基于GPS数据的平断面图自动制作

（江西省电力设计院 江西南昌 330096）

0 引言

平断面图作为输电线路设计的基础数据，直接关系到设计成果的质量，并影响工程的造价。平断面图顾名思义，包含了断面信息和相应的平面信息，以断面图表现的断面信息具有数据点间断的特性。随着GPS技术的在测绘行业的普遍推广，电力设计勘测部门也积极将该技术应用到原始数据的获取中，但对于数据的后处理更多的局限于人工记录，再手动输入编辑的低效率作业模式。本文致力于利用GPS 数据自动生成满足设计需要的平断面图，以期提高工作效率。

1 数据处理

GPS 接收机采集的数据通过随机软件处理后可以导出点名和三维坐标数据，但数据之间没有明显的相对关系，因此在绘制平断面图前首先需要对数据进行分类，再建立相对关系，然后计算平断面图绘制的参数数据，最后输出一定格式的平断面图。

1.1 数据分类

表1 点数据属性分类标识符

对所有的跨越数据而言，不仅需要知道其所在的相对位置和高程，还需要知道其它的附加信息，如道路与线路的交叉角度，架空线路的高度等。文中将这些信息同时包含在点名字符串中，因此制定一个相应的编号规则，如道路的编号为：L&&&***$$，第1位为路的识别字符"L"；第2、3、4位为道路宽度的识别码，第2位为路前宽或后宽识别码，用1和0表示，第3、4位为宽度值识别码，前宽以1&&表示，后宽0&&，路宽度值为两位正整数，如前宽3米表示为103，后宽15米表示为015；第5、6、7位为跨越角度，第5 为跨越路角度正负识别码，以大号方向左侧为准，用1和0表示，正10度表示为110，负30表示为030，角度值为两位的正整数；第8，9位为跨越路的序号，如线路中的第一处跨越路为01。

1.2 建立相对关系

利用名字字符串对原始数据进行分类，在读取数据文件时可以将不同的数据类型存储到不同的容器中。根据断面图一般以转角塔为基准绘制，因此首先依序组织转角塔数据，然后建立其它点数据与各耐张段之间的相对关系，从而确定点数据所在的耐张段和参数计算的起算点。具体的处理流程如下：

1)计算耐张段方位角αi,i+1和耐张长度；

2)建立耐张段搜索矩形域Ri,i+1；

3)点数据归属搜索。

耐张段方位角αi,i+1为以小号方向转角点，i 为起点，大号方向转角点i+1 为终点，循环计算，方位角计算公式1[1]，再根据△x 和△y的值判断所在象限，从而得到最终的方位角。

“我们也不知道入口在哪儿。宇轩谷主说，这盘棋会告诉你们。可是我与乌有老儿下了半宿棋，发现王积薪那小子的媪妇谱，就是四个字：此路不通。”子虚接着叹气。

建立耐张段搜索矩形域是以耐张段起始转角点为矩形宽两中点，根据不同输电线路等级设定一个宽度值S，以宽度值S 和耐张段方位角α 根据公式2计算矩形的四个角点坐标，从而形成一个包围耐张段的矩形域，示意如图1。由此可知，除线路起讫转角点外，每个转角点在两个耐张段上，也就是说，每个转角点在两个矩形上，这正符合输电线路平断面图绘制的原则。

矩形域角点计算公式：

式中：

（x,y）为计算得到的矩形角点坐标；

（Ji,x,Ji.y）为计算的基准点，也就是第i个耐张段的起讫转角点坐标；

S 为矩形域宽度的一半；

α 为第i个耐张段的方位角。

图1 耐张段矩形域

点数据归属搜索是在建立完所有耐张段的搜索矩形域后，以点是否落在某个矩形域中为判断条件，建立点数据与耐张段之间的关系。根据图形学的原理，判断点是否在多边形内，可以求解通过该点的水平线与多边形各边的交点，单边交点为奇数，则该点在多边形内，否则在多边形外[2]。

对直线塔或桩建立归属关系不仅要满足在某个搜索矩形域内，同时还要满足以下两个条件：

1)以耐张段起始转角为起点，直线塔或桩点为终点，计算得到的方位角与耐张段方位角之差小于1分[3]；

2)直线塔或桩点到耐张段的垂直距离小于0.1米。

对于没有搜索到耐张段归属的数据点从数据点容器中剔除，从而排除无效或无意义数据点，使其不在平断面图中显示。

1.3 参数计算

建立了所有数据点的相对关系后再计算所有点的绘图参数，首先计算转角塔的里程和转角度数值，然后以转角塔坐标和参数为基准计算其它点数据的里程和偏距，具体计算公式如公式2。

1.4 数据输出

北京道亨软件有限公司的平断面图绘制软件SLCAD 架空送电线路平断面图处理及定位CAD系统作为电力设计勘测部门平断面绘制的主要软件之一，其数据格式为.org 文本的文件。根据.org 文件对各类断面点数据的绘制规则，依次输出所有点数据的平断面参数。

.org 文本断面点数据绘制规则示意：

1)转角塔

2)断面点

3)道路

2 模块功能

GPS 数据自动生成平断面图功能模块GPS2ORG是以C++为编写语言在Visual Studio 2008 版下进行编写，该模块具有读写数据、相对关系建立、参数计算和平断面图文件输出四个方面的功能，其具体的功能流程如图2。

图2 GPS2ORG 模块数据处理流程

3 数据实验

以江西某220kV 输电线路工程部分数据为示例（如表2），利用GPS2ORG 功能模块自动生成满足工程需要的平断面图（如图3）。原始数据采用Leica GX1230 接收机实测得到，通过其随机软件LGO 导出格式为.txt的文本，导出的数据格式为（点名，X轴坐标，Y轴坐标，高程）。根据220kV 输电线路的工程需要，设置矩形域宽度为15米（即S 取值为15米）。

表2 江西某220kV输电线路工程部分实测断面数据

从生成的平断面图分析可知：

1)自动生成的平断面图完全正确的反应了测量数据表示的平断面信息；

2)断面点D59 和D60 作为无效点或者无意义点被剔除，这样处理满足工程的要求。

图3 GPS2ORG 功能模块自动生成的平断面图

4 结论

通过在工程实践中的检验，GPS2ORG 功能模块自动生成的平断面图通过少量的人工编辑后，可以满足输电设计工程的要求。5公里的平断面图手工绘制约需要3个小时，利用GPS2ORG 功能模块生成平断面图后，人工干预完成平断面图的修饰约需1小时，减少平断面图绘制时间近2/3。使用GPS2ORG 功能模块绘制平断面图不仅提高了制图的自动化程度，提高了成图效率，还有效的避免了人工输入数据错误的概率。

[1]潘正风,等.数字测图原理与方法[M].武汉大学出版社.

[2]陈树强,陈学工,王丽青.判定检测点是否在多边形内的新方法[J].微电子学与计算机.2006,23(8):194-199.

[3]GB50548-2010,330kV～750kV 架空输电线路勘测规范[S].国家技术监督局.