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摘 要：本文主要基于CATIA软件进行水电站平面监测控制网的设计，通过平面监测网设计要素三维模型的设计不但能够充分结合工程的具体情况，同时又可以对网形进行优化调整，从而为平面监测网设计提供全新的方法。本文主要阐述CATIA二次开发水电站平面监测控制网三维设计方面的内容，希望能够对相关人士有所帮助。
关键词：CATIA；水电站；平面监测控制网；三维设计
中图分类号：TV736 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0175-02
引 言
对于水利工程来说，平面监测网是外部变形监测的基准，在很大程度上影响着工程变形监测。所制定的网形以及测量方案不但关系着监测结果的可靠性，同时也决定着测量的经济性。所以制定出较为经济合理的平面监测控制网是非常重要的问题。一般情况下水电站常常处在较为地形相对复杂的地区，普通性平面设计模式在考虑复杂问题过程中要进行多次的调整，设计效率较为低下，很难满足以后工程设计方面的要求。而CATIA软件是一款设计功能强大的三维软件，可以通过形象的三维设计来充分的展示设计成果并进行有效调整。本文主要通过CATIA软件进行水电站平面监测控制网的三维设计，从而形成平面监测网的快速放样以及网形的快速生成，能够有效降低工作量，提升设计效率。
1 基于CATIA二次开发水电站平面监测控制网三维设计的概述
（1）对于水电站变形监测来说，基准的建立是最为主要的问题之一。需要将水电站变形监测当中不同的监测仪器以及监测系统归入到统一的基准当中，只有这样才能够充分发挥两者之间相互作用。正常情况下大型水电站工程都是通过平面监测控制网的建设来形成统一基准。在进行平面监测控制网建设过程中，为了最大程度上满足大型建筑物整体覆盖方面的要求，同时受到地形和地质方面的影响，控制网的布设会受到比较大的制约。另外，大型的水电站工程常常设置在深山峡谷地区，控制网的布设受到一定限制，其只能顺着河谷狭长布设，并且同岸的通视条件较差、交通非常不利，在很大程度上影响现场选点的精度，常常需要多次重复计算，这就增加了控制网的设计难度。
（2）以CATIA软件作为基础进行二次开发水电站平面监测控制网三维设计属于全新的设计方式，此种方式主要是以传统平面监测控制网设计流程作为基础，通过CATIA软件实施监测模块的二次开发。这样就能够在三维环境下实现监测控制网点的快速布设，同时能够实现坐标提取、测点通视检查、平差计算和成果输出等等。
2 三维模型的建设
2.1 相应数据的生成
（1）地形图的整饰。在进行三维地形模型建设过程中一定要具有高程信息图件作为支撑和基础。对于需要设置平面监测控制网的工程来说，需要对相应的文字以及曲线进行隐藏，留有相应的等高线即可。需要注意的是，这些等高线是通过较多具有真实平面坐标和高程信息的地表点所形成的，具体的效果如图1所示。
（2）形成点云数据。要通过二次开发拾取点信息插件来获取上述地表点情况，从而形成点云数据。因为大型的水电站控制网需要较高的精度，但是由于其所在区域的交通环境以及可视性相对较差，这就造成了传统控制网设计选点是非常困難的，需要相应人员处于拟选点位上对于此点以及其他点的具体情况进行判定，不但工作效率较低，而且工作人员具有较大危险性。但是通过三维选点就可以避免上述问题发生，能够避免传统控制网设计现场选点，同时能够降低通过仪器观测选点的工作量，有效提升工作效率。一般情况下地表点的x以及y坐标数值相对较大，为了能够获取坐标值较为合适的点云数据，可以将获取的x以及y坐标值分别减掉610000m以及4860000m，最终将形成的数据进行保存。
2.2 点云数据的导入
启动CATIA程序之后要进入到“Digitized Shape Editor”逆向曲面设计平台，打开“Cloud Import”工具条中的“Import”命令，将上述所保存的文件导入。需要注意的是，选项工具栏当中“Sampling（%）”命令可以有效提取到点云数据中数量非常多的点，从而将模型尽量的轻量化，可以按照具体的问题进行输入。
因为地表点云数据量是非常大的，所以可以通过“应用”指令以及轴系方面的选择之后能够确保地表点坐标的真实性。在此基础上能够获得真实平面坐标和高程信息地表点所形成的点云，将其导入到软件之中后就可以形成三维地形图，如图2所示。
3 对于监测点实施通视检查
通过CATIA二次开发监测模块能够实现有效的通视检查，此种检查方式能够防止人工方式检查在模型判断通视方面存在的错漏。通过CATIA二次开发监测模块的通视检查具有计算机辅助设计方面特有的长处，能够有效提升设计过程中的精确性，从而进一步提升设计质量。实际操作过程为：打开通视检查界面之后可以选择要实施通视的任意两个测点，利用软件所具有的算法能够自行对两测点进行检查，明确两点之间是否存在着通视的问题。若是检查之后发现两点之间无法通视，那么需要对点位进行调整，之后再进行通视检查，系统能够对调整之后的坐标情况进行自动记录。
4 平差计算
完成了通视检查之后就可以在CATIA软件当中调用相应的计算程序，以此来对选点坐标实施平差计算。启动了水平计算界面之后要进行相应参数的设置，通过计算程序自行进行计算，然后可以通过报表的形式输出计算结果以及误差椭圆。这样就能够使得从选点到完成计算全过程的顺畅进行，能够有效减少传统控制网平差计算一定要通过人工录入点位坐标的工作量，从而最大程度上防止差错的发生。
5 进行网形的调整
实际的测线情况可以按照具体需求进行增加或者删减。如果在进行检查之后发现存在着不通视的测线，那么只要进行此测线两侧网点的双击就能够对其重新分配坐标，通过这样循环调整就能够实现通视。另外，对于那些网形较差的情况也可以按照上述方式进行调整，通过多次的调整直到网形良好为止。 6 相应成果的输出以及优化设计
在完成了网形确定之后就可以进行网点坐标的输出。可以采取“创建设计表”的相应命令，通过当前的参数水平方向设计表，将不同测网点三维坐标选定为输出，这样就能够形成包括不同监测网点坐标的文件，之后可以将这些文件导入到平面监测网优化设计程序当中，从而能够输出平面监测网的相应特性参数（包括可靠性、误差椭圆分布、精度等等）。
由于三维模型具有非常直观的可视化以及坐标读取便捷性的优势，可以在三维地形模型之上先选择不同控制网布设方案，在此基础上实施通视检查以及平差计算。通过所得结果（精度较高、费用较低、综合性能较高）进行方案的选取，最终完成方案的优化设计。
7 结束语
水利工程的平面监测网是外部变形监测的基准，在很大程度上影响着工程变形监测。所制定的网形以及测量方案不但关系着监测结果的可靠性，同时也决定着测量的经济性。所以制定出较为经济合理的平面监测控制网是非常重要的问题。本文首先建立起了已有三维地形模型，在此基础上利用CATIA软件的二次开发进行平面监测控制网的布设，同时实现了通视检查、优化设计以及报表输出等方面的功能。利用CATIA软件二次开发能够有效防止传统控制网设计过程中的相应问题，例如需要实施现场的选点、放样坐标、内业作业、再进行现场调整等繁复的设计工作，这样就能够辅助相应设计工作人员避免传统设计当中的限制，从而有效提升设计过程中的精确度，进而提升设计的质量以及效率。
参考文献
[1]孙 璇，何 涛，李 菁.基于CATIA二次开发的水电站平面监测控制网三维设计[J].四川水力发电，2016（06）：15～17.
[2]丁学智，董 燕，谢丰余.黄登水電站平面变形监测控制网设计研究[J].水电与抽水蓄能，2018（06）：18～19.
[3]林周成.关于水电站平面监测网监测中的几点思考[J].浙江水利水电专科学校学报，2001（12）：88～91.
[4]菅 强，王卫国，张 群，肖 璐.基于CATIA三维平台的水电工程平面监测网设计[J].水力发电，2015（02）：18～19.
收稿日期：2018-10-11
作者简介：冉丽利（1990-），女，汉族，重庆万州人，助理工程师，本科，主要从事工程数字化工作。
魏义杰（1991-），汉族，云南保山人，助理工程师，专科，主要从事水利工程监测工作。
关键词：CATIA；水电站；平面监测控制网；三维设计
中图分类号：TV736 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0175-02
引 言
对于水利工程来说，平面监测网是外部变形监测的基准，在很大程度上影响着工程变形监测。所制定的网形以及测量方案不但关系着监测结果的可靠性，同时也决定着测量的经济性。所以制定出较为经济合理的平面监测控制网是非常重要的问题。一般情况下水电站常常处在较为地形相对复杂的地区，普通性平面设计模式在考虑复杂问题过程中要进行多次的调整，设计效率较为低下，很难满足以后工程设计方面的要求。而CATIA软件是一款设计功能强大的三维软件，可以通过形象的三维设计来充分的展示设计成果并进行有效调整。本文主要通过CATIA软件进行水电站平面监测控制网的三维设计，从而形成平面监测网的快速放样以及网形的快速生成，能够有效降低工作量，提升设计效率。
1 基于CATIA二次开发水电站平面监测控制网三维设计的概述
（1）对于水电站变形监测来说，基准的建立是最为主要的问题之一。需要将水电站变形监测当中不同的监测仪器以及监测系统归入到统一的基准当中，只有这样才能够充分发挥两者之间相互作用。正常情况下大型水电站工程都是通过平面监测控制网的建设来形成统一基准。在进行平面监测控制网建设过程中，为了最大程度上满足大型建筑物整体覆盖方面的要求，同时受到地形和地质方面的影响，控制网的布设会受到比较大的制约。另外，大型的水电站工程常常设置在深山峡谷地区，控制网的布设受到一定限制，其只能顺着河谷狭长布设，并且同岸的通视条件较差、交通非常不利，在很大程度上影响现场选点的精度，常常需要多次重复计算，这就增加了控制网的设计难度。
（2）以CATIA软件作为基础进行二次开发水电站平面监测控制网三维设计属于全新的设计方式，此种方式主要是以传统平面监测控制网设计流程作为基础，通过CATIA软件实施监测模块的二次开发。这样就能够在三维环境下实现监测控制网点的快速布设，同时能够实现坐标提取、测点通视检查、平差计算和成果输出等等。
2 三维模型的建设
2.1 相应数据的生成
（1）地形图的整饰。在进行三维地形模型建设过程中一定要具有高程信息图件作为支撑和基础。对于需要设置平面监测控制网的工程来说，需要对相应的文字以及曲线进行隐藏，留有相应的等高线即可。需要注意的是，这些等高线是通过较多具有真实平面坐标和高程信息的地表点所形成的，具体的效果如图1所示。
（2）形成点云数据。要通过二次开发拾取点信息插件来获取上述地表点情况，从而形成点云数据。因为大型的水电站控制网需要较高的精度，但是由于其所在区域的交通环境以及可视性相对较差，这就造成了传统控制网设计选点是非常困難的，需要相应人员处于拟选点位上对于此点以及其他点的具体情况进行判定，不但工作效率较低，而且工作人员具有较大危险性。但是通过三维选点就可以避免上述问题发生，能够避免传统控制网设计现场选点，同时能够降低通过仪器观测选点的工作量，有效提升工作效率。一般情况下地表点的x以及y坐标数值相对较大，为了能够获取坐标值较为合适的点云数据，可以将获取的x以及y坐标值分别减掉610000m以及4860000m，最终将形成的数据进行保存。
2.2 点云数据的导入
启动CATIA程序之后要进入到“Digitized Shape Editor”逆向曲面设计平台，打开“Cloud Import”工具条中的“Import”命令，将上述所保存的文件导入。需要注意的是，选项工具栏当中“Sampling（%）”命令可以有效提取到点云数据中数量非常多的点，从而将模型尽量的轻量化，可以按照具体的问题进行输入。
因为地表点云数据量是非常大的，所以可以通过“应用”指令以及轴系方面的选择之后能够确保地表点坐标的真实性。在此基础上能够获得真实平面坐标和高程信息地表点所形成的点云，将其导入到软件之中后就可以形成三维地形图，如图2所示。
3 对于监测点实施通视检查
通过CATIA二次开发监测模块能够实现有效的通视检查，此种检查方式能够防止人工方式检查在模型判断通视方面存在的错漏。通过CATIA二次开发监测模块的通视检查具有计算机辅助设计方面特有的长处，能够有效提升设计过程中的精确性，从而进一步提升设计质量。实际操作过程为：打开通视检查界面之后可以选择要实施通视的任意两个测点，利用软件所具有的算法能够自行对两测点进行检查，明确两点之间是否存在着通视的问题。若是检查之后发现两点之间无法通视，那么需要对点位进行调整，之后再进行通视检查，系统能够对调整之后的坐标情况进行自动记录。
4 平差计算
完成了通视检查之后就可以在CATIA软件当中调用相应的计算程序，以此来对选点坐标实施平差计算。启动了水平计算界面之后要进行相应参数的设置，通过计算程序自行进行计算，然后可以通过报表的形式输出计算结果以及误差椭圆。这样就能够使得从选点到完成计算全过程的顺畅进行，能够有效减少传统控制网平差计算一定要通过人工录入点位坐标的工作量，从而最大程度上防止差错的发生。
5 进行网形的调整
实际的测线情况可以按照具体需求进行增加或者删减。如果在进行检查之后发现存在着不通视的测线，那么只要进行此测线两侧网点的双击就能够对其重新分配坐标，通过这样循环调整就能够实现通视。另外，对于那些网形较差的情况也可以按照上述方式进行调整，通过多次的调整直到网形良好为止。 6 相应成果的输出以及优化设计
在完成了网形确定之后就可以进行网点坐标的输出。可以采取“创建设计表”的相应命令，通过当前的参数水平方向设计表，将不同测网点三维坐标选定为输出，这样就能够形成包括不同监测网点坐标的文件，之后可以将这些文件导入到平面监测网优化设计程序当中，从而能够输出平面监测网的相应特性参数（包括可靠性、误差椭圆分布、精度等等）。
由于三维模型具有非常直观的可视化以及坐标读取便捷性的优势，可以在三维地形模型之上先选择不同控制网布设方案，在此基础上实施通视检查以及平差计算。通过所得结果（精度较高、费用较低、综合性能较高）进行方案的选取，最终完成方案的优化设计。
7 结束语
水利工程的平面监测网是外部变形监测的基准，在很大程度上影响着工程变形监测。所制定的网形以及测量方案不但关系着监测结果的可靠性，同时也决定着测量的经济性。所以制定出较为经济合理的平面监测控制网是非常重要的问题。本文首先建立起了已有三维地形模型，在此基础上利用CATIA软件的二次开发进行平面监测控制网的布设，同时实现了通视检查、优化设计以及报表输出等方面的功能。利用CATIA软件二次开发能够有效防止传统控制网设计过程中的相应问题，例如需要实施现场的选点、放样坐标、内业作业、再进行现场调整等繁复的设计工作，这样就能够辅助相应设计工作人员避免传统设计当中的限制，从而有效提升设计过程中的精确度，进而提升设计的质量以及效率。
参考文献
[1]孙 璇，何 涛，李 菁.基于CATIA二次开发的水电站平面监测控制网三维设计[J].四川水力发电，2016（06）：15～17.
[2]丁学智，董 燕，谢丰余.黄登水電站平面变形监测控制网设计研究[J].水电与抽水蓄能，2018（06）：18～19.
[3]林周成.关于水电站平面监测网监测中的几点思考[J].浙江水利水电专科学校学报，2001（12）：88～91.
[4]菅 强，王卫国，张 群，肖 璐.基于CATIA三维平台的水电工程平面监测网设计[J].水力发电，2015（02）：18～19.
收稿日期：2018-10-11
作者简介：冉丽利（1990-），女，汉族，重庆万州人，助理工程师，本科，主要从事工程数字化工作。
魏义杰（1991-），汉族，云南保山人，助理工程师，专科，主要从事水利工程监测工作。