法，建立了断面数据提取模块.f90，由于此过程涉及大量的数据搜索及运算过程，而Fortran软件在运算方面具有先天的优势，因此所述断面数据提取模块.f90是基于Fortran平台建立的，所述断面数据提取模块.f90的具体实现过程为：

①利用断面端点坐标提取模块.dvb提取得到的断面端点坐标，按照一定的距离d在断面上均匀布置数据点，各数据点的平面坐标值按照下面的公式进行计算：

X_i＝X_A+d×i×cosα

Y_i＝Y_B+d×i×sinα

式中X_A、Y_A为断面起点的平面坐标；X_B、Y_B为断面终点的平面坐标；α为断面线在xy平面中与x轴的夹角；X_i、Y_i为未知点的平面坐标；d为断面上相邻点之间的距离；i为自断面起点起算的点个数(i＝0、1、2……m)；

②按照给定的断面数建立循环，对于循环中的某一断面上的任意一待求点，设定搜索半径为常数R，以所述地形坐标数据提取模块.dvb得到的地形数据文件地形数据xyz.TXT中的空间地形数据为基础，再次进行循环，搜索圆形范围内的空间信息点；若没有搜索到符合条件的点或者只搜索到一个符合条件的点，则将搜索半径调整为2R，重新进行循环，直至搜索到符合条件的点为止；

③假定搜索到符合条件的点数量为N个，对N个点按照距待求点距离的远近进行排序，然后确定所述近似地形的函数方法，若选定所述距离最小函数法，则将距离最近点的高程值赋给变量Z_i；若选定所述距离导数加权函数法，则按照距离导数计算高程的加权平均值，赋给变量Z_i；待该断面上所有的点均搜索完毕，则输出断面数据。

本发明具有如下优点：

(1)本发明基于最原始的地形数据，建立了直接根据地形数据提取断面数据的模型，该方法避免了特征等高线在等高线稀疏、标高缺失、手动绘制等高线等方面的诸多限制，彻底解决了等高线断面法和自绘等高线断面法在断面提取过程中存在的工作较为繁琐，精度也难以保证、耗时较长，工作量非常巨大，任务极其繁重的问题，适用范围更广；

(2)本发明结合了VBA和Fortran两种程序设计语言，VBA是面向对象的程序设计语言，可以方便的从对象中提取相应的坐标数据，处理河道数字高程地形图具有先天的优势，但其计算运行速率明显偏慢；Fortran是面向过程的程序设计语言，直接处理对象较为不便，但其计算运行速率远高于VBA，该方法充分发挥了两者的优势，大大地提高了断面提取的效率；

(3)本发明实现了大量断面数据的自动化提取，能快速地提取长时间系列、长距离河段的大量断面数据，缩短了工作时间、减少了工作任务量、极大地提高了工作效率；而且该方法提供了两种近似河道地形的方法，能更精确地捕捉河道的空间特征信息；

(4)可以广泛用于河床演变分析、河流数值模拟及河工物理模型试验中断面数据的提取。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

图2为本发明数据搜索形态图。

图3为本发明验证实施例某河道形态图。

图中X、Y为待求点的平面坐标，Z为待求点的高程值；X₁、Y₁、X₂、Y₂、X_n-1、Y_n-1、X_n、Y_n为已知点的平面坐标，Z₁、Z₂、Z_n-1、Z_n为已知点的高程值；d₁、d₂、d_n-1、d_n为已知点距待求点的平面距离。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：批量河道断面形态数据的自动化提取方法，其特征在于：包括断面端点坐标提取模块.dvb、地形坐标数据提取模块.dvb、断面数据提取模块.f90；断面数据提取的基础是地形坐标数据；包括如下步骤：自动提取断面端点坐标及断面号；提取河道地形数据；根据已得到的断面位置及地形数据提取断面形态数据(如图1所示)。

所述的批量河道断面形态数据的自动化提取方法，其具体实现步骤如下：

(1)采用断面端点坐标提取模块.dvb提取控制断面位置的左右端点的平面坐标

断面端点坐标提取模块.dvb基于VBA平台研发，主要用于提取控制断面位置的左右端点的平面坐标；

坐标断面法提取断面数据的第一步是沿河道布置断面线，断面线的布置须遵循以下原则：①断面顺水流流向依次向下游布置；②断面线尽量与水流流向相垂直，对于流向差异较大的分汊型河道，按汊道分开布置；③断面线长度大于左右岸堤防之间的间距；

断面端点坐标主要用于精确定位断面的位置；利用AutoCAD自带的VBA编辑器建立名称为断面端点坐标提取模块.dvb的模块，自动提取断面端点坐标及断面号，该模块根据断面总数量建立循环，循环内首先在屏幕上选择断面号，并将文字内容写入断面端点坐标.TXT文件；然后利用Getpoint函数点选获取断面首尾两点坐标，并将提取到的坐标数据写入断面端点坐标.TXT文件；循环直至结束，得到包含所有断面号及断面端点坐标数据的文件；

(2)采用地形坐标数据提取模块.dvb提取地形空间坐标信息数据

地形坐标数据提取模块.dvb基于VBA平台研发，主要用于提取地形空间坐标信息数据；

完整的河道地形图包含的信息较为丰富，图层也较多，根据内容将图层分为以下几类：①包含地形信息的图层，包括实测点层、计曲线、首曲线；②包含建筑设施的图层，包括交通及附属设施、管线及附属设施、工况建筑及附属设施；③包含防洪、涉水建筑物的图层，包括堤防、码头、护岸；④包含制图信息的图层，包括图廓层、水文、地名；河道地形图中的地形信息一般包含在实测点层、水上实测点层或者水下实测点层图层中，具体的地形坐标数据一般以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象主要有四类：①圆，平面位置坐标即为圆中心的坐标，而高程值则是圆的名称；②点，平面位置坐标即为点的坐标，而高程值则是点的第三维坐标或是点的名称内容；③文字，此时要得到平面位置坐标，须在文字对应位置绘制圆，并提取圆中心点的位置坐标，而高程值则是文字的文本内容；④块参照，此时平面位置坐标即为块参照的平面位置坐标，而高程值则是块参照的文字内容；

利用AutoCAD自带的VBA编辑器建立名称为地形坐标数据提取模块.dvb的模块，自动提取河道地形坐标数据；该模块的具体执行过程为：首先利用选择结构将对象定位在实测点层图层中；然后对实测点层中的所有对象建立循环，在循环内部对单个对象的类型进行判断，当单个对象是圆时，则将圆的平面坐标及圆的名称赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是点时，则将点的平面坐标及点的第三维坐标赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是文字时，则在文字对应的位置***圆，并将圆的平面位置坐标及文字的内容赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是块参照时，则将块参照的平面位置坐标及块的文字内容赋给x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；直至循环结束，得到包含地形坐标数据的文件；

(3)采用断面数据提取模块.f90得到断面形态数据

断面数据提取模块.f90基于Fortran平台研发，主要通过计算得到断面形态数据；

根据已得到的断面位置及地形数据提取断面形态数据；河道地形是水流塑造而成的，在水流的作用下，河床表面形成众多尺度不一、有序排列的沙波或成型淤积体；在未受干扰的条件下，水流变量是空间坐标的连续函数，因此地形也是空间坐标的连续函数；基于连续函数的特性可知，任意一点的函数值与附近空间点的函数值是紧密关联的；因此本发明提出了二种近似地形的函数方法：

①距离最小函数法

本方法假定未知点的空间特征信息与距它最近点的空间特征信息近似，也即在距离较小的范围内，可以用平面近似代替曲面，则未知空间点上的高程值Z等于距此点最近的空间点的高程值(如图2所示)，计算公式如下：

Z(X,Y)＝Z(min(d₁,d₂,......d_n))

式中d₁，d₂，......，d_n为周围某点距此点的平面距离；n为周围点的个数；

②距离导数加权函数法

本方法假定未知点的空间特征信息与它周围一系列点的空间特征信息相关联，周围点对此点影响强度的大小与周围点距此点的距离负相关，距离越近，影响权重越大；距离越远，影响权重越小；即此点的高程值等于周围点距此点距离导数的加权平均值(如图2所示)，计算公式如下：

式中Z_i为周围某点的高程值；d_i为周围某点距此点的平面距离；n为周围点的个数；

二种所述近似地形的函数方法在捕捉地形空间特征信息方面各有利弊：所述距离最小函数法可以精确捕捉到断面上的最高点、最深点的特征点信息，但由于利用的数据量较少，当断面上点之间的距离较小时，容易出现锯齿形的断面形态，造成断面失真；所述距离导数加权函数法可以完全避免出现锯齿形的断面形态，但由于采用了平均的方法也容易造成局部地形的坦化，使得最高点、最深点的高程存在一定的误差；在实际运用过程中，可根据地形测量的精度选取合适的所述近似地形的函数方法；

基于上述二种所述近似地形的函数方法方法，建立了断面数据提取模块.f90，由于此过程涉及大量的数据搜索及运算过程，而Fortran软件在运算方面具有先天的优势，因此所述断面数据提取模块.f90是基于Fortran平台建立的，所述断面数据提取模块.f90的具体实现过程为：

①利用断面端点坐标提取模块.dvb提取得到的断面端点坐标，按照一定的距离d在断面上均匀布置数据点，各数据点的平面坐标值按照下面的公式进行计算：

X_i＝X_A+d×i×cosα

Y_i＝Y_B+d×i×sinα

式中X_A、Y_A为断面起点的平面坐标；X_B、Y_B为断面终点的平面坐标；α为断面线在xy平面中与x轴的夹角；X_i、Y_i为未知点的平面坐标；d为断面上相邻点之间的距离；i为自断面起点起算的点个数(i＝0、1、2……m)；

②按照给定的断面数建立循环，对于循环中的某一断面上的任意一待求点，设定搜索半径为常数R，以所述地形坐标数据提取模块.dvb得到的地形数据文件地形数据xyz.TXT中的空间地形数据为基础，再次进行循环，搜索圆形范围内的空间信息点；若没有搜索到符合条件的点或者只搜索到一个符合条件的点，则将搜索半径调整为2R，重新进行循环，直至搜索到符合条件的点为止；

③假定搜索到符合条件的点数量为N个，对N个点按照距待求点距离的远近进行排序，然后确定所述近似地形的函数方法，若选定所述距离最小函数法，则将距离最近点的高程值赋给变量Z_i；若选所述距离导数加权函数法，则按照距离导数计算高程的加权平均值，赋给变量Z_i；待该断面上所有的点均搜索完毕，则输出断面数据(如图1所示)。

参阅附图可知：如图2所示，图中共存在五个点P₀、P₁、P₂、P_n-1、P_n，其空间三维坐标依次为(X,Y,Z)、(X₁,Y₁,Z₁)、(X₂,Y₂,Z₂)、(X_n-1,Y_n-1,Z_n-1)、(X_n,Y_n,Z_n)，五个点中，P₀为未知高程的待求点，P₁、P₂、P_n-1、P_n为已知高程的点；图中黑色圆为搜索半径为R的区域，从图可知，P₀周围满足搜索半径R的已知点有4个，分别为P₁、P₂、P_n-1、P_n，其距待求点P₀的距离分别为d₁、d₂、d_n-1、d_n。在此种情况下，若选定所述距离最小函数法，由于d₁<d₂<d_n<d_n-1,则待求高程Z＝Z₁；若选所述距离导数加权函数法，则待求高程Z＝Z₁/d₁+Z₂/d₂+Z₃/d₃+Z₄/d₄。

验证试验

为了验证本发明在水利工程中的应用效果，通过在某水利工程设计研究的过程中对本发明作了试验，具体试验步骤如下：

某河道地形图.dwg平面形态(如图3所示)，河段全长约为1200km；建立一维数学模型首先须将地形概化为断面，然后作为必须的输入条件读入到一维模型中；按照本发明的流程，提取断面数据按照以下三步执行：

(1)首先布置断面，河道自上而下共布置2000个断面，平均断面间距约为600m，调用模块断面端点坐标提取.dvb自动提取断面号及断面端点坐标，存储至文件某断面端点坐标.TXT；

(2)然后在某河道地形图.dwg文件中加载模块地形坐标数据提取模块.dvb，运行模块，提取地形坐标数据并将数据存储至文件某地形数据xyz.TXT；

(3)最后将某断面端点坐标.TXT和某地形数据xyz.TXT存放在同一个目录下，调用模块断面数据提取模块.f90，自动提取断面数据并将得到的数据存储至文件某断面数据.TXT。

将本发明方法与传统方法(等高线断面法、自绘等高线断面法)的效率进行比较：按照每天工作6.5h，各种方法解决上述问题所需的时间依次为：本发明方法自动提取所需的时间约为1d；等高线断面法提取单个断面的时间约为1.5min，所有断面总的时间约为3000min，初步估算采用此方法所需的时间约为7.5d；自绘等高线断面法提取单个断面的时间约为5min，所有断面总的时间约为10000min，初步估算采用此方法所需的时间约为25.5d；由此可见，本发明缩短了解决问题所需的时间，极大地提高了工作效率。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (1)

1.批量河道断面形态数据的自动化提取方法，其特征在于：由断面端点坐标提取模块.dvb、地形坐标数据提取模块.dvb、断面数据提取模块.f90组成；断面数据提取的基础是地形坐标数据；包括如下步骤：自动提取断面端点坐标及断面号；提取河道地形坐标数据；根据已得到的断面位置及地形坐标数据提取断面形态数据；

所述的批量河道断面形态数据的自动化提取方法，其具体实现步骤如下：

(1)采用断面端点坐标提取模块.dvb提取控制断面位置的左右端点的平面坐标

断面端点坐标提取模块.dvb基于VBA平台研发，用于提取控制断面位置的左右端点的平面坐标；

坐标断面法提取断面数据的第一步是沿河道布置断面线，断面线的布置须遵循以下原则：①断面顺水流流向依次向下游布置；②断面线尽量与水流流向相垂直，对于流向差异较大的分汊型河道，按汊道分开布置；③断面线长度大于左右岸堤防之间的间距；

断面端点坐标用于精确定位断面的位置；利用AutoCAD自带的VBA编辑器建立名称为断面端点坐标提取模块.dvb的模块，自动提取断面端点坐标及断面号，该模块根据断面总数量建立循环，循环内首先在屏幕上选择断面号，并将文字内容写入断面端点坐标.TXT文件；然后利用Getpoint函数点选获取断面首尾两点坐标，并将提取到的坐标数据写入断面端点坐标.TXT文件；循环直至结束，得到包含所有断面号及断面端点坐标数据的文件；

(2)采用地形坐标数据提取模块.dvb提取地形空间坐标信息数据

地形坐标数据提取模块.dvb基于VBA平台研发，用于提取地形空间坐标信息数据；

完整的河道地形图包含的信息较为丰富，图层也较多，根据内容将图层分为以下几类：①包含地形信息的图层，包括实测点层、计曲线、首曲线；②包含建筑设施的图层，包括交通及附属设施、管线及附属设施、工况建筑及附属设施；③包含防洪、涉水建筑物的图层，包括堤防、码头、护岸；④包含制图信息的图层，包括图廓层、水文、地名；

河道地形图中的地形信息包含在实测点层、水上实测点层或者水下实测点层图层中，具体的地形坐标数据以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象有四类：①圆，平面位置坐标即为圆中心的坐标，而高程值则是圆的名称；②点，平面位置坐标即为点的坐标，而高程值则是点的第三维坐标或是点的名称内容；③文字，此时要得到平面位置坐标，须在文字对应位置绘制圆，并提取圆中心点的位置坐标，而高程值则是文字的文本内容；④块参照，此时平面位置坐标即为块参照的平面位置坐标，而高程值则是块参照的文字内容；

利用AutoCAD自带的VBA编辑器建立名称为地形坐标数据提取模块.dvb的模块，自动提取河道地形坐标数据；该模块的具体执行过程为：首先利用选择结构将对象定位在实测点层图层中；然后对实测点层中的所有对象建立循环，在循环内部对单个对象的类型进行判断，当单个对象是圆时，则将圆的平面坐标及圆的名称赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是点时，则将点的平面坐标及点的第三维坐标赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是文字时，则在文字对应的位置***圆，并将圆的平面位置坐标及文字的内容赋给变量x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；当单个对象是块参照时，则将块参照的平面位置坐标及块的文字内容赋给x、y、z，并将x、y、z的值写入文件地形数据xyz.TXT；直至循环结束，得到包含地形坐标数据的文件；

(3)采用断面数据提取模块.f90得到断面形态数据

断面数据提取模块.f90基于Fortran平台研发，通过计算得到断面形态数据；

根据已得到的断面位置及地形数据提取断面形态数据；河道地形是水流塑造而成的，在水流的作用下，河床表面形成众多尺度不一、有序排列的沙波或成型淤积体；在未受干扰的条件下，水流变量是空间坐标的连续函数，因此地形也是空间坐标的连续函数；基于连续函数的特性可知，任意一点的函数值与附近空间点的函数值是紧密关联的；因此提出了二种近似地形的函数方法：

①距离最小函数法

本方法假定未知点的空间特征信息与距它最近点的空间特征信息近似，也即在距离较小的范围内，可以用平面近似代替曲面，则未知空间点上的高程值Z等于距此点最近的空间点的高程值，计算公式如下：

Z(X,Y)＝Z(min(d₁,d₂,......d_n))

式中d₁，d₂，......，d_n为周围某点距此点的平面距离；n为周围点的个数；

②距离导数加权函数法

本方法假定未知点的空间特征信息与它周围一系列点的空间特征信息相关联，周围点对此点影响强度的大小与周围点距此点的距离负相关，距离越近，影响权重越大；距离越远，影响权重越小；即此点的高程值等于周围点距此点距离导数的加权平均值，计算公式如下：

式中Z_i为周围某点的高程值；d_i为周围某点距此点的平面距离；n为周围点的个数；

二种所述近似地形的函数方法在捕捉地形空间特征信息方面各有利弊：所述距离最小函数法可以精确捕捉到断面上的最高点、最深点的特征点信息，但由于利用的数据量较少，当断面上点之间的距离较小时，容易出现锯齿形的断面形态，造成断面失真；所述距离导数加权函数法可以完全避免出现锯齿形的断面形态，但由于采用了平均的方法也容易造成局部地形的坦化，使得最高点、最深点的高程存在一定的误差；在实际运用过程中，可根据地形测量的精度选取合适的所述近似地形的函数方法；

基于上述二种所述近似地形的函数方法，建立了断面数据提取模块.f90，由于此过程涉及大量的数据搜索及运算过程，而Fortran软件在运算方面具有先天的优势，因此所述断面数据提取模块.f90是基于Fortran平台建立的，所述断面数据提取模块.f90的具体实现过程为：

①利用断面端点坐标提取模块.dvb提取得到的断面端点坐标，按照一定的距离d在断面上均匀布置数据点，各数据点的平面坐标值按照下面的公式进行计算：

X_i＝X_A+d×i×cosα

Y_i＝Y_B+d×i×sinα

式中X_A、Y_A为断面起点的平面坐标；X_B、Y_B为断面终点的平面坐标；α为断面线在xy平面中与x轴的夹角；X_i、Y_i为未知点的平面坐标；d为断面上相邻点之间的距离；i为自断面起点起算的点个数；

②按照给定的断面数建立循环，对于循环中的某一断面上的任意一待求点，设定搜索半径为常数R，以所述地形坐标数据提取模块.dvb得到的地形数据文件地形数据xyz.TXT中的空间地形数据为基础，再次进行循环，搜索圆形范围内的空间信息点；若没有搜索到符合条件的点或者只搜索到一个符合条件的点，则将搜索半径调整为2R，重新进行循环，直至搜索到符合条件的点为止；

③假定搜索到符合条件的点数量为N个，对N个点按照距待求点距离的远近进行排序，然后确定所述近似地形的函数方法，若选定所述距离最小函数法，则将距离最近点的高程值赋给变量Z_i；若选定所述距离导数加权函数法，则按照距离导数计算高程的加权平均值，赋给变量Z_i；待该断面上所有的点均搜索完毕，则输出断面数据。