输电线路等线状工程放桩数据处理软件的设计及应用分析

王艳涛,王 倩,陶宇航

(1.中国能源建设集团天津电力设计院有限公司,天津 300000；2.国网天津城西供电分公司,天津 300110)

1 概述

随着技术和设备的不断发展和进步,GNSS放桩逐步取代了早前的全站仪和经纬仪,成为目前主流的输电线路等线状工程放桩手段[13]。对于输电线路等线状工程放桩,桩位之间存在一定的约束关系,桩位间的角度及距离关系必须与设计相一致,才能确保施工质量进而避免工程事故[1,4]。

放桩工作结束后,一般都需要整理出放桩成果,放桩成果主要由2部分组成。

a.放桩记录表:提供桩位坐标、转角、档距、方向桩等内容,以便检查桩位关系是否与设计数据相一致,同时提供给施工接桩人员,方便其对桩位进行维护或恢复,减少补桩。

b.放桩路径图:以CAD图形方式直观地展示放桩数据,可以方便地进行角度及距离量测,可提供给设计人员,以便与设计图进行比对,校核放桩成果。

因此,放桩数据的处理主要针对放桩成果的2种形式,从2方面进行。根据近些年的输电线路工程经验,目前还没有通用的输电线路等线状工程放桩数据自动化处理软件,只在区域级的规模较大的设计单位,有相关定制开发和自主研究[1,5-8]。其余多数情况下,输电线路等线状工程放桩数据的处理都需要借助CAD图形量取或Excel表格计算等诸多人工操作,才能整理出最终的放桩成果,效率低、易出错、格式不统一[9-10]。

采用编程手段,对放桩数据进行程序化处理,代替繁琐的人工操作,完成内部计算并直接输出统一格式的放桩成果,将大大提高放桩数据处理的效率和准确性。本文即在此基础上,研究探索了一种输电线路等线状工程放桩数据的自动化处理方法,改进了传统的人工操作模式,大幅提高了生产效率。

2 基本原理

输电线路等线状工程放桩的基本流程包括制作放桩文件、实地放桩以及放桩数据导出。放桩文件一般是利用GNSS手簿,输入设计人员提供的转角点坐标,采用不少于3个点进行工地校正(仅平面),实地放桩时以“放样点”形式确定转角桩,根据设计档距以“放样线”形式确定直线桩,有时为了施工方便还会放样部分方向桩,桩位一般都会进行实测,以获取平面坐标及高程,因此导出的放桩数据既包含转角点的设计坐标,又包含所有桩位的实测坐标。

整条线路的桩位可以分为转角桩、直线桩、方向桩3种。根据转角桩可将线路分解成若干个区段,利用相邻的2个区段可以计算得到中间转角桩的转角,每个区段内又包含若干个直线桩和方向桩,根据两点间距离公式和点到线的距离公式,可分别计算得到直线桩和方向桩的档距和偏距,根据直线桩和方向桩的区段内累距,可进一步计算得到方向桩距离。桩位分布示意见图1。

图1 桩位分布示意

根据放桩后导出数据的内容特点,可首先匹配检索出所有转角桩,其次根据转角桩顺序依次构建出各区段,然后逐个区段确定出其中的直线桩和方向桩,先计算出直线桩和方向桩的累距,按照区段内累距对直线桩和方向桩进行排序,最后计算出直线桩档距和方向桩距离。所用到的数学公式主要有:

式中:P1(x1,y1)、P2(x2,y2)为平面两点,用来计算桩位坐标与设计坐标之间的差值,确定转角桩,计算直线桩累距和档距等；θ为三角形内角；a、b、c分别为三角形三边长,用来计算转角桩的转角；d为平面点(x0,y0)到直线Ax＋By＋C=0的垂直距离,用来计算直线桩偏距,检索直线桩和方向桩等。

3 数据处理软件的设计

本软件采用Visual Basic编程语言开发,同时结合Excel混合编程以及AutoCAD脚本语言技术,实现放桩成果的自动生成及格式化输出。

输入设计,根据放桩数据导出的常用文件类型,尽量避免原始数据二次编辑,本程序数据输入支持DAT文件和文本文件2种类型。DAT文件格式为“点名,编码,东坐标,北坐标,高程”；文本文件按照数据项的内容及排列分成“点名,北坐标,东坐标”、“点名,东坐标,北坐标”、“点名,北坐标,东坐标,高程”、“点名,东坐标,北坐标,高程”4种格式。

功能设计,软件功能采用模块化设计思想,主要包含转角桩模块、直线桩和方向桩模块、路径构建模块。转角桩模块,实现从放桩数据中检索转角桩、计算转角；直线桩和方向桩模块,实现从放桩数据中检索直线桩和方向桩,计算偏距和累距；路径构建模块,将转角桩、直线桩和方向桩依序进行组装,构建出线路完整路径,以便后续放桩成果输出。

输出设计,包括交互界面显示和放桩成果输出。本软件以数据报表控件为主体,配合若干功能按钮组成操作界面,通过点击相应按钮,数据报表即时展示相关信息,便于用户浏览和操作。转角桩按钮,计算并展示转角桩坐标偏差及偏差分量；直线桩按钮,计算并展示直线桩和方向桩的属性、区段、偏距、档距、累距；投影至线中按钮,对于偏距超过给定阈值(2 cm)的直线桩,按投影点到线的方式,归算到线中。设计此部分功能主要考虑有时设计人员提供的直线塔位不在线中,而实地放桩时偏离的直线塔位又没有进行实地放样,因此为保证放桩成果严谨准确,需将偏离线中过大的直线点位进行投影归算；全路径按钮,利用转角桩、直线桩和方向桩构建线路全路径,并在操作界面展示相关信息；路径图按钮,利用AutoCAD脚本语言技术,将与放桩路径图成图相关的一系列AutoCAD操作(创建图层、设置图层、批量展点、标注转角、自动连线等)写成scr文件,在AutoCAD中运行该脚本文件,可自动生成放桩路径图。放桩记录按钮,利用Excel混合编程技术,完成放桩记录表生成相关操作(创建表格、合并单元格、设置字体、绘制边框等),将线路全路径数据自动输出,实现放桩记录表的一键化生成。程序结构流程如图2所示。

图2 程序结构流程

4 工程实例

本程序以天津某220 k V输电线路工程放桩数据为示例,该工程位于天津市某郊区,线路总体呈东北西南走向,全长约12.7 km,设计塔位共37基。转角桩运行界面如图3所示。

图3 转角桩运行界面

转角桩运行界面,展示由放桩数据匹配计算得到的转角桩,包括设计点位、放桩点位、坐标偏差及偏差分量,对坐标偏差较大(本程序设置为5 cm)的桩位,程序会以红色进行标示,以引起用户注意并查找原因。直线桩和方向桩运行界面如图4所示。

图4 直线桩和方向桩运行界面

直线桩和方向桩运行界面,对方向桩点名使用黄色标示,属性下拉式组合框提供“直线”、“大方”、“小方”3个选择项,用以帮助用户对程序未能准确识别的直线桩和方向桩进行人工标定。对偏距过大的(本程序设置为2 cm)直线桩和方向桩,使用红色标示,需用“投影至线中”按钮,将这些桩位投影归算至线中,当偏距数据列不存在红色标示,表明全部桩位归算完毕。全路径运行界面如图5所示。

图5 全路径运行界面

全路径运行界面,利用所有桩位(转角桩、直线桩、方向桩)构建现状工程全线路径,展示点名、属性、转角(度分秒格式)、档距、累距等信息,查看最后1个转角桩的累距,即可得知全线长度。

路径图和放桩记录按钮为成果输出部分,点击相应按钮,由程序自动输出统一格式的放桩成果,路径图按钮输出scr脚本文件,打开AutoCAD软件并运行该脚本,可一键生成放桩路径图。放桩记录按钮输出放桩记录表,放桩记录表包含桩号、北坐标、东坐标、转角、档距、方向桩距离、备注等内容,本程序对应的放桩记录表格式如图6所示。

图6 放桩记录表

上述示例工程的放桩数据,借助AutoCAD软件及Excel表格,采用传统的人工方式进行处理,耗时约1 h。而使用本软件进行自动化处理,仅需数分钟,数据处理效率得以大幅提升,同时保障了成果的准确性和一致性。

5 结束语

本文立足于输电线路等线状工程放桩工作实际,对放桩数据处理方法进行深入研究,提出了一种输电线路等线状工程放桩数据的自动化处理方法,编程开发了相应的放桩数据处理软件,改进了传统的人工操作模式,大幅提高工作效率。本程序输入文件格式灵活,原始数据基本无需编辑即可直接进行处理,设计的各功能模块相互独立又有序衔接,可实现从原始数据到成果的全自动处理流程,简单而高效。经过多个输电线路工程的放桩数据处理,程序各部分功能运转良好,极大节省了人工劳动,显著提高了输电线路等线状工程放桩数据的处理效率,对于可能存在的问题和不足,将在今后实际应用过程中逐步改进和完善。