输电线路纸质断面图数字化方法研究及实现

欧阳亚 徐辉 甄龙 裴良臣

摘要：指出了近几年旧输电线路改造项目越来越多，重新测量断面图势必会花费很大的代价，因此如何数字化并利用原有纸质断面图是个重要的课题。根据工程实例探讨了一种数字化输电线路纸质断面图的方法，并编程实现了数据处理流程，同时对数字化的误差来源进行了分析，提出了一种衡量数字化精度的参考标准。

关键词：数字化;输电线路;手绘;断面图

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0204-03

1引言

近年来国内电网市场建设逐渐趋于饱和，新建特高压输电线路越来越少，将来会更少。随之而来的是旧输电线路的改造，如防舞动改造、增容改造、升温改造等。这些改造工程的特点是一般路径保持不变拆除旧杆塔再前后建新杆塔，或者塔位不动只是单纯的更换导线，或者原杆塔不满足改造后的荷载要求，需要拆除原杆塔，在旧塔位上新建杆塔，或者在原档距中间新建杆塔。但是不管怎么改造，一个前提条件是设计人员必须提前获取路径的断面图，这样才能在此基础上进行排位布设方案。而改造线路因为年代久远，计算机绘图未普及，绘图软件还未开发出来，大多还停留在手工绘制断面图的层面上。而原手绘断面图放在现在大部分仍可使用，特别是山区里的断面基本不会有什么变化，同时因为当时采用的是工测方法成图，准确度很高，因此具有很大的利用价值。因此如何数字化手绘断面图是一个新的课题。

2手绘断面图作业及成图方法

在计算机未普及之前，输电线路断面图都是靠手工进行绘制。如同“平板法”绘制地形图一样，使用经纬仪和测距仪测量断面点的累距和高程数据，使用厘米格纸、方尺、铅笔等工具，按照平断面图水平比例尺1：5000，垂直比例尺1：500的比例关系，先在厘米格纸上展绘直线桩数据，数据是直线桩累距与高程，起点高程在1：5万地形图上读取。

绘制完直线桩数据后，再根据测点与直线桩的距离和高差绘制断面点数据，测一点展绘一点，点连成线构成断面，左或右边线与断面一样，绘制平面部分也是如此。同样，交叉跨越、房屋、风偏点、横断面和洪水位数据也手工绘制而成。待测量专业将断面图绘制完成之后再移交给设计电气专业，使用杆塔排位模板进行手工排位，同时结构人员考虑降基，最终成图如图1所示。

3数字化纸质断面图的理论基础

一幅断面图中，在同一个平面和高程基准下，桩与桩之间以及桩与断面点之间的相对关系不会因基准的不同而发生改变。水平方向两个断面点之间的坐标差AX表示的是线路累距之间的相对关系，垂直方向两个断面点之间的坐标差AY表示的是高程之间的相对关系。

在清楚以上关系之后，每幅图中无需绝对坐标，只要给定一个基准点，就可得出本幅图的桩与断面点的相对关系，然后根据整条线路中塔位桩之间的相对关系，统一基准，将所有数字化的断面图拼接在一起，即可得出整条线路的桩与断面点之间的相对关系，即为完成数字化工作。

4工程实例应用探讨与分析

4.1工程概况

此次应用探讨以湖北葛洲坝～双河双回500kV线路增容改造工程为依托，该工程包括葛洲坝～双河500kVI回线路和Ⅱ回线路，两条单回路平行走线，起于宜昌市葛洲坝变电站，止于荆门市双河变电站。葛双工回全长124.041km，1982年12月建成，共有杆塔287基，其中耐张塔34基，直线塔253基。葛双Ⅱ回全长122.844km，1988年3月建成，共有杆塔285基，其中耐张塔29基，直线塔256基。线路山地占58.4%、丘陵占26.6%，平地及泥沼占15%。线路沿线海拔高度分布为0～500m。工程建成较早，至今已运行达30余年之久，因无法满足现行条件下的输送容量要求，故需对其进行增容改造。因80年代对该线路勘测设计时，计算机成图还未普及，全线断面均工测后人工绘制成图，设计人员再在此基础上完成手工排位工作。经勘测设计人员对线路沿线进行调查走访，发现线路建成之后沿线地物地貌基本无变化，对于新增加的交叉跨越和房屋及道路等地物重新测量外，其他均可利用原有资料。

4.2数字化方法的实现

4.2.1断面图的纠正与配准

将断面图扫描数字化并以图片的形式插入CAD，在CAD中检查图纸的水平方向和垂直方向的关系，确保水平和竖直，否则对后续坐标的提取影响较大，从而影响断面的数字化精度。

4.2.2坐标匹配及提取

（1）提取基准点的相关数据。

在一张图幅的一个高程比例段内，选择两个高程和累距信息可以准确读取的点，这两个点最好是图幅左右上下边缘处的中心桩，同时基准点间的累距和高差要尽量大，读取其在CAD中的坐标值（图2）。

将数据提取完之后按照图3的格式在文本文件txt中进行整理，

第一行和第二行分别表示提取的CAD中左侧基准点的x和Y坐标，第三行和第四行分别表示提取的CAD中右侧基准点的x和Y坐标，第五行和第六行分别表示提取的CAD中左右两侧基准点的真实累距，第七行和第八行分别表示提取的CAD中左右两侧基准点的真实高程。

（2）提取塔位桩的相关数据。

在一张图幅的一个高程比例段内，按照从左到右的顺序依次提取所有塔位桩的坐标值，同时因塔位已经施工建成，所以选择降基之后的点作为塔位中心桩点（图4）。

将数据提取完之后按照图5的格式在文本文件txt中进行整理，第一列表示断面图中的杆塔号名称，第二列和第三列分别表示提取的CAD中塔位桩的X和Y坐标。

（3）提取中心断面和边线坐标。

在一张图幅的一个高程比例段内，依次用多段线（p1）顺序描绘包含塔位中心桩的中心断面、左边线、右边线，分别提取坐标。格式同图5，点名使用流水编号即可，第一列表示断面或边线点的名称，第二列和第三列分别表示提取的CAD中断面或边线点的X和Y坐标。将提取的中心断面和左、右边线分别建立在不同TXT中进行整理。

（4）提取风偏点坐标。

在一张图幅的一个高程比例段内，依次将风偏点的中心坐标提取，格式同图6，第一列表示风偏点的名称，第二列和第三列分别表示提取的CAD中风偏点的X和Y坐标，第四列表示该风偏点的偏距，在断面图上直接读取，采取左+右-原则。

至此，断面图中重要信息均以提取完毕。

4.2.3数字化程序开发及实现

按照本文第三节数字化纸质断面图的理论基础中所述的思路来开发相关程序，程序开发过程此处不赘述，该程序集成在中南电力设计院具有独立知识产权的《特高压输电线路测量信息软件》（软件登录号为：CL0437）中。

最终成图效果如图7所示（本文图1数字化后的效果）。

4.2.4数字化后分幅断面图的拼接

按照原斷面图中塔位桩的设计累距，根据相应累距将数字化后的分幅断面图拼接成整幅断面图。

5数字化误差分析

经大量样本测试发现，剔除人为操作取舍及描绘不当引起的误差之外，纸质断面图数字化过程中的主要误差来源是基准点间坐标差AX和AY过小，一张图幅的一个高程比例段内△X/△Y比值（绝对值）过大，导致基准误差较大，从而引起坐标匹配误差，理论情况下△X/△Y比值越小，基准误差越小，坐标匹配精度越高，表1列举了部分样本的试验数据。

根据表1列举出的部分样本试验数据可以看出，△X/△Y比值在2以下时，平均误差可以控制在0.3m以内，基本满足数字化的精度要求。当比值超过10甚至20以上时误差接近2m，此时数字化的断面图和原纸质断面图相比误差较大。当然，通过培训提高内业人员的操作水平和描绘精度也可以提高数字化精度。

6结论与展望

针对目前旧输电线路改造的特点，灵活的数字化既有平断面图资料，可以节省很大一部分开支，通过本文提出的方法可以很快速的数字化纸质断面图，供设计人员前期排位使用，方便在此基础上做决策。当然，本文只提出了数字化断面图的方法，对于数字化输电线路中的平面图，后续还有待于继续研究。