周紅宇，陶曉學，李 毓，魏冠軍

（1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730050；2.四川長園工程勘察設(shè)計有限公司，四川 成都 610011；3.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅 蘭州 730070）

在電力工程勘測設(shè)計領(lǐng)域，AutoCAD 是應用最為頻繁的軟件之一，該軟件對設(shè)計工作有較強的輔助作用，可以實現(xiàn)無紙化設(shè)計，但AutoCAD 并未兼顧各行各業(yè)的工作習慣和專業(yè)要求。如在電力工程勘測設(shè)計行業(yè)中[1-3]，會經(jīng)常遇到以下情況：①輸電線路的可研和初設(shè)階段利用DWG（AutoCAD 數(shù)據(jù)存儲格式）格式的地形圖進行路徑選擇和優(yōu)化，而塔位設(shè)計等工作需要在道亨架空送電線路應用平臺[4]；②在AutoCAD 中的輸電線路平面圖中（此平面圖帶有高程點），無法將平面圖數(shù)據(jù)輸出為org 格式（道亨架空送電線路應用平臺數(shù)據(jù)格式）。因此，針對上述問題，利用AutoCAD 軟件二次開發(fā)接口，實現(xiàn)符合電力工程勘測設(shè)計行業(yè)使用需求的功能是十分必要的。

1 輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理現(xiàn)狀

1.1 org文件數(shù)據(jù)格式

輸電線路設(shè)計中的平斷面圖是外業(yè)測量的主要成果，也是線路設(shè)計的重要技術(shù)輸入文件。平斷面圖上有2 個主要部分：①斷面線：根據(jù)線路中線各樁點的高程而繪制的一條高低起伏的曲線，反映沿線路中線地面的起伏變化；②平面圖：反映輸電線路中心線兩側(cè)各一定距離所經(jīng)地區(qū)的平面附屬物（如公路、高壓線、河流、鐵路、農(nóng)田、通信線等）[5]，在SLCAD 軟件中用org數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存這些數(shù)據(jù)。

org 文件是SLCAD 中的數(shù)據(jù)格式。測量點數(shù)據(jù)在SLCAD 的圖形界面中完成平斷面圖繪制，保存為org格式，并且圖形界面中的展點、繪圖過程也被記錄在org 文件中。org 文件是對用戶開放的，可以用文本打開和編輯。斷面圖的數(shù)據(jù)可分為樁位數(shù)據(jù)和斷面點數(shù)據(jù)，樁位數(shù)據(jù)主要指線路的中心樁，包括轉(zhuǎn)角樁和直線樁；斷面點是線路范圍內(nèi)的地物或地貌特征點，包括路徑上的斷面點和偏離路徑上的點[6]。偏距是點位偏離中心線的垂距，里程是各個線段的累加距離。如圖1 所示，相鄰兩轉(zhuǎn)角點J1 和J2，高程點B 垂直于JI-J2 線段BA，垂足是A，J1-A是以J1 為起始點的距離，BA 為偏距。J1-A 是點位投影到直線上相對于J1 的距離，再加上J1 的里程，就能得到A 點的里程。如果B 點在以J1 為起始點到J2 方向上的左側(cè)，稱為左偏點。如果B 點在以J1 為起始點到J2 方向上的右側(cè)稱為右偏點。如果B 點在以J1 為起始點到J2 方向上的線段上，稱為斷面上的點。

圖1 路徑轉(zhuǎn)角

在org 文件中，樁位數(shù)據(jù)的格式為：“測量方法，樁名，偏距，里程，高程，點編碼，轉(zhuǎn)角角度，注記；斷面點數(shù)據(jù)格式為：“測量方法，點號，偏距，里程，高程，點編碼，連接點，線型，連線編碼”[5]。樁位的測量方法為0，點編碼為96=00+96，斷面點測量方法為b，點編碼為13=00+13，偏距和轉(zhuǎn)角角度的符號遵從“左正右負”的原則。

1.2 現(xiàn)有選線與數(shù)據(jù)處理軟件

目前將高程點數(shù)據(jù)或者等高線數(shù)據(jù)輸出為org 格式有如下幾種方法：①商業(yè)的GNSS 數(shù)據(jù)采集軟件的電力模塊，在采集數(shù)據(jù)之前先建立輸電線路路徑，采集的斷面數(shù)據(jù)保存到GNSS 手薄相應的數(shù)據(jù)庫中，最終導出為org 格式或通過中間軟件轉(zhuǎn)換為org 格式，這里有Leica GNSS 的電力線路測量模式、南方GNSS的電力之星、華測GNSS 輸電線路模塊等；②利用商業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件將坐標高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成org 格式，有道亨SLGPS數(shù)據(jù)處理軟件、洛斯達公司的架空送電線路軟件；③在等高線數(shù)據(jù)上設(shè)置線路路徑并輸出為org 格式，有道亨CAD 選線軟件、TLCADVBA 軟件；④二三維選線系統(tǒng)，有EcanPLStation 架空輸電線路選線設(shè)計與平斷面成圖系統(tǒng)，以及海拉瓦輸電線路選線系統(tǒng)等。

1.3 現(xiàn)有選線與數(shù)據(jù)處理軟件存在問題

各種方法都能得到想要的結(jié)果，但也都存在著一定的局限性：①GNSS 數(shù)據(jù)采集軟件上電力模塊是常用的數(shù)據(jù)處理方法，但是導出的org數(shù)據(jù)只能是GNSS采集的數(shù)據(jù)，無法在等高線上輸出org，如果沒有利用專用的GNSS 模塊采集，就無法輸出org 數(shù)據(jù)；②利用商業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件將坐標高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成org 格式，這個方法需要事先確定好轉(zhuǎn)角，不同轉(zhuǎn)角間的斷面數(shù)據(jù)需要對應清楚，部分軟件不能自動的按照耐張段提取相應的斷面數(shù)據(jù)，并且需要購買相應的軟件；③在等高線數(shù)據(jù)上設(shè)置線路路徑并輸出為org格式，這個方法可以在等高線上將路徑輸出org 格式，但是高程點無法輸出為org 格式；④二三維選線系統(tǒng)，這類系統(tǒng)一般是在立體模型上或者在等高線上提取數(shù)據(jù)，軟件價格比較昂貴，沒有AutoCAD 軟件操作方便。

1.4 設(shè)計選線與數(shù)據(jù)處理軟件的可行性

針對以上模式存在不足和實際工作中的需要，開發(fā)輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。根據(jù)高程點輸出org 格式數(shù)據(jù)，這種情況是路徑轉(zhuǎn)角坐標已經(jīng)確定，識別路徑周圍的高程點，自動輸出為org 格式數(shù)據(jù)；根據(jù)等高線輸出org，這種情況是在AutoCAD 上打開等高線，在等高線上繪制輸電線路路徑，自動輸出路徑的org數(shù)據(jù)。

AutoCAD二次開發(fā)已經(jīng)是很成熟的技術(shù)，用于開發(fā)的資源較多。系統(tǒng)主要用到的算法有提取高程點、根據(jù)高程點與路徑的關(guān)系計算偏距和里程、提取等高線與路徑相交點的高程信息。綜上所述，開發(fā)輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是可行的。

2 設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)

2.1 開發(fā)平臺選擇

目前，輸電線路設(shè)計制圖軟件以AutoCAD 為主，地形圖繪制軟件主要以南方CASS[7]為主，Visual Lisp是屬于AutoCAD第三代開發(fā)工具，對于AutoLisp開發(fā)語言的進一步擴展，提供了更好的開發(fā)環(huán)境，在語法、格式、源代碼的處理上都有較高的提升[8]。本系統(tǒng)選擇AutoCAD 為平臺，全面結(jié)合AutoCAD 與CASS功能，利用Visual Lisp 開發(fā)工具，實現(xiàn)輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理。

2.2 系統(tǒng)的模塊構(gòu)成

該系統(tǒng)分為兩大子模塊，即高程點輸出org 模塊和等高線輸出org模塊，這2種模塊分別處理高程點數(shù)據(jù)和等高線數(shù)據(jù)，輸出的結(jié)果都為標準的org 格式數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理流程設(shè)計

在AutoCAD中開發(fā)選線與數(shù)據(jù)處理菜單欄，下拉菜單有：高程點輸出org 命令、等高線輸出org 命令。高程點輸出org命令的主要流程如圖3所示，等高線輸出org命令的主要流程如圖4所示。

圖3 高程點輸出org流程圖

圖4 等高線輸出org流程圖

2.4 輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)原理

在AutoCAD中通過菜單或命令行，啟動輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理功能，按照操作流程即可輸出org數(shù)據(jù)。

1）提取轉(zhuǎn)角坐標，轉(zhuǎn)角高程可以是手動輸入，也可以提取已存在高程點，并將其顯示在對話框中。

2）選高程點構(gòu)造選擇集，因CASS 軟件高程點是塊，注記是塊的屬性，所以篩選條件設(shè)置為圖層、類型、塊名，將篩選出的高程點存放到數(shù)組變量中。

3）根據(jù)轉(zhuǎn)角坐標將路徑劃分成幾個耐張段。

4）選高程點，將高程點投影到相應的轉(zhuǎn)角段內(nèi)，得到里程和偏距。在程序?qū)崿F(xiàn)過程中，需要完成一個重要的步驟，就是判斷斷面點的位置。

5）判斷高程點是否參與運算，如果點到轉(zhuǎn)角段的垂距大于中心距離，則不參與運算。

6）判斷高程點是否在轉(zhuǎn)角的連線上，如果點到轉(zhuǎn)交段的垂距大于點的偏距，此點為邊線點，否則為斷面上的點。并判斷此點是左偏點還是右偏點。

7）遍歷列表中所有高程數(shù)據(jù)，如果是轉(zhuǎn)角點，那么按照“測量方法，樁名，偏距，里程，高程，點編碼，轉(zhuǎn)角角度，注記”格式，將數(shù)據(jù)寫入后綴名為.org 文件中。如果是斷面點或邊線點，按照“測量方法，點號，偏距，里程，高程，點編碼，連接點，線型，連線編碼”將數(shù)據(jù)寫入后綴名為.org文件中。

2.5 斷面點與路徑關(guān)系的判斷

org的數(shù)據(jù)是里程和偏距，如圖1所示將高程點坐標投影到相應的轉(zhuǎn)角段內(nèi)可以得到。一條輸電線路有很多耐張段，需要判斷高程點坐標投影到哪條耐張段上，之后再求得相應里程和偏距。

如圖5 所示，已知A 點坐標(xA，yA)，AB 的方位角為α，P 點坐標(xP，yP)，可知EP=xP-xA，AE=yP-yA， CG=DE=AE cosα， GP=EP sinα， PC=CG-GP ，DC=EG ，EG=PE cosα，AD=AE sinα，AC=AD+DC ，則PC為點P到直線AB的距離公式（1），AC為以A為起點的里程公式（2）[9]。

圖5 點P與直線AB的關(guān)系

根據(jù)PC的正負可以判斷點在AB直線的左右，當PC 為正號時，P 點在直線AB 的右側(cè)；當PC 為負號時，P點在直線AB的左側(cè)。

根據(jù)圖6所示，J1、J2、J3點為已知轉(zhuǎn)角點，B和B’點為測量得到的高程點。將B點投影到J1-J2耐張段上，J1-A的長度小于J1-J2，則B點是J1-J2耐張段內(nèi)的點；又如B’高程點投影到J1-J2 耐張段上，J1-A’的長度大于J1-J2，則B’點是J1-J2 耐張段外的點。通過這樣的判斷可以將高程點劃分到不同耐張段上，但C點和C’點比較特殊。線段Ⅰ是過J2點垂直J1-J2 耐張段，線段Ⅱ是過J2 點垂直J2-J3 耐張段，C點和C’點位于線段Ⅰ和線段Ⅱ相交的范圍內(nèi)?？梢钥闯鲞^C 點可分別做兩條垂線，ca 垂直J1-J2，Cb 垂直J2-J3，垂足點都在耐張段內(nèi)。過C’點可分別做兩條垂線，ca’垂直J2-J3，Cb’垂直J1-J2，垂足點都在耐張段的外，在其延長線上。進行高程點劃分的過程中需要分析C和C’這類點，如果高程點有2個以上的垂足點，并且都在耐張段內(nèi)，那么此類點距離哪個耐張段近，就劃分到此耐張段中；如果高程點沒有耐張段內(nèi)的垂足，只有耐張段以外的垂足點，需要繼續(xù)判斷這類點距離哪個轉(zhuǎn)角近，此類點的里程與它最近的轉(zhuǎn)角里程相等。圖7為斷面點與路徑關(guān)系的判斷流程圖。

圖6 斷面點與路徑關(guān)系

圖7 斷面點與路徑關(guān)系的判斷流程圖

2.6 輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)測試與應用

等高線輸出org處理功能如圖8所示，選取1∶1 000的帶狀地形圖進行實驗，線路工程總長度共計1.8 km。利用等高線輸出org功能，設(shè)置起點里程為0，左右邊線各20 m，點擊提取轉(zhuǎn)角點命令并選取路徑，自動提取轉(zhuǎn)角坐標并生成左右邊線路徑，點擊輸出org 命令，用時15″ 生成org 文件。SLCAD 軟件打開輸出的org 文件，顯示出平斷面圖，將中心斷面數(shù)據(jù)與左右邊線連接后，設(shè)計人員可進行桿塔排位。利用這種方法，方便設(shè)計人員比選路徑方案。圖9 為等高線輸出org的平斷面圖。

圖8 等高線輸出org處理功能

圖9 等高線輸出org的平斷面圖

高程點輸出org 功能如圖10，選取8.5 km 的線路進行實驗，利用GNSS 接收機、全站儀和無人機航測系統(tǒng)采集地形和地物的三維坐標，用南方CASS 軟件展點，選擇高程點輸出org 功能，設(shè)置起點里程為0，距離中心線40 m 的高程點為路徑影響點，點的偏距設(shè)置1 m，點擊提取高程點命令，自動提取轉(zhuǎn)角坐標，點擊選取高程點命令，選中6 314 個點，點擊輸出org 命令，保存輸出文件。軟件輸出6 314 個高程點，用時3″ 。用SLCAD 軟件打開輸出的org 文件，顯示出平斷面圖，將中心斷面數(shù)據(jù)與左右邊線連接后，可進行桿塔排位。圖11 為高程點輸出org 的平斷面圖。

圖10 高程點輸出org處理功能

圖11 高程點輸出org的平斷面圖

為了確保輸出的數(shù)據(jù)準確性，分別檢查高程點輸出org成果與等高線輸出org成果的質(zhì)量。檢查高程點輸出org 成果是利用CAD 軟件量取高程點的偏距，以及高程點投影到路徑上的里程，將量取的數(shù)據(jù)與輸出的org 數(shù)據(jù)對比，查看是否有偏差。在J1-J2、J2-J3、J3-J4 之間，每個耐張段內(nèi)選取重要的高程點（重要的高程點是弧垂最低點下的高程點和地面高程相對高一些的點）30個，量取偏距和里程，經(jīng)對比分析，數(shù)據(jù)完全相同。檢查等高線輸出org成果，利用cad軟件量取等高線距離轉(zhuǎn)角點的平距和查看等高線的高程，每個耐張段內(nèi)選取重要的高程點30 個，經(jīng)對比分析，數(shù)據(jù)完全相同。分析得出軟件輸出成果準確，完全與手動量取的結(jié)果一致。

輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已經(jīng)在35 kV 光伏送出工程和35 kV 風電送出工程中多次使用，實際效果良好。使用過程操作流暢，未出現(xiàn)過錯誤，軟件整體比較可靠。

3 結(jié) 語

本文介紹輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理方法，對其現(xiàn)狀進行分析，設(shè)計輸電線路選線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的流程和方法，利用AutoCAD平臺，選擇Visual Lisp 程序設(shè)計語言二次開發(fā)，實現(xiàn)輸電線路選線與自動的數(shù)據(jù)處理。在AutoCAD圖形化界面下，既能在等高線上生成ORG 數(shù)據(jù)，又能利用高程點生成ORG 數(shù)據(jù)。方便設(shè)計人員比選路徑方案，節(jié)省測量人員的工作時間，減少人為失誤率，提高制圖質(zhì)量。在數(shù)據(jù)處理過程中，如何將CASS 軟件中的線劃圖轉(zhuǎn)換成ORG 數(shù)據(jù)中的平面圖是進一步需要研究的問題。