基于GPS數(shù)據(jù)的平斷面圖自動制作

（江西省電力設(shè)計院 江西南昌 330096）

0 引言

平斷面圖作為輸電線路設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到設(shè)計成果的質(zhì)量，并影響工程的造價。平斷面圖顧名思義，包含了斷面信息和相應(yīng)的平面信息，以斷面圖表現(xiàn)的斷面信息具有數(shù)據(jù)點間斷的特性。隨著GPS技術(shù)的在測繪行業(yè)的普遍推廣，電力設(shè)計勘測部門也積極將該技術(shù)應(yīng)用到原始數(shù)據(jù)的獲取中，但對于數(shù)據(jù)的后處理更多的局限于人工記錄，再手動輸入編輯的低效率作業(yè)模式。本文致力于利用GPS 數(shù)據(jù)自動生成滿足設(shè)計需要的平斷面圖，以期提高工作效率。

1 數(shù)據(jù)處理

GPS 接收機采集的數(shù)據(jù)通過隨機軟件處理后可以導(dǎo)出點名和三維坐標數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)之間沒有明顯的相對關(guān)系，因此在繪制平斷面圖前首先需要對數(shù)據(jù)進行分類，再建立相對關(guān)系，然后計算平斷面圖繪制的參數(shù)數(shù)據(jù)，最后輸出一定格式的平斷面圖。

1.1 數(shù)據(jù)分類

表1 點數(shù)據(jù)屬性分類標識符

對所有的跨越數(shù)據(jù)而言，不僅需要知道其所在的相對位置和高程，還需要知道其它的附加信息，如道路與線路的交叉角度，架空線路的高度等。文中將這些信息同時包含在點名字符串中，因此制定一個相應(yīng)的編號規(guī)則，如道路的編號為：L&&&***$$，第1位為路的識別字符"L"；第2、3、4位為道路寬度的識別碼，第2位為路前寬或后寬識別碼，用1和0表示，第3、4位為寬度值識別碼，前寬以1&&表示，后寬0&&，路寬度值為兩位正整數(shù)，如前寬3米表示為103，后寬15米表示為015；第5、6、7位為跨越角度，第5 為跨越路角度正負識別碼，以大號方向左側(cè)為準，用1和0表示，正10度表示為110，負30表示為030，角度值為兩位的正整數(shù)；第8，9位為跨越路的序號，如線路中的第一處跨越路為01。

1.2 建立相對關(guān)系

利用名字字符串對原始數(shù)據(jù)進行分類，在讀取數(shù)據(jù)文件時可以將不同的數(shù)據(jù)類型存儲到不同的容器中。根據(jù)斷面圖一般以轉(zhuǎn)角塔為基準繪制，因此首先依序組織轉(zhuǎn)角塔數(shù)據(jù)，然后建立其它點數(shù)據(jù)與各耐張段之間的相對關(guān)系，從而確定點數(shù)據(jù)所在的耐張段和參數(shù)計算的起算點。具體的處理流程如下：

1)計算耐張段方位角αi,i+1和耐張長度；

2)建立耐張段搜索矩形域Ri,i+1；

3)點數(shù)據(jù)歸屬搜索。

耐張段方位角αi,i+1為以小號方向轉(zhuǎn)角點，i 為起點，大號方向轉(zhuǎn)角點i+1 為終點，循環(huán)計算，方位角計算公式1[1]，再根據(jù)△x 和△y的值判斷所在象限，從而得到最終的方位角。

“我們也不知道入口在哪兒。宇軒谷主說，這盤棋會告訴你們?？墒俏遗c烏有老兒下了半宿棋，發(fā)現(xiàn)王積薪那小子的媼婦譜，就是四個字：此路不通?！弊犹摻又鴩@氣。

建立耐張段搜索矩形域是以耐張段起始轉(zhuǎn)角點為矩形寬兩中點，根據(jù)不同輸電線路等級設(shè)定一個寬度值S，以寬度值S 和耐張段方位角α 根據(jù)公式2計算矩形的四個角點坐標，從而形成一個包圍耐張段的矩形域，示意如圖1。由此可知，除線路起訖轉(zhuǎn)角點外，每個轉(zhuǎn)角點在兩個耐張段上，也就是說，每個轉(zhuǎn)角點在兩個矩形上，這正符合輸電線路平斷面圖繪制的原則。

矩形域角點計算公式：

式中：

（x,y）為計算得到的矩形角點坐標；

（Ji,x,Ji.y）為計算的基準點，也就是第i個耐張段的起訖轉(zhuǎn)角點坐標；

S 為矩形域?qū)挾鹊囊话耄?/p>

α 為第i個耐張段的方位角。

圖1 耐張段矩形域

點數(shù)據(jù)歸屬搜索是在建立完所有耐張段的搜索矩形域后，以點是否落在某個矩形域中為判斷條件，建立點數(shù)據(jù)與耐張段之間的關(guān)系。根據(jù)圖形學的原理，判斷點是否在多邊形內(nèi)，可以求解通過該點的水平線與多邊形各邊的交點，單邊交點為奇數(shù)，則該點在多邊形內(nèi)，否則在多邊形外[2]。

對直線塔或樁建立歸屬關(guān)系不僅要滿足在某個搜索矩形域內(nèi)，同時還要滿足以下兩個條件：

1)以耐張段起始轉(zhuǎn)角為起點，直線塔或樁點為終點，計算得到的方位角與耐張段方位角之差小于1分[3]；

2)直線塔或樁點到耐張段的垂直距離小于0.1米。

對于沒有搜索到耐張段歸屬的數(shù)據(jù)點從數(shù)據(jù)點容器中剔除，從而排除無效或無意義數(shù)據(jù)點，使其不在平斷面圖中顯示。

1.3 參數(shù)計算

建立了所有數(shù)據(jù)點的相對關(guān)系后再計算所有點的繪圖參數(shù)，首先計算轉(zhuǎn)角塔的里程和轉(zhuǎn)角度數(shù)值，然后以轉(zhuǎn)角塔坐標和參數(shù)為基準計算其它點數(shù)據(jù)的里程和偏距，具體計算公式如公式2。

1.4 數(shù)據(jù)輸出

北京道亨軟件有限公司的平斷面圖繪制軟件SLCAD 架空送電線路平斷面圖處理及定位CAD系統(tǒng)作為電力設(shè)計勘測部門平斷面繪制的主要軟件之一，其數(shù)據(jù)格式為.org 文本的文件。根據(jù).org 文件對各類斷面點數(shù)據(jù)的繪制規(guī)則，依次輸出所有點數(shù)據(jù)的平斷面參數(shù)。

.org 文本斷面點數(shù)據(jù)繪制規(guī)則示意：

1)轉(zhuǎn)角塔

2)斷面點

3)道路

2 模塊功能

GPS 數(shù)據(jù)自動生成平斷面圖功能模塊GPS2ORG是以C++為編寫語言在Visual Studio 2008 版下進行編寫，該模塊具有讀寫數(shù)據(jù)、相對關(guān)系建立、參數(shù)計算和平斷面圖文件輸出四個方面的功能，其具體的功能流程如圖2。

圖2 GPS2ORG 模塊數(shù)據(jù)處理流程

3 數(shù)據(jù)實驗

以江西某220kV 輸電線路工程部分數(shù)據(jù)為示例（如表2），利用GPS2ORG 功能模塊自動生成滿足工程需要的平斷面圖（如圖3）。原始數(shù)據(jù)采用Leica GX1230 接收機實測得到，通過其隨機軟件LGO 導(dǎo)出格式為.txt的文本，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)格式為（點名，X軸坐標，Y軸坐標，高程）。根據(jù)220kV 輸電線路的工程需要，設(shè)置矩形域?qū)挾葹?5米（即S 取值為15米）。

表2 江西某220kV輸電線路工程部分實測斷面數(shù)據(jù)

從生成的平斷面圖分析可知：

1)自動生成的平斷面圖完全正確的反應(yīng)了測量數(shù)據(jù)表示的平斷面信息；

2)斷面點D59 和D60 作為無效點或者無意義點被剔除，這樣處理滿足工程的要求。

圖3 GPS2ORG 功能模塊自動生成的平斷面圖

4 結(jié)論

通過在工程實踐中的檢驗，GPS2ORG 功能模塊自動生成的平斷面圖通過少量的人工編輯后，可以滿足輸電設(shè)計工程的要求。5公里的平斷面圖手工繪制約需要3個小時，利用GPS2ORG 功能模塊生成平斷面圖后，人工干預(yù)完成平斷面圖的修飾約需1小時，減少平斷面圖繪制時間近2/3。使用GPS2ORG 功能模塊繪制平斷面圖不僅提高了制圖的自動化程度，提高了成圖效率，還有效的避免了人工輸入數(shù)據(jù)錯誤的概率。

[1]潘正風,等.數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢大學出版社.

[2]陳樹強,陳學工,王麗青.判定檢測點是否在多邊形內(nèi)的新方法[J].微電子學與計算機.2006,23(8):194-199.

[3]GB50548-2010,330kV～750kV 架空輸電線路勘測規(guī)范[S].國家技術(shù)監(jiān)督局.