輸電線路塔基數(shù)字地面建立的研究與實(shí)現(xiàn)

摘要：數(shù)字化設(shè)計(jì)作為今后輸電線路設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，將發(fā)揮越來越重要的作用。本文主要敘述了數(shù)字化地面技術(shù)在輸電線路塔基地形建立中的應(yīng)用。根據(jù)輸電線路塔基地形圖自身特點(diǎn)，探討了Delaunay三角網(wǎng)，DEM地形數(shù)據(jù).等高巍的建立方法及原理，討論了數(shù)字模擬技術(shù)，工程測量精度控制，鐵塔基面數(shù)字模擬優(yōu)化等方面的研究。

關(guān)鍵詞：輸電線路 數(shù)字化設(shè)計(jì) 三維 精度

中圖分類號：TM769 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)0Z(b)-0112-01

1引言

輸電線路數(shù)字化設(shè)計(jì)在國內(nèi)外還是空白，目前設(shè)計(jì)單位正嘗試將三維輔助設(shè)計(jì)引入到輸電線路工程上來，建成線路的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)三維顯示、漫游及管理，在建立的數(shù)字地面模型上實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化。因此數(shù)字化地面技術(shù)在鐵塔塔基地形模擬中的應(yīng)用，越來越受到設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。根據(jù)輸電鐵塔的自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)精度要求，對數(shù)字化地面模擬技術(shù)進(jìn)行研究與優(yōu)化，在建立三角網(wǎng)、等高線、DEM數(shù)據(jù)時(shí)需充分考慮塔基終勘測量點(diǎn)的精度，測距，取樣點(diǎn)數(shù)目的影響。對于邊緣三角形的失真變形、插值誤差等問題應(yīng)進(jìn)行分析修正，以達(dá)到符合實(shí)際地形，滿足設(shè)計(jì)精度的要求。

2輸電線路塔基地形設(shè)計(jì)特點(diǎn)

通常輸電線路外業(yè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)集中在于終勘定位，桿塔基礎(chǔ)選配的設(shè)計(jì)，因此塔基地形測量點(diǎn)的精度控制，以及數(shù)字化地面建立的誤差控制將影響鐵塔基礎(chǔ)的配置以及設(shè)計(jì)精度。根據(jù)《工程測量規(guī)范》(GB5 0026-93)：

通常送電線路鐵塔的根開和保護(hù)范圍的總長度不會(huì)超過60米(除大跨域工程)，經(jīng)測算現(xiàn)場測量控制點(diǎn)的數(shù)目達(dá)到16個(gè)，并以中心樁為中心米字分布，即可滿足我們的設(shè)計(jì)精度。對于梯田，陡坎等特殊地形，在地形突變處增加控制點(diǎn)，可修正地形模擬精度。塔基基面測量控制點(diǎn)分布如圖1：主要有網(wǎng)格法和三角網(wǎng)法。三角網(wǎng)方法相比與網(wǎng)格法，能夠用較少的空間和時(shí)間更精確的擬合復(fù)雜地表面，因而得到了廣泛的應(yīng)用。Delaunay三角網(wǎng)是在地形擬合方面表現(xiàn)最出色的三角網(wǎng)，常被用于TIN的生成。三角形有三個(gè)最鄰近的點(diǎn)連接而成，這三個(gè)相鄰點(diǎn)對應(yīng)的Voronoi多邊形有一個(gè)公共的頂點(diǎn)，此頂點(diǎn)同時(shí)也是三角形外接圓的圓心。因此在塔基的數(shù)字化模擬方面，采用Delaunay三角網(wǎng)更具優(yōu)勢。具體算法原理為：

1任取一個(gè)控制點(diǎn)作為起點(diǎn)P1，找出離P1最近的一個(gè)控制點(diǎn)作為P2，將兩點(diǎn)連線并作為三角形的一條邊。

2通過最優(yōu)邊尋找第三個(gè)點(diǎn)，通過直線與點(diǎn)的幾何關(guān)系找可能的擴(kuò)展點(diǎn)。尋找和前兩點(diǎn)法相距離最小的點(diǎn)作為候選點(diǎn)，以三點(diǎn)作圓，判斷是否有點(diǎn)落入圓內(nèi)。如果有，則該三角形不符合狄洛尼三角形條件，繼續(xù)進(jìn)行同樣的操作，直到找不到其他點(diǎn)落入圓內(nèi)為止，則該三角形就是Delaunay三角形。

3通過已建立三角形的其中一邊作為基邊，按照步驟2的方法構(gòu)造三角形。利用新加入邊不斷迭代出新的擴(kuò)展三角形，直到所有控制點(diǎn)都參與構(gòu)造狄洛尼三角網(wǎng)為止。

4由于邊緣點(diǎn)無法滿足最優(yōu)三角形規(guī)則，通常被直接連接，兒形成邊緣異形三角形，因此在塔基三角網(wǎng)構(gòu)造時(shí)需要進(jìn)一步判斷是否刪除或者換邊。

4等高線的建立 等高線指的是地形圖上高程相等的各點(diǎn)所連成的閉合曲線，又稱“等值點(diǎn)曲線”。3 Delaunay三角網(wǎng)的建立 離散點(diǎn)的三維坐標(biāo)生成等高線的方法控制點(diǎn)測量精度、三角網(wǎng)計(jì)算、及內(nèi)插點(diǎn)算法都影響著等高線精度。在塔基地形模擬中采用基于三角形搜索的等高線繪制算法，簡要算法如下。

1對所有狄洛尼三角形進(jìn)行編號，并用內(nèi)插法求出任意一條邊的等距高程值并存儲(chǔ)下來，從第一個(gè)三角形邊上的第一點(diǎn)開始提取高程h，與所有點(diǎn)高程hi(i=l，2，3，n)，進(jìn)行比較，找到高程相等點(diǎn)(此處可設(shè)置誤差范圍)。2設(shè)立三角形標(biāo)志數(shù)組，凡處理過的三角形將標(biāo)志置為1，以后不再處理，直至等高線高程改變。3按順序判斷每一個(gè)三角形的三邊中的兩條邊是否有等高線穿過，由此判斷該邊是否有等高線點(diǎn)。4搜索等高線在相鄰三角形的進(jìn)入邊。并內(nèi)插其平面坐標(biāo)。5開始逐個(gè)進(jìn)入相鄰三角形，重復(fù)第(4)步，直至等高線穿越邊已沒有相鄰三角形或相鄰三角形即為搜索起點(diǎn)所在的三角形(此時(shí)等高線為閉合曲線)時(shí)為止。6對于非閉合曲線，將已搜索的等高線點(diǎn)順序倒過來，回到搜索起點(diǎn)向另一方向搜索，直至到達(dá)邊界。

形成三維模型及后期優(yōu)化

經(jīng)過計(jì)算機(jī)形成的三角網(wǎng)和等高線需要進(jìn)行修正，由于狄洛尼三角網(wǎng)是理想狀態(tài)構(gòu)建的，并不是最符合地形實(shí)際情況的三角網(wǎng)，因此對于特殊地形要由設(shè)計(jì)人員修正。例如梯田時(shí)，應(yīng)盡量保持三角網(wǎng)的邊平行于邊坡走向，在對地形點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)三角網(wǎng)插值的過程中可減小陡砍、地形突變位置的誤差。另外對于邊緣錯(cuò)誤三角形需要采取對換三角形相鄰邊或刪除的辦法進(jìn)行修正。

通過已有的三角網(wǎng)數(shù)據(jù)、等高線數(shù)據(jù)，就可采用移動(dòng)內(nèi)插法可建立地形方格網(wǎng)，用于數(shù)字地形模型的展示.并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的實(shí)景漫游或地形剖切。

5結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)運(yùn)算能力不斷增強(qiáng)，數(shù)字地形模擬的算法與優(yōu)化，值得進(jìn)一步深化研究，在三角網(wǎng)、等高線的算法上會(huì)更加注重精度的提高及錯(cuò)誤修正，讓地形模擬為設(shè)計(jì)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]朱慶.數(shù)字高程模型，武漢大學(xué)出版社.

[2]徐青.地形三維可視化技術(shù)，測繪出版社.

[3]工程測量規(guī)范(GB50026-93)(1993-03-26發(fā)布。1993-08-01實(shí)施).