油气管道纵断面图绘制软件的开发.pdf

石 油 工 程 建 设 油气 管 道 纵 断面 图绘 制 软 件 的开 发 机具设备■ 桑悦 ’ ，崔文利 ，高余祥 ，陈学虎 ’ ，罗金锐 ’ ，张蕊 ，吕晓丽 1 ． 唐山冀东油田设计工程有限公司，河北唐山 0 6 3 0 0 4 2 ． 中交一航局城市交通工程有限公司，天津 3 0 0 4 7 9 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 1 1 摘要 文章介绍了根据勘察设计一体化、生产和规范要求，开发一款油气管道纵断面图绘制软件的过程，着重从纵断面图 版式、中线数据提取、平面示意图拉直、绘制纵断面图、纵断面图线性内插等方面 ，介绍了该款软件开发的具体思 路。 关键词 油气管道；纵断面图；绘制软件 ；开发 D e v e l o p me n t o f P r o f i l e Dr a wi n g S o ft wa r e f o r Oi l a n d Ga s P i p e l i n e s S a n g Yu e ，Cu i W e n l i ，Ga o Yu x i a n g ，C h e n Xu e h u ’ ， L u o J i n r u i ’ ，Z h a n g Ru i ，L y u X i a o l i ’ 1 ． T a n g s h a n J i d o n g Oi lf i e ld D e s i g n E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． ，T a n g s h a n 0 6 3 0 0 4，C h i n a 2 ． U r b a n C o mmu n i c a t i o n s E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． o f C C C C F i r s t H a r b o r E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． ，T i a n j i n 3 0 0 4 7 9 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e d e v e l o p me n t c o u r s e o f t h e p r o f i l e d r a wi n g s o f t wa r e f o r o i l a n d g a s p i p e l i n e s i s d e s c r i b e d i n d e t a i l a c c o r d i n g t o t h e n ee ds o f s ur v e y d e si g n i n t e gr a t i o n， pr odu c t i on a n d r el e v a n t c od es ．Emph a s i s i s pu t on pr o f i l e f or m a t ， mi dl i n e d a t a e x t r a c t i o n，s t r a i gh t en i ng p l a n e d i a gr a m ma t i c sk e t c h，dr a wi n g pr of i l e， l i n e a r i n t er p ol a t i on o f pr o f i l e d r a w i n g， a n d S O On． K e y wo r ds o i l a n d g a s p i p e l i n e s ；p r o f i le d r a wi n g；d r a wi n g s o f t wa r e；d e v e lo p me n t i d e a 油气输送管道的纵断面图以横坐标代表油气管道 里程 ，以纵坐标代表油气管道高程 ，直观反映了管道 沿线 的地形地貌 ，是油气管道设计必备 的基础资料 。 油气管道纵断面图绘制软件开发的总体思路是 实现 勘察设计一体化 ，根据油气输送管道勘察设计生产 的 需求 ，按照相关规范的要求进行开发 。该软件的具体 开发思路根据绘制纵断面图的详细步骤确定 ，并按照 以下顺序进行开发 1 根据生产需求和相关规范的具体要求制订纵 断面图版式。 2 从带状地形图提取纵断面图制图所需的中线 数据 。 3 把带状地形图拉直成符合规范要求的平面示 意图。 4 根据中线数据和平面示意图绘制纵断面图。 5 纵断面图线性内插。 分析相关测绘规范对油气管道纵断面图格式方面的 具体规定 ，发现纵断面图格式中只有测绘专业制图栏 ， 没有管道相关专业设计栏 ，考虑本单位生产实际情况 ， 决定采取勘察设计一体化的思路定义纵断面图版式。新 图纸格式既要有测量内容 ，又要留有管道设计的余地 ， 具体图纸版式见图 1 。 纵断面图格式说明 外图框5 9 4 mm 4 2 0 mm 标准 A 2图幅 ； l 机具设备 内图框 5 5 9 mm 4 0 0 mm； 表头栏 5 0 mm 4 0 0 mm； 断面线栏 5 0 0 mm 2 5 5 mm； 断面线距横标尺最J J ＼ IB- J 距5 0 mm 纵标尺长 2 3 0 mm； 横标尺长 5 0 0 mm； 标尺刻度长 1～3 mm； 水平里程栏 宽 2 0 mm； 石 油 l 程 建 设 地面高程栏宽 1 5 mm； 设计标高栏 宽 1 5 mm； 坡度间距栏 宽 1 0 mm； 管沟挖深栏宽 1 0 mm； 地质描述栏 宽 1 5 mm； 土方量栏 宽 1 0 mm； 管材防腐栏 宽 1 0 mm； 平面示意图栏 宽 5 0 mm。 I 警 l ； ‘ 一 ／ t ．。 。 ； ，／ ／ 一 ＼ ＼ ＼／ -、＼L ，／ j 毫 ／ 上例 一 ＼ ＼ ～／ 断 向 菇 最 低 点 ／ ； _●- ● 目 ，” 纵 L ； 2 0 0 宣 ” 黄 L 2 1110 1] ． 。 - o 里 程 r H ； ； j ； j ； i { { 地 面标高 l l i ； ； l i 音 底标高 】n 惶睦 ， 闻距 淘宠深 n 地赝描述 土石方 量 苗材 防腐 半面 图 』 j } 1 1 j } f 。． } 1 【 j } I 二／ ‘ ‘ 一 ’ ． ’ 使用手工方法提取坐标、高程、里程、折角等纵断 面图制图必需的中线数据 ，效率低、劳动强度大、且易 出错 ，因此有必要开发一个数据提取模块，能够自动从 油气管道带状地形图上提取绘制纵断面图所需的中线折 点数据和地形点数据。 2 ． 1 中线数据格式 折点数据格式 点号、北坐标、东坐标、高程 、折 角、里程、半径。 地形点数据格式 顺序号、里程、高程。 2 ． 2 数据 提取 法 数据提取过程中存在以下问题 带状地形图的中线 地形点不可能正好测到中线上 ，因此推算中线地形点里 程和高程有困难。有两种解决方法第一种 ，根据带状 地形图的数据建立 D E M 数字高程模型 ，然后从 D E M 上量取中线高程 ，这种方法 比较严密但是现场测 量工作量比较大；第二种 ，采用平移法 ，即把不在中线 上的地形点平移到中线上的方法 ，这种方法现场测量工 作量较小 ，适合地形变f -g L 较／ J ＼ 的地区。经过分析 ，认 为采用平移法进行算法设计较为合适。 2 ． 2 ． 1 直线段算法 如图 2所示 ，程序能够提取中线上 2个折点坐标 啊 ， 、P ，y ，并 自动提 取地 形点 P T o y 0 ，h o 坐标和高程 ，地形点 P 不在中线上 ， 求地形点在中线上的垂足 P ，y 坐标，根据 P 点 的坐标推算地形点 ％ 里程。设 啊 为 圈 点里程 ， P 点的坐标和里程推算公式如下 ＼ ＼一 一 一 一 、 P i 2 ㈠ 城 取 _ l 1 0 k o 1 2 一 1 Y o Y 1 Y 2 一Y 1 ／ 2 一 1 2 一 1 Y 2 一Y 1 y 2 一y 1 1 2 一 1 YY 1 十 Y 2 一 Y 1 户 K P KS QR T 1 一 Y～Y Y Y 1 P 是 P T点的里程 ，也是 P ％点里程 ，式 1 就是直线段地形点里程推算公式。 2 ． 2 2 曲线段算法 本文 2 ． 2 ． 1节所述的内容适用于直线段 ，但是油 气管道有时需进行曲线测设 ，该 曲线一般为圆曲线 ， 曲线段里程推算算法如下 ，如图 3所示 ，程序 自动提 取中线上折点 、P 的坐标 ，地形点 P Y 。 ，h o 的坐标和高程 ，圆弧参数 z y y 、Y Z y 2 、 0 Y 3 等三个点的坐标、半径 ，以圆心 0与 的连线与圆弧的交点 刀 代表 P ％ 的里程 ，设 Z Y _ K为 Z Y点里程，J P 点的里程推算公式如下 3 曲线段数据提取殚 云 惫 A N G L E Z Y 0 P T o 为 Z Y 、0 、P 三点的夹 角，单位为弧度。 眦Z Y _ K 4 - R 8 2 用 即为 P ％点里程，式 2 就是曲线段地形点 里程推算公式。 一 般情况下油气管道中线不是直线而是折线 ，因此 沿中线测量获取的管道线路带状地形图也不是笔直的 ， 而是弯曲的，根据规范要求纵断面图的平面示意图一栏 要贴入拉直的线路平面示意图 ，所以需要对带状地形图 进行一定的数学变换 ，才能制成符合规范要求的平面示 意图。平面示意图拉直的基本思路可以分为拷贝、旋转、 拼接、平面图整饰、图形文件存盘等几个基本步骤。 1 拷贝。对带状地形图分段进行拷贝 ，即对每 2 个相邻折点桩之间的带状地形图进行拷贝操作。 2 旋转。对拷贝出来放到指定位置的一段带状 地形图进行旋转操作 ，使得本段带状地形图的中线置于 水平位置。 机具设备一 3 拼接。对已经旋转过的分段地形图在指定位 置进行拼接工作 ，使分段地形图首尾相连 ，使拼接带状 地形图的长度与纵断面图的里程对应。 4 平面图整饰。对已经拼接的地形图，删除其高 程点、等高线等与高程有关的内容，把对角度倾斜的独 立地物符号旋转至水平状态 ，对倾斜文字进行旋转操作， 使文字字头朝上。 5 平面示意图文件存盘。 绘制纵断面图须符合规范要求且满足管道设计需求。 该图以横坐标代表线路里程 ，以纵坐标代表线路高程。 纵断面图制图功能不仅要实现制图版式符合前文所规定 的要求 ，而且还应符合下列要求 1 软件须能够自动完成数据坐标系、图纸坐标 系、C A D坐标系三者之间的转换工作。 2 能够表示各种地形的起伏 ，也就是说不受地 形起伏的限制，无论高差多大，都能在规定的图纸范围 内正确绘制，因此须使用动态纵标尺设计。 4 ． 1 坐标系转换算法设计 在编写本软件时，须完成数据坐标系、图纸坐标系、 C A D坐标系三者之间的转换算法设计工作。本软件读取 纵断面数据文件里的高程点参数，即里程、高程等数据 ， 向 C AD电子文档中相应位置写入断面线、标尺 、注记 等内容 ，最后出版纸质施工图。经过分析 ，认为以 C A D 坐标系 坐标代表里程 ，Y坐标代表高程比较合适。坐 标系转换算法示意见图 4 ，图中 D代表数据坐标系，M 代表纸质纵断面图坐标系，C代表 C AD电子文档坐标 系 ，C AD坐标 系单位为 m，H B L代表图纸横比例尺 ， Z B L代表图纸纵比例尺。 I 数 据lD 里 程 M 里 程 J 图 纸I M 里 程 ‘ 1 0 0 0 C X I C A D I 塑 吾 坐 标 系 吾 坐 I 4 坐标 糸转} 萸 舁 云 恿 C XD里程 X 1 0 0 0 3 C YD高程 H B L ／ Z B L 4 式 3 就是里程数据转换为 C AD的 坐标的公式， 式 4 就是高程数据转换为 C AD的 y坐标的公式。 4 ． 2 动态纵标尺算法设计 根据有关规范要求，油气管道纵断面图一般采用 2 号 图进行绘制 ，每幅图实际的纵标尺有效使用长度为 1 7 O mm，能表示的地形起伏不得超过 1 7 0 mm X Z B L， 以 Z B L为 1 1 0 0为例，一幅纵断面图能表示的高差不得 l 机具设备 石油工 {jf 建设 超过 1 7 O mm X 1 O 01 7 0 0 0 mm 1 7 m，对于地形起 伏较大的地区 高差超过 1 7 m则无法表示。因此有 必要进行“ 动态纵标尺”算法设计。 4 ． 2 1 水平动态纵 标尺 当线路高差大于 1 7 0 mm X Z B L时 ，应采用水平平 移标尺的方法进行纵断面图的绘制，例如以下算例 ， Z B L为 1 2 0 0 ；数据格式如下 序号里程／ k m 高程 ／ m 1 0． 00 0 0 1 6． 7 3 2 0． 07 2 2 1 3． 2 9 3 0． 1 8 44 3 9． 6 7 当线路里程绘制到 0 ． 1 8 4 4 k m时 ，与起点高差已经 到达 5 6 ． 4 m，已经超出纵标尺表示范围 ，这时需要在 0 ． 0 8 9 1 k m 内插计算一个高程 1 7 ． 2 7 m，这正好与起点 高程相差 3 4 m，正好用满纵标尺。同时水平平移纵标尺 到 0 ． 0 8 9 1 k m处，即在该处重新绘制一根新的纵标尺。 4 ． 2 ． 2 垂直动态纵标尺 一 般地区的高程不为 0 ，因此图纸上所绘制的纵标 尺起点也一般不为 0 。纵标尺起点的高程因此需要使用 某种方法来计算。 根据以往经验 ，断面线最低点距离横标尺的纵向长 度应大于 5 0 mm，如果断面线高差小于标尺有效刻度 ， 断面线应居中显示 ，这样做既能满足一般情况管道设计 的需求 ，又让图纸看上去比较美观。 已知图纸 纵标尺总长 2 3 0 mm，有效使用长 度为 1 7 O mm，假设 MO V E为断面线最低距离，D H为标尺段 最大高差，L E N G T H为标尺使用范围，D E L T H为软件的 计算高程改正值 ，H为断面线高程 ，l ， 为断面线的纵坐 标 ，不难推导出由高程至 C A D纵坐标的计算公式。 0 E 5 0 m m LENGTH DH／ HBL ZBL 、0 00 DELT H 85MOVE o． 5 LENGTH Y 1 0 0 0一D E L T H ／ 1 0 0 0 Z B L ／ H B L 5 式 5 就是本软件实际使用的高程数据与 C AD 的 y坐标转换公式。 油气输送管道测量规范对地形点间距有 “ 不得超过 图上 5 O mm”的要求 ，考虑我单位所在地区地形地势平 坦，如果图纸上地形点间距超过 5 0 mm，则可以用内插 法计算高程，这样通过内业计算就能够满足规范要求 ， 从而可以减少现场补测工作量。纵断面图内插模块使用 线性内插法自动进行内插计算 ，使得图纸上地形点的间 距满足相关规范要求。 如图 5所示 ，已知 和 p 点的高程和里程 ，求 p 。 点高程和里程。p 幻的横坐标可以直接从图上用程序 读取 ，即p t _ X已知 ，根据式 3 不难得出 p 如的里 程计算公式 ，p 幻的高程计算公式可用三角形相似性求 得。以 』 代表高程、 代表里程 、 代表 C AD横坐 标。 p 。 ． ／ ／ I I 一 一 一 一 一 0 4 6 5 8 里程 0 5 7 5 3 1 9 9 1 8 高程 2 0 1 O 6 pt o _k - ---p t _ X ／ 1 0 0 0 ． 0 pt o _ hpt 1 一 p t 2 _ _ hp t 1 _ ／ ／ p t z ． _ kp t 1 』 p t o _ k p t 1 6 式 6 为高程点线性内插的计算公式。 目前，油气管道纵断面图绘制软件已应用于多条油 气管道的勘察设计生产中 ，使用本软件已绘制了数百千 米的油气管道纵断面图 ，满足了工程勘察 、设计、施工 的需要。 1 ] G B ／ T 5 0 5 3 9 2 0 0 9 ， 油气输送管道工程测量规范[ s 1 2 ] S Y 几0 0 0 9 2 0 1 3 ， 石油地面工程设计文件编制规程【 S 】 3 】杨筱蘅． 输油管道设计与 管理 【 M] ．东营 中国石油大学 出版 ， 2 0 0 6 4 】 滑福昊， 刘大明， 高豹华 管道工程施工平面布置图的简易绘图i A [ J 石油工程建设 ， 2 0 1 3， 4 0 4 3 7 4 O 仨 喾简 介 ． ⋯l ～ 一 l 桑悦 1 9 7 4 一 ，男，安徽宿松人 ，高级工程师，1 9 9 8 年毕业于 中国地质大学 武汉 工程测量专业 ，现主要从事油气田工程测量 工作 。