管道勘察设计一体化成图软件.docx
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管道勘察设计一体化成图软件
管道勘察设计一体化成图软件
中国石油天然气管道局天津设计院
一、开发背景
随着中国石油天然气管道建设项目的扩大和发展，天津设计院以打造具有中国石油管道特色的油气上游业务高端技术咨询企业为目标，积极承担长输管道建设责任，拓展发展平台，进军国际市场。
在这样的大好形势背景之下，开发出一套具有管道行业特色的计算机辅助设计软件是很有必要的，能够对管道业务的开发产生很大的经济效益。
特此，管道局天津设计院组织开发了这套“管道勘察设计一体化成图软件”，英文名称“PipeSuyingGeologyDesignSystem,简称“PSGDS'。
二、前景及意义
目前国内外石油天然气长输管道工程项目不断增多，行业技术水平也越来越高，对勘察设计专业的要求也随之提高。
目前测绘、地质、管道设计这三个主专业都是各自用各自行业的软件分开工作的，导致不同专业间各种问题的产生。
纵观名目种类繁多的各种相关软件，虽然技术比较成熟，但是只具有各自专业的普遍性，各自为主，缺乏快速有效的跨专业互相衔接能力，不同软件间的兼容性较差，比如测绘专业提供的线路图中的某些元素不能直接由设计专业查看并使用，因此尚不能完全满足并适应油气输送管道行业的特殊性。
PSGDS软件将勘察（测绘、地质）和设计专业的工作整合到一个软件系统中，完全的解决了这些问题，并且实现了计算机智能化工作，在很大程度上节约了劳动力，提高了生产效率和工作的积极性，因此产生了显著的经济效益，使我院为我国管道事业的进一步发展奠定了基础，铺平了道路。
三、软件开发概述
由于PSGDS软件所要解决的问题跨越测绘、地质、管道设计三个专业，涉及到的信息量大，故开发难度较大，研发也周期比较长。
3.1信息前期采集
开发前期我们积极的咨询了富有多年实际工作经验的老师傅们，获取他们实
践中的经验知识，深入了解工作中实际存在的各类问题。
同时收集并研究了大量国内外常用的行业软件，并对这些成熟的软件进行了优点和缺点的分析归纳总结。
勘察行业包括南方测绘CASS系列、广州开思SCS系列、北京威远图SV系列、理正勘察CAD系列等，管道设计行业包括。
博采众家之长，经过不断的探索，不断的发现问题解决问题，终于完成了这套行业领先的全自动化、半自动化具有一定计算机智能的勘察设计成图软件。
3.2过程
具体开发过程我们分三个阶段实施：
首先开发测绘工程及地质专业相关的内容，自2008年7月开始至2009年8月开发结束，再经过近半年的工程实际测试使用，能够确认软件的各项功能运行正常，结果正确无误，在“沈大输气管线1期工程“中正式投入使用，反映效果很好。
然后开发管道设计部分的内容，自2010年1月开始至2010.10月结束，再经过大量的对照验证，数据结果的比对，证实结果真实可靠，可用于实际的工程项目，目前在“南宁-柳州成品油管道工程”项目中投入使用，反响很好。
最后将前后开发的两部分内容整合成为一体，它们既互相独立又互相衔接，
使之成为一套系统化的软件，能够独立快速的完成各类长输管道项目的勘察、设
计任务。
3.3遵循的国家规范
本软件遵循的现行国家规范为：
1、《油气输送管道工程测量规范GB/T50539-2009》；
2、《油气田工程测量规范》GB/T50537-2009；
3、《国家基本比例尺地图图式第一部分：
1：
5001：
10001：
2000地形图图式》GB/T20257.1-2007；
4、《油气田及管道岩土工程勘察GB50568-2010》；
5、《输油管道工程设计规范》GB50253-2003；
6、《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2007；
7、《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007。
3.4平台
本软件开发采用目前国内外最流行的计算机高级开发语言VisualStudioC#.NET2008与AutoCAD2008开发包ObjectARX相结合的方式开发，利用模块化的体系结构实现与AutoCAD的无缝结合，使得软件具有后续的可扩充性和可兼容性。
可运行在Windows操作系统的各个版本平台上。
软件的整个开发过程由中国石油天然气管道局天津设计院总工程师周学深组织开展并监督验收。
四、核心主题及思想
PSGDS软件以自动或半自动生成“三合一图“为核心主题，将测绘、地质、管道设计三部分的信息都融合到一张工程图框内，以图表、曲线、文字的方式显示出来，整张图的信息量较大。
如图4-1为南柳项目的线路施工三合一图，图4-2为定向钻穿越图，可直接用于施工。
4-1线路施工三合一图实例
4.1、软件运行流程
首先由测绘专业按照工程指定的图框类型，生成三合一图的整体框架，包括平面地形图，线路走向纵断面线，以及地面里程和标高等信息。
其次按线路里程区间在指定图框位置填充对应地质信息，比如“管道沿丘陵敷设，地形起伏较大……该段覆盖层为残坡积的全风化泥岩，呈粘土状，棕黄色,硬塑-坚硬，干强度高，韧性高，有光泽，无摇振反应，表层含有植物根系。
该层在勘察深度3.50m范围内未揭穿，土石工程分级为川级。
沿线勘察深度内未见地下水“等。
然后由设计人员读取测绘、地质专业在图形上提供的实地勘察信息，由本软件自动完成管线敷设趋势线的初步模拟、设计标注和工程量统计，提示能够自动在图面上标注各项设计参数信息（比如热煨弯头半径Rh、弯管角度X、切线长
T、外矢距E等），并全自动的生成各种弯头的各种信息的统计工作。
此项工作包括线路施工图的绘制和任意形状定向钻的绘制两部分内容。
最后将图形稍加整理即可出版。
以上为软件整体运行的思想过程，下面总结本软件的一些特点，包括勘察和管道设计两部分。
4.2、软件关键点、难点、亮点及创新点
4.2.1、软件关键点和难点：
1、各类图框参数的预设置和共享处理问题（勘察部分）不同的工程所涉及到的信息不能统一，导致工程图框内包含的信息元素在种类、排列位置、样式等上的多样性。
比如水平比例尺与纵向比例尺的组合就有很多种，1:
1000、1:
500:
、1:
200、1:
100等；
2、平面地形图植入到三合一图框内时产生的旋转角平衡性问题（勘察部分）；
3、线路中线地理点属性数据的智能识别和提取问题（勘察部分）为生成线路走向的纵断面图形所需要获取的必要信息；
4、线路中线几何地理位置属性数据的计算（勘察部分）包括各个折点的平面转弯角、里程等；
5、管道敷设设计参数的计算（管道设计）共包括十项参数：
Rh：
热煨弯头半径/PrefabricatedBendradius；
Rc：
冷弯弯管半径/Fieldbendradius；
Rs:
叠加弯管半径/Combinatedbend
当线路中线平面折角与纵向弯曲角处于同一地理位置时，这两个方向角叠加产生的空间弯角。
采用空间几何学来解决；
7、土石方量计算（管道设计）线路实际敷设含有多个弯曲角，因此土石方的计算为了提高数据的准确性，采用微积分的思想，逐段求和计算。
8、图内敷设线路各项参数（设计标注）的关联更新（管道设计）当敷设设计线在图内发生调整时，由软件智能性地更新对应位置点的各项参数值，并反映到最终的工程量统计表内。
9、任意转弯类型定向钻敷设各项参数的计算及转弯椭圆弧的绘制（管道设
计）
4.2.2、软件亮点：
PSGDS软件直接服务于油气长输管道工程项目，快速生成各类线路施工图、穿跨越图（三合一图），达到各专业间的无缝衔接，操作简洁。
将同一地理段的三个专业的大量信息整合到一张工程图形内，极大地方便了施工和资料的查阅保存等工作。
为安全使用和加强共享数据的保密性措施，关键信息存储采用显式存储和隐式存储两种方式，将要求保密性较高的信息直接用软件以AutoCAD数据字典的形式写入到DWG二进制文件内部，并且只能于特定的方式来读取或者编辑，其他人员或软件将无法查看。
4.2.3、软件创新点：
1、多种格式测绘地形图的识别及图形绘制模式、比例尺等的智能化变换；地形图文字、高程点智能避让
2、任意类型测绘线路图形的纵断面、横断面图的全自动化出图；
3、任意长度带状地形图的全自动化分幅出图；
4、图内地物、地貌、地形线的属性值的实时显示提示；
5、按照预设值的各项工程参数（如管沟挖深、弹性敷设曲率半径等）自动生成管道敷设的初步模拟；
6、实时智能化标注或者更新各项设计参数、土石方量、管线实长等信息；
7、按照弯头角取舍阀值和里程区间范围全自动生成总体工程量各项统计表；
8、可以绘制单曲线、双曲线定向钻穿越施工图，可以为任意角度、任意形状的管道敷设曲线。
五、软件结构
为便于PSGDS软件的后续开发、版本升级和有效的维护，以计算机辅助设计软件AutoCAD为运行平台，勘察模块和管道设计模块独立在各自的环境下运行，利用预定义图框参数、共享数据来作为传递信息的纽带，如图5-1。
图5-1软件运行示意图
所有共享数据都存储在相应的AutoCAD格式的DWG文件中，伴随文件的持续性永久保存，且具有一定的保密性。
5.1、软件界面
PSGDS软件共有7个主菜单组成，由107个子菜单组成，3个主工具栏由
43个常用功能命令组成，如图5-2、5-3所示。
图5-2常用工具栏
图5-3菜单界面
5.1.1界面组成
7个主菜单由5个勘察部分和2个设计部分组成。
5.1.1.1勘察部分菜单
包含：
数据、绘制地物、等高线、图形处理、整饰出图数据包含11个功能：
图形设置；
加载环境；
更改绘图比例并更新数据；
展点；修改单个点的高程；批量修改高程；由文字修改高程点的Z值；高程点提取；高程点留点去文字；选对象赋属性值；形转为块；绘制地物包含18个功能：
电力、通讯线类；
围墙类；
房屋类；
公路类；坎、坡类；水系类；文字注记；等高线包括5个功能：
其他展点；三角网；绘等高线；注记等高线；注记示坡线图形处理包括15个功能：
弧度、角度互相转化；强力删除；CAD表格输出为Excel；块操作；对象对齐与均布；Z值归零；
连续量距；标注坐标；窗口图形输出；PLine线操作；块填充；
整饰出图包括18个功能：
断面绘制（通用）；图框制作；传统方式带状地形图全自动分幅；外部参照法带状地形图全自动分幅；断面图形的全自动绘制；草图拉直；图形自动美化；添加十字格网；标注十字格网坐标标注；标注百米公里；量算距离/面积；图形自动置平；Pline中线自动标注；成果表生成；
5.1.1.2设计部分菜单
包括：
管道设计、绘定向钻。
管道设计包括20个功能：
加载系统环境；图形图框校正（自动）；合并多条断面线或修改比例；移动地面线高度；
指定地面线；设计标注；更新设计标注；智能调整标注排列；设计线添加点；设计线删除点；设计线优化；设计线按区间取直；显示设计辅助线；显示/关闭设计辅助角；重新设置设计线；重新设置地面线；删除标注回归到初始状态；工程设置；统计工程量；Pline变换操作；绘定向钻包括10个功能：
环境加载；绘制参数校准；穿越线绘制；里程、挖深等数据填充；定向钻标注；设计线添加点；设计线删除指定点；设计线优化；显示/关闭设计辅助角。
5.2、软件使用说明
下面分勘察和设计两部分来具体的说明各项功能及使用方法，按菜单顺
序。
521数据（勘察部分）
521.1、图形设置
¥由艾敖-略值
靛朋点去対
遶对軸黒性・
图5-4数据部分菜单
图形比例尺、绘图模式（SCS,CASS两种模式）、旋转角度（文字，块等的默认旋转角）的设置，只对设置好以后绘制的图形起作用，与“更改绘图比例并更新数据”相呼应。
绘图模式选择说明：
CSC所有比例尺的按1:
1出图。
假如500的
图，展点的时候坐标放大一倍；
CASS按比例出图。
假如500的图，按2:
1
出图，展点按1:
1000.
命令：
SETMAPSTYLE
输入图形比例尺1：
＜当前为0:
1000
选择绘图的类似模式仁类似SCS模式2=类似CASS模式＜当前为1:
2输入文字图块等第的默认旋转角度：
＜当前为0：
20
|选择绘團的粪似挨式"翼似孔$槿式皆翼證輸入文字图块零第的默认旋转角度1v当前/
』命令：
]:
100D梗式:
CASS20.01457.5332,1Z56.6&68,0.0000_
图5-5
设置好以后在CAD的左下角显示，如图5-5：
5.2.1.2、加载环境
加载绘图模板。
521.3、更改绘图比例并更新数据
更改当前的绘图比例并更新以前绘制的图形对象为刚设置的绘图参数命令：
ChangeDrawScale
当前比例为1000输入新的比例尺
500
请选择变换范围：
仁全部、2=自己
选择范围<1>:
1
5.2.1.4、展点
兼容格式：
A南方DAT文件（*dat）;
B天宝标准格式（*csv）;
CExcle文件（*.xls）；
DAccess文件（*mdb）；
亮点功能：
单点校正，在数据列表
图5-6展点
中选择一个基点，输入正确的坐标高程来求得三参数，然后更新全部列表数据为正确的在展点前，请注意表格显示的测量坐标为标准的测量坐标（与标准的CAD坐标
交换X\Y值）还是标准的CAD坐标格式。
测量坐标和CAD坐标互换X/Y
操作界面如图5-7
在屏幕上框选要修改的范围后，程序会自动过滤文字信息，一步就可以完成所有的修改操作。
主要功能如下：
（1）、文字类的旋转：
旋转使所选的文字方向正北，或按某个角度以文字的插入点为基点旋转；
（2）、高程数据的修改（只修改数值）：
对高程数据乘某个固定常数或加固定常数，同时还可以按要求修改对应高程点的Z向值，为绘制等高线做准备。
5.2.1.1.7、由文字修改高程点的Z值
特色功能，根据图面显示的高程文字修改对应点的Z值。
此功能只适用于用本软件展点和南方CASS软件展点的高程点的修改。
修改高程点的属性值？
5.2.1.8、高程点提取
命令:
tgc
采集高程的方式为：
1图面点块（GC200）提取2图面的点采集（point）/3图面的高程注记文字采集<1：
5.2.1.9、高程点留点去文字
特色功能，保留点而删除文字显示。
此功能只适用于用本软件或者南方CASS软件展点的高程点的修改。
5.2.1.10、选对象赋属性值
对所选择的对象赋值文字显示属性，将鼠标停留在对象上就能看到文字属性值。
命令:
setname
选择地物:
输入属性值:
电力线
521.11、形转为块
将图形中采用的形文件转化为对应的块。
5.2.2绘制地物（勘察部分）
可用快捷命令或者屏幕菜单快速绘制地物地貌。
魁制地物等高线闺理处理
Q同码莲制⑴
电力r通讯銭类（dl）
圉墙类曲
快捷命令”T”可方便的复制并绘制图面上的同属性
522.2、围墙类
命令:
wq
选择类型：
仁不依比例砖石或土围墙；2=依比例围墙；3=铁栅栏；4=铁丝网；
5=篱笆：
5.2.2.3、房屋类
命令：
fw
选择类型：
仁一般房屋；2=破坏房屋；3=在建房屋；4=棚房；5=虚线阳台;6=U
台阶;7=H台阶;8=建筑物下通廊：
522.4、公路类
命令：
gl
选择类型：
仁高速公路；2=国道;3=省道;4=县道;5=专用路;6=内部路;7=单线小路；8=乡村路虚线边；9=路肩线;1仁依比例涵洞;12=公路或铁路桥;13=依比例铁路：
5.2.2.5、坎、坡类
命令:
k
选择类型：
仁土质陡坎;2=加固陡坎;3=斜坡;4=加固斜坡;5=单线堤;6=石垄;7=单线干沟；8=双线干沟;9==石质陡坎；1仁大斜坡：
5.2.2.6、水系类
命令:
s
选择类型：
10=水流向;1=土质河陡坎;2=加固河陡坎；3=水位线;4=时令河;5=单线堤;6=单线沟渠;7=单线干沟；8=双线干沟;9=石质陡坎：
5.2.2.7、文字注记
命令:
wzzj
输入文字：
asdf
放置点：
快捷命令”T”可方便的复制并绘制图面上的同属性地物。
类似与SCS得通吗绘
制功能。
5.2.3等高线（勘察部分）
等高线【comtourline】指的是地形图上高程相等的各点所连成的闭合曲线。
等咼线按其作用不同，分为首曲线、计曲线、间曲线与助曲线四种。
目前一些测绘软件提供等高线绘制程序，但是都是与原数据相关联的，我们
在外业数据采集完后，经过一定的整理后再绘制等高线，这时候地形图有可能发生了位移、旋转、缩放等变化，还有可能某些局部高程点手工修改过，这样以来
就和原数据发生了冲突，导致数据不一致的产生，这种情况下不能利用测绘软件的等高线绘制程序了，利用本软件较好的解决了这个问题。
下面将介绍解决及绘制的过程
等高线绘制的步骤为：
523.1展高程点
设计界面如图5-9,有多个选项以满足用户的要求，可以放到特定图层，设置小数位数，设定是否隐藏展点图层等。
目前支持的数据格式有三种：
纯坐标（X，丫，Z）格式;
CASS5.0以上格式文件；
威远图SV300格式文件。
523.2建立三角网
设计界面如图5-10，可以自定
义三角网构造的最长边，默认为
200米，然后框选刚展的点构造三角网，可以利用CAD自己的图形编辑工具进行三角形的调整和编辑，以达到绘制目的，准确真实的反映地面的高差情况。
5.2.3.3绘制等高线
设计界面如图5-11,设置用样条曲线绘制还是用PL线绘制，PL线绘
制有可选的三种曲线拟合方式：
简单多线段、二次B样条线、三次B样条线
为防止等高线的错误点的选择导致出错，可以设置等高线绘制的范围的极值。
程
序将自动用颜色区分首曲线、计曲线
523.4等高线注记标记
等高线计曲线注记，示坡线标记可以利用程序工具来半自动标记最后对绘制完成的等高线进行局部的编辑调整即可完成工作。
最后用“整理”按钮自动删除重复块名。
输入旋转角度或者缩放比例系数，选择操作类别，最后按“开始”按钮选择范围。
块替换功能有3种：
1点替换为指定名称的块；
2、块替换为点；
3、A类块替换为B类块。
注意“块名区分大小写”
524.5、对象对齐与均布
根据选择的“对齐方式”（分左右对齐、上下对齐）和设定的“对齐位置”来批量对齐图元实体，可预览效果。
可以方便的制作表格、排列图形。
值全部改成为0值
此功能用于线型的显示出错（有时候显示会乱七八糟无法操作，可用此解决）。
5.2.4.7、连续量距
通用工具，设置好图形显示比例就可以自由的连续量距，自动和上数累加。
图形显示比例就是指比如图面为1m，实际距离为1000m,贝U图形显示比例
为1:
1000，比如图面为1m,实际距离为500，贝U图形显示比例为1:
500.
5.248、标注坐标
通用工具，设置好图形显示比例就可以自由标注坐标值。
图形显示比例就是指比如图面为1m，实际距离为1000m,贝U图形显示比例
为1:
1000,比如图面为1m,实际距离为500,贝U图形显示比例为1:
500.
5.249、窗口图形输出
按照选择的范围线将相关的图元保存到外部新的文件。
5.2.4.10、PLine线操作
【1、PLine选择然后…】
命令：
plselectdo
选择边界范围线线（Pline）:
选择基点：
选择要放置的点：
：
请选择输入1或者2：
仁先按基点复制再移动，2=直接移动（只选择内部的所有）
<1>:
1
上述功能说明：
选择类型1,按基点复制边界范围线内部的和和它相交的所有图元实体，并移动到新的位置；
选择类型2,将边界范围线内部的所有图元实体移动到新位置。
【2、PLine裁剪】
多边形开窗裁剪
【3、PLine添加接点、焊接、直线转Pline】
在PLine线上添加接点或者两条线焊接为一条，或者将直线转化为PLine线。
命令:
joinpl
选择源Pline:
选择目标Pline:
输入误差范围:
<2mm>:
已成功连接
【4、直线转PLine】
命令：
LINETOPL
自己选择？
还是全部？
仁自己选择；2=全部<1>:
2
已成功转换124
5.2411、块填充
将制定的块在制定的图层内智能填充。
命令：
tcblock
输入层名：
gcd
输入块名：
gc200
选择边界还是绘制边界？
仁选择边界；2=绘制边界;3=绘制单个的；4=加十子格网
（需绘制边界）<2>:
第一点：
第二点：
下一点或[弧（A）/边长交会（B）/微导线（W）/插入点（S）/延伸（E）/垂直点（I）/垂足点
等等
525.1、通用功能
工具条如图5-16所示
图5-17断面数据人机交互采集
可用菜单中的“加载DMTOOL工具”功能加载显示。
测绘行业断面图主要包括纵断面和横断面两种。
由于测绘各行业的特殊性，好多测绘软件都没有提供专门绘制断面的程序，现在网络上有自动在图面提取高程数据并成图的断面绘制软件，但是有个很大的问题：
需要绘制等高线，并要求有较多的图面高程点，而且由于是由程序根据一些内插的数学模型来获得断面线上的高程值，并且后续数据不好编辑修改，这样一来产生的误差较大，失真严重,失去了断面应有的信息，导致使用价值不高
本软件数据采集有两种方式：
采用人机交互采集、根据用户设置程序自动采集。
人机交互断面数据方式可有效解决上面的问题：
在ACAD图面上点取点位，然后根据周围的实际情况由用户确定当前点的应有的高程值，最后由程序自动绘出。
A、断面数据采集
人机交互采集采用点位在图形中点击采集，高程由人工确定输入的半自动化方式，操作界面如图5-17。
下面为各部分功能的说明。
1、“导入”或“导出”一导入已保存的断面数据文件或导出表内的数据文件;
2“删行”一删除表内的最后一行；
3、“修改”—在按钮下面的文本框内修改表内的数据；
4、“开始采集”一采集数据（需先设置比例参数）：
⑴对横断：
首先采集中心点的位置、高程，然后按顺序（对中心点由近而远）采集线路两边高程点。
（2）对纵断：
首先确定起点，然后由近而远的顺序采集。
5、“参数”-进入参数设置栏，设置各项比例参数。
对格网设置的说明：
这里可以定义要绘制的格网的长度（距离），宽度，定义好以后绘制的格网都按这个设置绘制，以统一格网类型。
图5-18所示。
注意：
断面的数据采集绘制最好在图形拉直后再做。
6、绘制项设置各个专业部室所要求的断面数据项不一样，为节约时间预先定义好各种要求，用户只需选择合适前缀名就可以，比如“油、气、路、水“等,还可以根据要求自己定义各项目。
断面网格有绘制和不绘制两种选择，格网类型分为十字坐标格网、简洁格网，见图5-19，5-20。
7、高级项目包括数据的编辑处理和自动采集数据数据编辑，对已经采集好
的数据进行批量的修改，比如高程加常
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