基于道亨SVCAD数据的塔基断面图自动生成方法研究

田正杰,黄文华

(1.山西能源学院,山西 太原 030600;2.中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司,山西 太原 030001)

0 引言

塔基测量是输电线路测量中的一项重要工作,包括塔基地形图测量和塔基断面图测量[1]。塔基断面图是塔腿和基础设计的主要依据。经外业采集塔基数据后,需进行烦琐的塔基断面图绘制。常规塔基断面图测量是通过实测塔基断面点,筛选、提取断面数据,断面图绘制烦琐,效率低下[1]。如何通过内业方式减少外业工作量,减少内业人员的中间干预,降低人工操作的差错率,提高内、外业的工作效率,成为当前工作研究的重点。现有研究主要针对塔基断面图的自动生成进行程序设计,来减少人工干预,提高工作效率,例如:周浪等[2]基于Auto LISP设计出塔基断面自动提取程序,乔金海等[3]提出了基于可视化操作方式的自动化塔基断面成图系统,王明文和帅滔等[4-5]采用.NET技术实现地形、断面自动生成,周红宇等[6]利用VBA For Auto CAD实现塔基断面图自动绘制,余文新等[7]通过Auto CAD实现内业的高效处理。

道亨测绘软件是北京东方道亨科技发展有限公司研发的地形图测绘工具软件,在电力行业应用广泛。该工具分平面图和断面图两大模块,分别为SVCAD(电子平板测绘系统)和SLCAD(架空送电线路平断面处理系统)[8-9]。SVCAD电子平板测绘系统具有强大的三角网存储功能[9],可用于绘制塔基地形图。道亨SVCAD在绘制塔基地形图时生成有三角网文件,每一个三角网都是由三个点组成的,根据理论“空间中任意三点组成的面为平面,且平面是唯一的,平面中任意两点的连线为直线”,可以计算出塔基断面上任意点的坐标和高程[10],为本文实现塔基断面点内插生成提供了理论基础。

近年来,随着超高压和特高压输电线路的高速发展,输电线路设计对塔基断面及塔位地形图的要求越来越高,常规的绘制方法已无法满足需求,亟需一套先进、高效的成图方法和内业处理模式。基于此,本文通过Auto CAD二次开发成功实现内业的高效处理,成果满足设计要求。

1 程序设计

以道亨SVCAD生成的塔基三角网数据为理论数据源,进行特定数据结构编码,用C#对Auto CAD进行二次开发,实现一个具有逐个生成塔基模块和批量生成塔基模块的多选择程序。

(1)逐个生成塔基模块:已知GNSS数据文件和杆位桩文件,导入GNSS数据文件并读取杆位文件,在杆塔名后面的文本框中选择相应的杆塔桩号,设置好方向桩和杆塔属性即可加载塔基数据,塔基加载完成后可以将塔基的点号进行简化,最后进行塔基SV数据自动生成。

(2)批量生成塔基模块:导入存有全部GNSS点的数据文件和杆位坐标即可进行塔基SV数据批量自动生成。

(3)塔基断面图自动生成模块:基于生成塔基模块自动生成的塔基SV数据,结合坐标求解算法和高程内插算法,进行塔基断面图的自动生成。

该程序能够快速整理出绘制SV塔基所需的文件和数据,减少了挑选和归档数据的中间环节,大大节省了绘制塔基的时间。该软件操作简单、易学易用,无需进行过多设置,即可完成塔基断面图的批量生成。软件使用前需要设置塔基断面图的模板,塔基断面图AC腿和BD腿的中心,指定塔基图的存放路径等。

2 软件算法

本研究通过对Auto CAD二次开发,实现塔基断面点的内插生成以及塔基断面图的自动化成图。如图1所示,O为塔基图的中心桩位置,A、B、C为三角网的三个顶点,P为塔腿方向与三角网的一个交点。通过求取P点的坐标、高程,来提取塔腿方向上的断面点,最后将提取的断面点汇总,绘制塔基断面图,具体包含坐标求解算法和高程内插算法。

图1 算法示意图

2.1 坐标求解算法

P点的坐标通过直线与直线相交的算法求解,如图2中AC与OT相交,求取P点坐标。

(1)先设K为P(交点)到A的距离除以A到C的距离,K<0表明P在A之外,K>1表明P在C之外。

(2)用A和C的坐标和K来表示交点坐标:

YP=YA+(YC-YA)×K

(1)

XP=XA+(XC-XA)×K

(2)

(3)由于P必在O和T的连线或延长线上,故P与O所构成的向量与O与T所构成的向量共线,所以有:

(XP-XO)×(YT-YO)=(YP-YO)×(XT-XO)

(3)

(4)将(1)(2)式代入(3)式,可以解得K:

K=

(4)

(5)将K代入(1)(2)式,求得P点的坐标。

2.2 高程内插算法

P的高程需要采用高程内插算法求取。通过直线相交算法,可求出P点的平面坐标XP和YP,根据该点位置可确定该点所在的线段(假设位于AC上),则P点的高程HP为:

(5)

3 工程实例

本文选取某特高压线路工程1L008J2塔基文件作为实验数据,该塔基测量时间为2021年10月,现场测量了该塔基的1∶200塔基地形图和塔基断面数据,该塔地形为一道山梁,塔位位于梁顶,山梁两侧为斜坡。本次实验将数据分成数据一和数据二,数据一为根据现场测量的塔基断面数据,绘制塔基断面图;数据二为删除现场测量的塔基断面数据,使用道亨SVCAD重新绘制塔基地形图,生成三角网文件,使用本文断面点内插的方法自动绘制塔基断面图。通过将两组塔基断面图叠加,比较两种方法生成的塔基断面图,并计算两者的差值,差值结果见表1。

表1 塔基断面差值对比 单位:m

结论:(1)通过对上表两种方法成图的比较发现,内插断面法生成的塔基断面与实测生成的塔基断面差值较小,两者生成的塔基断面基本吻合。(2)差值表1中,有部分点差值较大,原因是用内插断面法绘制地形图时,删除了塔基断面上的实测点,使得塔基地形图测点密度不够,导致塔基地形图成图精度差,因此使塔基断面图产生了较大的误差。(3)塔基地形图有足够的精度和测点密度,完全满足塔基断面图成图的要求。

到目前为止,本软件已应用在“张北-雄安1 000 kV特高压线路工程”“陕北-湖北±800 kV特高压直流输电线路工程”等多条特高压线路工程中,并取得良好效果。

4 结语

(1)本软件实现了塔基断面图的批量生成,提高了工作效率。例如:一条200 km的特高压线路,塔基断面图大概有400张,如果按常规作业模式,绘制这些断面图至少需要一个作业员两天的时间,而使用本软件自动生成仅需要30 min。

(2)通过计算机自动生成,减少中间环节的人工干预,降低了人工操作的差错率。

(3)工程现场定位时,已经测绘了1∶200塔基地形图,同时放样塔腿位置,测量塔腿处高程,根据绘制的塔基图内插塔基断面点,能够满足塔基断成图要求,现场无需重复测量塔基断面数据,减少了野外作业的工作量,提高了工作效率。

(4)通过C#开发的软件对Auto CAD版本要求较为严格,C#开发的软件只能适用于一种或某几种版本的Auto CAD,这也是本软件后续努力改进的方向。