利用RIEGL三维激光扫描仪软件RiSCANPRO对点云数据进行去噪、拼接、滤波，实现地面物体的绘制。但由于缺乏一套成熟的基于点云数据绘制地形图的专用软件，绘制的点云要素以数据交换文件格式(dxf文件)导入CASS软件时，缺乏必要的要素属性信息，需要手工添加属性和代码，导致地形图绘制自动化程度降低。因此，本文从实际应用出发，利用AutoCAD提供的VBA进行二次开发和编程，结合实际扫描数据，实现了非属性地物的批量属性赋值转换。实验结果表明，本文设计的程序能够快速、准确、自动、完整地分配属性，提高了办公室的工作效率。
关键词：VBA规划二次开发地形测绘，特征提取，属性转换测绘
1.介绍
随着测绘手段和计算机技术的快速发展，基于RTK、全站仪等高精度测量仪器的传统地形测量正逐渐被新兴的三维激光扫描技术所取代。由于其高精度、高密度、高速度和非接触测量等优点，被广泛应用于变形监测、三维模型重建、数字城市、地形测量等领域。目前常用的地形测量软件AutoCAD和南方CASS适用于传统测量方法获得的地形数据。然而，由于缺乏一套基于点云数据的系统化地形测绘软件，在利用点云数据绘制要素时缺乏相应的实体属性编码，提高了数据采集速度，但降低了地形图的生产效率。
吴等人以校园内的一块矩形区域为实验对象，将预处理后的点云导入到2013版CAD中，用曲线工具绘制出道路、房屋等特征要素，然后以dxf格式导出，再导入到CASS中。最后，根据特征要素绘制地物符号，绘制地形图。但是，当大量的点云导入CAD时，路灯、井盖等局部点云会缺失，无法提取完整的特征。需要在CASS中输入它们的坐标，用相应的符号手工绘制，海量的点云数据使得CAD的操作非常缓慢。高4和郭5等。将根据点云绘制的点状要素导出为txt文件，将线状要素导出为dxf文件，用CASS直接绘制点状要素；但是，线状要素导入CASS后，需要用其原来的线和对应的要素符号重新绘制。这种方法虽然实现了地形图的绘制，但是地物的二次绘制降低了内业处理的效率。
针对上述方法中手工属性转换甚至二次渲染的局限性，编制了基于AutoCAD二次开发的程序，实现了点云要素的自动转换。
2.数据采集和预处理
2.1数据采集
由于扫描条件的限制，对校园局部区域的道路及周边地物进行扫描，包括教学楼、行道树、路灯、灯塔、人工花坛等。使用的仪器是RIEGLVZ1000地面三维激光扫描仪。首先勘测扫描区域，确定扫描仪和目标的最佳位置，既要保证扫描过程不被遮挡，又要选择最少的站位，并记录下每栋楼的楼层数，以备后期属性转换。设定目标时，要选择合适的位置，各站目标要避免设定在同一条直线上。同时要保证相邻两个站之间至少有三个同名的目标，以便注册不同的站。云数据采集的具体步骤在文献6中有详细描述。
2.2数据预处理
利用RiSCANPRO对采集的实验区域点云数据进行预处理，包括去噪、拼接和滤波。由于三维激光扫描仪扫描范围大，扫描得到的数据往往包含非实验区域的点云
相邻站之间扫描的数据会有重复区域，多站拼接后会产生大量的数据冗余，增加计算机的处理负担。利用软件对数据进行过滤，选择合适的阈值，减少数据冗余。一系列经过预处理的点云数据如图1所示。
图1预处理后的点云数据
3.特征提取。
RIEGL三维激光扫描仪的软件RiSCANPRO，结合人机交互，可以用来绘制点云数据。在俯视状态下，选择合适的特征元素绘制实验区的地面特征，选择行道树、路灯等点元素进行绘制，选择道路、房屋、花坛、围栏等闭合线元素进行绘制。要素图层通过要素名称的简单拼写来命名，不同的要素图层存储在不同的图层中，例如具有：NBDL(内部道路)、TF(混凝土房屋)、HP(花坛)和ZL(栅栏)的线要素图层，以及具有：HDS(行道树)、LD(路灯)和WXDGT(无线电塔)的点要素图层。绘制以dxf文件格式导出的每个图层的地面要素。扫描区域中有7种类型的地面要素，因此会导出7个不同的dxf文件，用于后续地面要素属性代码的自动转换。提取的特征如图2所示。
图2地面物体的特征
4.属性转换程序的设计。
AutoCAD已经在工程中应
用方面有广泛的作用,因其具有实用强大的功能、简单易于操作以及它是开放性的,提供了丰富的编程接口<8>,它的二次开发方式主要有AutoLisp、VBA、ObjectARX、ADS、AutoCAD.NET<9,10>。其中VBA作为一种内嵌机制,具有简单易学、执行速度快、编程环境可视化等优点,并且利用VBA开发对话框界面比较方便,直接在窗体上放置控件,避免编写冗长的代码。因此,文中选用VBA进行二次开发。4.1程序设计流程
在南方CASS中,以绘制一栋6层的砖结构房屋为例,按照输入通用绘图命令“DD―确定―输入141121―确定―依次输入或拾取房角点坐标―输入C―输入6”的步骤绘制地物,其中“141121”为砖结构房屋对应的CASS地物编码,“C”表示闭合当前绘制图形,“6”代表房屋层数,本文将绘图步骤中输入地物编码(如“141121”)之后的所有输入项(如“C”和“6”)统称为绘图参数。
图3程序设计流程图
因此,针对由点云数据进行地物特征提取完成后导出的多个dxf文件,本文程序设计的主要思路是首先将存放于多个独立dxf文件下的点要素和线要素分别逐一加入到点集合和线集合中;其次通过依次判断两集合中各要素的图层属性,依据图层名获取各地物要素所对应的CASS编码;最后调用南方CASS成图系统中所提供的通用绘图命令,按照给定比例尺自动重新绘制地物,实现两集合中各要素的符号(块名)、图层、颜色、线型、线宽以及扩展属性等地物属性的批量转换或赋值。程序设计流程如图3所示:
4.2解析dxf文件
由于在CAD的VBA开发方式中并未提供易于解析dxf文件的编程接口,因此本文借助DXFLIB开源库解析dxf文件。为了供VBA程序调用,只需在C++环境中对DXFLIB解析点和多段线要素的两个虚函数进行简单改造,即可将点要素和线要素分别逐一加入到点集合和线集合中。例如,在C++环境中改造DXFLIB解析点要素的虚函数代码如下:
4.3获取图层名的对应编码
为了实现地物要素符号、图层、颜色等地物属性的批量转换或赋值,需要准确地将要素图层名转换成相应的CASS地物编码,因此必须明确图层名和地物编码的对应关系,如表1所示:
图层名与地物编码对应关系表1
在VBA中,要素图层名转换成地物编码的实现代码如下:
4.4地物属性转换
完成dxf文件的解析以及明确了图层和编码的对应关系后,在VBA代码中分别遍历点、线集合,调用CASS通用绘图命令,在CASS环境中以一定比例尺重新绘制地物。以绘制房屋为例,其流程如图4所示:
图4房屋自动绘制流程图
5、实验演示及分析
运行VBA代码弹出程序窗口界面如图5所示。点击“读取dxf文件”按钮,打开在RiSCANPRO里完成矢量化并导出的多个dxf地物要素文件。读取文件完成,解析出待转换的图层总数为7,各地物要素总数为146,待转换的图层列表如图6所示:
图5程序窗口界面
图6待转换图层
点击“查看”按钮,可预览图层名所对应的地物编码,如图7所示,LD(路灯)对应的编码为155210,HDS(行道树)对应的编码为340402,最后点击“开始转换”按钮,将各个dxf文件中的点、线要素分别在CASS7.0环境中以1∶500比例尺自动重新绘制成图,待地物绘制完毕程序提示“转换完成”,如图8所示。点击“退出”按钮退出程序。
图7获取图层名的对应地物编码
图8属性赋值结束
图9是按照本文所编写的程序代码自动重新绘制的包含属性信息的地物要素。实验表明,该程序能够快速准确地将缺少属性信息的点云地物进行符号描绘及属性编码转换,且无须人工二次描绘,完全自动化地实现了由无属性地物向有属性信息地物的批量转换。
图9属性赋值后
为验证本文程序方法的效率,使用文中提到的第二种方法进行实验对比。在RiSCANPRO中将绘制的点状要素导出为一个.txt文件,线状地物导出为一个.dxf文件。将导出的点状.txt文件转换成.dat文件,在CASS中直接进行展绘,线状要素作为一个图块插入CASS图形文件中,此时的线状要素缺少相应属性编码,如图10所示,需要根据原有线型选择相应的地物符号进行重新描绘。二次描绘完成后地物被赋予了相应的属性编码,由于是在原有的线型基础上进行描绘的,如图11中红色框内所示,二次描绘的线状要素与原有要素之间存在一些偏差,难以完全精确到原有的线状地物,同时二次描绘使得地形图的制作效率较低。如表2所示,与原有方法相比,运用本文提出的方法制作地形图不仅效率得到提高,同时减少了因二次描绘而产生的偏差。
图10插入CASS中无属性的地物图块
6、结语
由于缺乏一套成熟的地形测绘专用软件,在分析总结由点云数据获取的地物缺少属性信息及传统属性赋值方法存在不足的基础上,本文通过对CASS中地物属性编码的方法及数据交换文件dxf进行研究,运用VBA二次开发编写程序实现了无属性地物的批量属性转换。与传统方法相比,提高了作业效率,减少了二次描绘的误差,避免了因数据过大造成的缺失。同时,设计的程序窗口简单美观,易于操作,在矢量化无属性点云地物的批量属性转换方面有较好的作用,对测绘工作效率的提高有一定的借鉴意义。
