帥滔 程鐵洪 黃磊

（中國電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司 江西南昌 330096）

1 引言

在輸電線路工程勘測中，用于繪制塔基斷面的數(shù)據(jù)主要來源有：經(jīng)緯儀測平距與高差；基于全站儀測得的平面坐標(biāo)或平距與高差；采用GPS 接收機(jī)測得平面坐標(biāo)或平距與高差；基于航空立體影像或機(jī)載LiDAR 數(shù)據(jù)采集的三維點(diǎn)坐標(biāo)等。隨著GNSS 技術(shù)和航空攝影測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力勘測，現(xiàn)今主要采用全站儀、GPS 接收機(jī)進(jìn)行實(shí)測或基于航測內(nèi)業(yè)采集的點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制塔基斷面圖。

面對大量的塔基數(shù)據(jù)，在判讀、記錄、輸入、成圖等過程中工作量大，難免出現(xiàn)差錯(cuò)，并且塔基數(shù)據(jù)的檢查校核需要大量、重復(fù)的工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且還會留下質(zhì)量隱患。因此，實(shí)現(xiàn)基于AutoCAD 的.NET 二次開發(fā)的塔基斷面圖自動化繪制對提高輸電線路勘測工作效率、提升成果質(zhì)量和節(jié)省成本有著重要的意義。

2 軟件設(shè)計(jì)與算法實(shí)現(xiàn)

2.1 開發(fā)平臺

繪制輸電線路塔基范圍的軟件以AutoCAD 為主，AutoCAD 二次開發(fā)的方式主要有ADS、ObjectARX/ObjectDBX、AutoLISP/Visual LISP、VBA、AutoCAD.NET[2]。其中AutoCAD .NET 是從AutoCAD 2006 開始，Autodesk 為其開發(fā)增加了.NET API[2]。NET API 提供了一系列托管的外包類（Managed Wrapper Class），使開發(fā)人員可在Microsoft. NET Framework下，使用任何支持.NET 的語言，如VB.NET、C#和Managed C++等對AutoCAD 進(jìn)行二次開發(fā)，其優(yōu)點(diǎn)是完全面向?qū)ο?，在擁有與C++相匹配的強(qiáng)大功能的同時(shí)，具有方便易用的特點(diǎn)，是較理想的AutoCAD二次開發(fā)工具[2]。本文選擇AutoCAD 2012 為平臺，利用.NET 開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)塔基斷面圖自動繪制。

2.2 塔基斷面圖的繪制

塔腿方向?yàn)樗恢行牡角昂髢蓚€(gè)塔位中心方位角的平分線左右各45°，線路兩側(cè)相鄰塔腿角平分線方向即為橫擔(dān)方向；塔腿角度由塔位中心到后視塔位為起始基準(zhǔn)，順時(shí)針依次為A、B、C、D 腿，相鄰塔腿夾角為90°[3]。鐵塔分為直線塔和轉(zhuǎn)角塔，都包括中心樁O、四個(gè)塔腿。直線塔與轉(zhuǎn)角塔不同之處在于塔腿角度，如圖1 所示。

圖1 不同類型塔示意圖

塔基斷面圖是根據(jù)四條腿上的點(diǎn)對塔位中心的距離與高差數(shù)據(jù)繪制而成的，如圖2 所示，橫軸為距離，縱軸為高差，A 腿和D 腿上的點(diǎn)的距離賦予負(fù)值。A、B、C、D 處的數(shù)值為每條腿給定距離處的高差值。

圖2 塔基斷面圖

2.3 軟件模塊界面設(shè)計(jì)

軟件界面設(shè)計(jì)如圖3 所示，在每個(gè)功能模塊中僅需導(dǎo)入按固定格式編輯好的塔基斷面數(shù)據(jù)、設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)、設(shè)置成果存儲路徑，即可點(diǎn)擊“批量繪制塔基斷面圖”一鍵批量生成所有鐵塔的塔基斷面圖。程序操作非常方便，人工干預(yù)少，準(zhǔn)確度高，自動化程度高，大大提高了繪圖效率。

圖3 軟件界面

2.4 算法實(shí)現(xiàn)——多數(shù)據(jù)源的塔基斷面圖繪制

2.4.1 基于距離、高差數(shù)據(jù)的斷面圖繪制

針對全站儀實(shí)測多塔位的斷面數(shù)據(jù)——距離、高差數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)編輯為如圖4 所示。通過識別塔位名稱和點(diǎn)名實(shí)現(xiàn)了各塔位斷面數(shù)據(jù)的自動分類、各塔位四條腿上的斷面數(shù)據(jù)的判別及分類、各塔位斷面圖的自動繪制，最終完成了塔基斷面圖的批量化自動處理及繪制。

圖4 距離、高差數(shù)據(jù)

2.4.2 基于相對坐標(biāo)數(shù)據(jù)的斷面圖繪制

針對使用GPS 接收機(jī)經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后實(shí)測的相對坐標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)編輯為如圖5 所示。同樣通過識別塔位名稱和點(diǎn)名，將各塔位的斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行自動劃分；根據(jù)點(diǎn)名或點(diǎn)平面坐標(biāo)XY 的關(guān)系（式（1），完成每級塔的ABCD 四條腿上的斷面數(shù)據(jù)的判別及分類，實(shí)現(xiàn)各塔位斷面圖的自動繪制，完成了塔基斷面圖的批量化自動處理及繪制。

圖5 相對坐標(biāo)數(shù)據(jù)

2.4.3 基于絕對坐標(biāo)數(shù)據(jù)的斷面圖繪制

絕對坐標(biāo)數(shù)據(jù)可由GPS 接收機(jī)實(shí)測、基于航空立體影像采集、基于機(jī)載LiDAR 數(shù)據(jù)提取等多種途徑，數(shù)據(jù)編輯為如圖6 所示。

圖6 絕對坐標(biāo)數(shù)據(jù)

則A、B、C、D 四條腿上距離塔位中心的100 米處的四個(gè)點(diǎn)A’、B’、C’、D’的坐標(biāo)為式（4）所示。

通過判斷點(diǎn)的平面坐標(biāo) 是否在點(diǎn)A’、B’、C’、D’分別與本塔位中心構(gòu)成的線段上，識別出在A、B、C、D 四條腿上的點(diǎn)；利用這四條腿上的點(diǎn)數(shù)據(jù)算出與本塔位中心的距離與高差，繪制該塔位的塔基斷面圖。對每級塔做出上述計(jì)算處理，最終完成了塔基斷面圖的批量化自動處理及繪制。

3 工程實(shí)驗(yàn)實(shí)例

本文以武漢-南昌-長沙1000kV 特高壓交流工程為例，實(shí)現(xiàn)了該工程的塔基斷面圖批量自動化繪制。該工程全長為112.7km，共228 級塔位。軟件參數(shù)設(shè)置如圖7 所示，導(dǎo)入文本數(shù)據(jù)后，僅需設(shè)置偏移容差值、比例尺大小和圖框大小、以及塔基斷面圖的存放路徑，即可一鍵批量生成所有塔的塔基斷面圖。

圖7 參數(shù)設(shè)置

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，利用人工計(jì)算數(shù)據(jù)并手動繪制一幅塔基斷面圖需要15 分鐘左右，通過本軟件批量自動計(jì)算及繪制僅需4-6 秒。本工程共228 級塔位，人工繪制需要花費(fèi)57 小時(shí)，軟件批量繪制只需23 分鐘，經(jīng)檢查對比，本工程的批量自動繪制結(jié)果正確?；?NET的塔基斷面圖批量自動繪制軟件極大地減少了繪圖時(shí)間，避免了人工計(jì)算及在AutoCAD 軟件中輸入數(shù)據(jù)過程中的錯(cuò)誤，提高了塔基斷面圖的繪圖效率和質(zhì)量。

4 結(jié)束語

本文介紹了多數(shù)據(jù)源的塔基斷面圖繪制方法，并研發(fā)了基于.NET 的塔基斷面圖批量自動繪制軟件。通過在特高壓線路工程中對比人工手動繪制塔基斷面圖，基于.NET 的塔基斷面圖批量自動繪制軟件繪圖速度快、人機(jī)交互性強(qiáng)、自動化程度高、準(zhǔn)確度高，至少可節(jié)省90%繪圖時(shí)間，極大地提高了輸電線路工程數(shù)據(jù)的處理效率，具有較大應(yīng)用價(jià)值。