基于道亨SVCAD數據的塔基斷面圖自動生成方法研究

田正杰,黃文華

(1.山西能源學院,山西 太原 030600;2.中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司,山西 太原 030001)

0 引言

塔基測量是輸電線路測量中的一項重要工作,包括塔基地形圖測量和塔基斷面圖測量[1]。塔基斷面圖是塔腿和基礎設計的主要依據。經外業采集塔基數據后,需進行煩瑣的塔基斷面圖繪制。常規塔基斷面圖測量是通過實測塔基斷面點,篩選、提取斷面數據,斷面圖繪制煩瑣,效率低下[1]。如何通過內業方式減少外業工作量,減少內業人員的中間干預,降低人工操作的差錯率,提高內、外業的工作效率,成為當前工作研究的重點?，F有研究主要針對塔基斷面圖的自動生成進行程序設計,來減少人工干預,提高工作效率,例如:周浪等[2]基于Auto LISP設計出塔基斷面自動提取程序,喬金海等[3]提出了基于可視化操作方式的自動化塔基斷面成圖系統,王明文和帥滔等[4-5]采用.NET技術實現地形、斷面自動生成,周紅宇等[6]利用VBA For Auto CAD實現塔基斷面圖自動繪制,余文新等[7]通過Auto CAD實現內業的高效處理。

道亨測繪軟件是北京東方道亨科技發展有限公司研發的地形圖測繪工具軟件,在電力行業應用廣泛。該工具分平面圖和斷面圖兩大模塊,分別為SVCAD(電子平板測繪系統)和SLCAD(架空送電線路平斷面處理系統)[8-9]。SVCAD電子平板測繪系統具有強大的三角網存儲功能[9],可用于繪制塔基地形圖。道亨SVCAD在繪制塔基地形圖時生成有三角網文件,每一個三角網都是由三個點組成的,根據理論“空間中任意三點組成的面為平面,且平面是唯一的,平面中任意兩點的連線為直線”,可以計算出塔基斷面上任意點的坐標和高程[10],為本文實現塔基斷面點內插生成提供了理論基礎。

近年來,隨著超高壓和特高壓輸電線路的高速發展,輸電線路設計對塔基斷面及塔位地形圖的要求越來越高,常規的繪制方法已無法滿足需求,亟需一套先進、高效的成圖方法和內業處理模式?；诖?本文通過Auto CAD二次開發成功實現內業的高效處理,成果滿足設計要求。

1 程序設計

以道亨SVCAD生成的塔基三角網數據為理論數據源,進行特定數據結構編碼,用C#對Auto CAD進行二次開發,實現一個具有逐個生成塔基模塊和批量生成塔基模塊的多選擇程序。

(1)逐個生成塔基模塊:已知GNSS數據文件和桿位樁文件,導入GNSS數據文件并讀取桿位文件,在桿塔名后面的文本框中選擇相應的桿塔樁號,設置好方向樁和桿塔屬性即可加載塔基數據,塔基加載完成后可以將塔基的點號進行簡化,最后進行塔基SV數據自動生成。

(2)批量生成塔基模塊:導入存有全部GNSS點的數據文件和桿位坐標即可進行塔基SV數據批量自動生成。

(3)塔基斷面圖自動生成模塊:基于生成塔基模塊自動生成的塔基SV數據,結合坐標求解算法和高程內插算法,進行塔基斷面圖的自動生成。

該程序能夠快速整理出繪制SV塔基所需的文件和數據,減少了挑選和歸檔數據的中間環節,大大節省了繪制塔基的時間。該軟件操作簡單、易學易用,無需進行過多設置,即可完成塔基斷面圖的批量生成。軟件使用前需要設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Auto CAD二次開發,實現塔基斷面點的內插生成以及塔基斷面圖的自動化成圖。如圖1所示,O為塔基圖的中心樁位置,A、B、C為三角網的三個頂點,P為塔腿方向與三角網的一個交點。通過求取P點的坐標、高程,來提取塔腿方向上的斷面點,最后將提取的斷面點匯總,繪制塔基斷面圖,具體包含坐標求解算法和高程內插算法。

圖1 算法示意圖

2.1 坐標求解算法

P點的坐標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點坐標。

(1)先設K為P(交點)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的坐標和K來表示交點坐標:

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所構成的向量與O與T所構成的向量共線,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點的坐標。

2.2 高程內插算法

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

(5)

3 工程實例

本文選取某特高壓線路工程1L008J2塔基文件作為實驗數據,該塔基測量時間為2021年10月,現場測量了該塔基的1∶200塔基地形圖和塔基斷面數據,該塔地形為一道山梁,塔位位于梁頂,山梁兩側為斜坡。本次實驗將數據分成數據一和數據二,數據一為根據現場測量的塔基斷面數據,繪制塔基斷面圖;數據二為刪除現場測量的塔基斷面數據,使用道亨SVCAD重新繪制塔基地形圖,生成三角網文件,使用本文斷面點內插的方法自動繪制塔基斷面圖。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,并計算兩者的差值,差值結果見表1。

表1 塔基斷面差值對比 單位:m

結論:(1)通過對上表兩種方法成圖的比較發現,內插斷面法生成的塔基斷面與實測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,有部分點差值較大,原因是用內插斷面法繪制地形圖時,刪除了塔基斷面上的實測點,使得塔基地形圖測點密度不夠,導致塔基地形圖成圖精度差,因此使塔基斷面圖產生了較大的誤差。(3)塔基地形圖有足夠的精度和測點密度,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 結語

(1)本軟件實現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,如果按常規作業模式,繪制這些斷面圖至少需要一個作業員兩天的時間,而使用本軟件自動生成僅需要30 min。

(2)通過計算機自動生成,減少中間環節的人工干預,降低了人工操作的差錯率。

(3)工程現場定位時,已經測繪了1∶200塔基地形圖,同時放樣塔腿位置,測量塔腿處高程,根據繪制的塔基圖內插塔基斷面點,能夠滿足塔基斷成圖要求,現場無需重復測量塔基斷面數據,減少了野外作業的工作量,提高了工作效率。

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