田正杰,黃文華

(1.山西能源學(xué)院,山西 太原 030600;2.中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030001)

0 引言

塔基測(cè)量是輸電線路測(cè)量中的一項(xiàng)重要工作,包括塔基地形圖測(cè)量和塔基斷面圖測(cè)量[1]。塔基斷面圖是塔腿和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。經(jīng)外業(yè)采集塔基數(shù)據(jù)后,需進(jìn)行煩瑣的塔基斷面圖繪制。常規(guī)塔基斷面圖測(cè)量是通過實(shí)測(cè)塔基斷面點(diǎn),篩選、提取斷面數(shù)據(jù),斷面圖繪制煩瑣,效率低下[1]。如何通過內(nèi)業(yè)方式減少外業(yè)工作量,減少內(nèi)業(yè)人員的中間干預(yù),降低人工操作的差錯(cuò)率,提高內(nèi)、外業(yè)的工作效率,成為當(dāng)前工作研究的重點(diǎn)?，F(xiàn)有研究主要針對(duì)塔基斷面圖的自動(dòng)生成進(jìn)行程序設(shè)計(jì),來減少人工干預(yù),提高工作效率,例如:周浪等[2]基于Auto LISP設(shè)計(jì)出塔基斷面自動(dòng)提取程序,喬金海等[3]提出了基于可視化操作方式的自動(dòng)化塔基斷面成圖系統(tǒng),王明文和帥滔等[4-5]采用.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)地形、斷面自動(dòng)生成,周紅宇等[6]利用VBA For Auto CAD實(shí)現(xiàn)塔基斷面圖自動(dòng)繪制,余文新等[7]通過Auto CAD實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)的高效處理。

道亨測(cè)繪軟件是北京東方道亨科技發(fā)展有限公司研發(fā)的地形圖測(cè)繪工具軟件,在電力行業(yè)應(yīng)用廣泛。該工具分平面圖和斷面圖兩大模塊,分別為SVCAD(電子平板測(cè)繪系統(tǒng))和SLCAD(架空送電線路平斷面處理系統(tǒng))[8-9]。SVCAD電子平板測(cè)繪系統(tǒng)具有強(qiáng)大的三角網(wǎng)存儲(chǔ)功能[9],可用于繪制塔基地形圖。道亨SVCAD在繪制塔基地形圖時(shí)生成有三角網(wǎng)文件,每一個(gè)三角網(wǎng)都是由三個(gè)點(diǎn)組成的,根據(jù)理論“空間中任意三點(diǎn)組成的面為平面,且平面是唯一的,平面中任意兩點(diǎn)的連線為直線”,可以計(jì)算出塔基斷面上任意點(diǎn)的坐標(biāo)和高程[10],為本文實(shí)現(xiàn)塔基斷面點(diǎn)內(nèi)插生成提供了理論基礎(chǔ)。

近年來,隨著超高壓和特高壓輸電線路的高速發(fā)展,輸電線路設(shè)計(jì)對(duì)塔基斷面及塔位地形圖的要求越來越高,常規(guī)的繪制方法已無法滿足需求,亟需一套先進(jìn)、高效的成圖方法和內(nèi)業(yè)處理模式?；诖?本文通過Auto CAD二次開發(fā)成功實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)的高效處理,成果滿足設(shè)計(jì)要求。

1 程序設(shè)計(jì)

以道亨SVCAD生成的塔基三角網(wǎng)數(shù)據(jù)為理論數(shù)據(jù)源,進(jìn)行特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼,用C#對(duì)Auto CAD進(jìn)行二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有逐個(gè)生成塔基模塊和批量生成塔基模塊的多選擇程序。

(1)逐個(gè)生成塔基模塊:已知GNSS數(shù)據(jù)文件和桿位樁文件,導(dǎo)入GNSS數(shù)據(jù)文件并讀取桿位文件,在桿塔名后面的文本框中選擇相應(yīng)的桿塔樁號(hào),設(shè)置好方向樁和桿塔屬性即可加載塔基數(shù)據(jù),塔基加載完成后可以將塔基的點(diǎn)號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)化,最后進(jìn)行塔基SV數(shù)據(jù)自動(dòng)生成。

(2)批量生成塔基模塊:導(dǎo)入存有全部GNSS點(diǎn)的數(shù)據(jù)文件和桿位坐標(biāo)即可進(jìn)行塔基SV數(shù)據(jù)批量自動(dòng)生成。

(3)塔基斷面圖自動(dòng)生成模塊:基于生成塔基模塊自動(dòng)生成的塔基SV數(shù)據(jù),結(jié)合坐標(biāo)求解算法和高程內(nèi)插算法,進(jìn)行塔基斷面圖的自動(dòng)生成。

該程序能夠快速整理出繪制SV塔基所需的文件和數(shù)據(jù),減少了挑選和歸檔數(shù)據(jù)的中間環(huán)節(jié),大大節(jié)省了繪制塔基的時(shí)間。該軟件操作簡(jiǎn)單、易學(xué)易用,無需進(jìn)行過多設(shè)置,即可完成塔基斷面圖的批量生成。軟件使用前需要設(shè)置塔基斷面圖的模板,塔基斷面圖AC腿和BD腿的中心,指定塔基圖的存放路徑等。

2 軟件算法

本研究通過對(duì)Auto CAD二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)塔基斷面點(diǎn)的內(nèi)插生成以及塔基斷面圖的自動(dòng)化成圖。如圖1所示,O為塔基圖的中心樁位置,A、B、C為三角網(wǎng)的三個(gè)頂點(diǎn),P為塔腿方向與三角網(wǎng)的一個(gè)交點(diǎn)。通過求取P點(diǎn)的坐標(biāo)、高程,來提取塔腿方向上的斷面點(diǎn),最后將提取的斷面點(diǎn)匯總,繪制塔基斷面圖,具體包含坐標(biāo)求解算法和高程內(nèi)插算法。

圖1 算法示意圖

2.1 坐標(biāo)求解算法

P點(diǎn)的坐標(biāo)通過直線與直線相交的算法求解,如圖2中AC與OT相交,求取P點(diǎn)坐標(biāo)。

(1)先設(shè)K為P(交點(diǎn))到A的距離除以A到C的距離,K<0表明P在A之外,K>1表明P在C之外。

(2)用A和C的坐標(biāo)和K來表示交點(diǎn)坐標(biāo):

YP=YA+(YC-YA)×K

(1)

XP=XA+(XC-XA)×K

(2)

(3)由于P必在O和T的連線或延長線上,故P與O所構(gòu)成的向量與O與T所構(gòu)成的向量共線,所以有:

(XP-XO)×(YT-YO)=(YP-YO)×(XT-XO)

(3)

(4)將(1)(2)式代入(3)式,可以解得K:

K=

(4)

(5)將K代入(1)(2)式,求得P點(diǎn)的坐標(biāo)。

2.2 高程內(nèi)插算法

P的高程需要采用高程內(nèi)插算法求取。通過直線相交算法,可求出P點(diǎn)的平面坐標(biāo)XP和YP,根據(jù)該點(diǎn)位置可確定該點(diǎn)所在的線段(假設(shè)位于AC上),則P點(diǎn)的高程HP為:

(5)

3 工程實(shí)例

本文選取某特高壓線路工程1L008J2塔基文件作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),該塔基測(cè)量時(shí)間為2021年10月,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了該塔基的1∶200塔基地形圖和塔基斷面數(shù)據(jù),該塔地形為一道山梁,塔位位于梁頂,山梁兩側(cè)為斜坡。本次實(shí)驗(yàn)將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)一和數(shù)據(jù)二,數(shù)據(jù)一為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的塔基斷面數(shù)據(jù),繪制塔基斷面圖;數(shù)據(jù)二為刪除現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的塔基斷面數(shù)據(jù),使用道亨SVCAD重新繪制塔基地形圖,生成三角網(wǎng)文件,使用本文斷面點(diǎn)內(nèi)插的方法自動(dòng)繪制塔基斷面圖。通過將兩組塔基斷面圖疊加,比較兩種方法生成的塔基斷面圖,并計(jì)算兩者的差值,差值結(jié)果見表1。

表1 塔基斷面差值對(duì)比 單位:m

結(jié)論:(1)通過對(duì)上表兩種方法成圖的比較發(fā)現(xiàn),內(nèi)插斷面法生成的塔基斷面與實(shí)測(cè)生成的塔基斷面差值較小,兩者生成的塔基斷面基本吻合。(2)差值表1中,有部分點(diǎn)差值較大,原因是用內(nèi)插斷面法繪制地形圖時(shí),刪除了塔基斷面上的實(shí)測(cè)點(diǎn),使得塔基地形圖測(cè)點(diǎn)密度不夠,導(dǎo)致塔基地形圖成圖精度差,因此使塔基斷面圖產(chǎn)生了較大的誤差。(3)塔基地形圖有足夠的精度和測(cè)點(diǎn)密度,完全滿足塔基斷面圖成圖的要求。

到目前為止,本軟件已應(yīng)用在“張北-雄安1 000 kV特高壓線路工程”“陜北-湖北±800 kV特高壓直流輸電線路工程”等多條特高壓線路工程中,并取得良好效果。

4 結(jié)語

(1)本軟件實(shí)現(xiàn)了塔基斷面圖的批量生成,提高了工作效率。例如:一條200 km的特高壓線路,塔基斷面圖大概有400張,如果按常規(guī)作業(yè)模式,繪制這些斷面圖至少需要一個(gè)作業(yè)員兩天的時(shí)間,而使用本軟件自動(dòng)生成僅需要30 min。

(2)通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成,減少中間環(huán)節(jié)的人工干預(yù),降低了人工操作的差錯(cuò)率。

(3)工程現(xiàn)場(chǎng)定位時(shí),已經(jīng)測(cè)繪了1∶200塔基地形圖,同時(shí)放樣塔腿位置,測(cè)量塔腿處高程,根據(jù)繪制的塔基圖內(nèi)插塔基斷面點(diǎn),能夠滿足塔基斷成圖要求,現(xiàn)場(chǎng)無需重復(fù)測(cè)量塔基斷面數(shù)據(jù),減少了野外作業(yè)的工作量,提高了工作效率。

(4)通過C#開發(fā)的軟件對(duì)Auto CAD版本要求較為嚴(yán)格,C#開發(fā)的軟件只能適用于一種或某幾種版本的Auto CAD,這也是本軟件后續(xù)努力改進(jìn)的方向。