輸電線路塔基斷面自動成圖方法研究

秦增忍

【摘 要】在輸電線路終勘定位中，塔基斷面圖的制作存在數(shù)據(jù)量大、處理環(huán)節(jié)多等弊端，以致勞動強度高、成圖耗時長，成為內(nèi)業(yè)整理的一項難題。本課題提出一套塔基斷面自動成圖思路，使用VB/VC編程形成功能模塊，通過人機交互方式，實現(xiàn)塔基數(shù)據(jù)的自動編輯、提取及格式轉(zhuǎn)換，最終批量生成成品資料，提高塔基斷面的成圖效率。

【關(guān)鍵詞】輸電線路 塔基斷面 自動成圖

塔基測量是輸電線路測量中的一項重要工作，主要包括塔基斷面測量及塔位地形測量兩項任務(wù)。塔基斷面圖是塔腿和基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)。在野外采集到塔基數(shù)據(jù)之后，塔基斷面的成圖是一套較為繁瑣的程序。按照以往的步驟，首先將野外數(shù)據(jù)導(dǎo)入后處理程序，然后通過坐標反算，將每個塔腿測量特征點至中心樁的距離、高差抄錄出來；隨后將數(shù)據(jù)手工輸入“塔基斷面”程序內(nèi)，生成塔基斷面圖；最后，校核人員需要將“塔基斷面”中的數(shù)據(jù)文件與后處理程序中的數(shù)據(jù)逐點比對，檢查錯誤、遺漏。在塔基測量中，視地形的復(fù)雜程度及測量范圍要求不同，每基塔基特征點數(shù)量在30至50點不等，歷經(jīng)抄錄、輸入等過程，數(shù)據(jù)量龐大；在人工干預(yù)環(huán)節(jié)中，難免出現(xiàn)一些遺漏、錯誤等，需要反復(fù)校核確保無誤。諸多方面，造成塔基斷面成圖耗費時間長、效率低。鑒于此類現(xiàn)象，針對現(xiàn)有的工作模式，我們決定將以“輸電線路塔基斷面自動成圖方法”作為研究課題。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

為了更好地解決問題，對影響塔基斷面成圖效率的原因調(diào)查分析，主要歸類為“塔基數(shù)據(jù)整理耗費時間長”和“一次成圖差錯率高”兩類現(xiàn)象。如圖1所示。

圖1 原因分析關(guān)聯(lián)圖

2 技術(shù)路線

經(jīng)過對現(xiàn)狀全面細致地分析，制定出一套解決塔基成圖效率低的技術(shù)路線，如下：（1）規(guī)范輸電線路工程野外數(shù)據(jù)；（2）支持GPS、全站儀等常用測量儀器數(shù)據(jù)導(dǎo)入；（3）自動提取塔位名稱及坐標；（4）自動計算塔基起始方位角；（5）確定塔基各方向線；（6）可自主選取所需提取數(shù)據(jù)的塔位號；（7）設(shè)置提取范圍、方向數(shù)、塔基型式、容許偏差等；（8）人工交互選定塔基地形點數(shù)據(jù)；（9）轉(zhuǎn)換為塔基斷面成圖所需格式（距離、高差）；（10）批量生成塔基斷面；（11）地形圖輔助校核； （12）點位遺漏校核；（13）提交最終成果。

3 功能實現(xiàn)

3.1計算塔基方向線

3.1.1野外測量數(shù)據(jù)編碼格式規(guī)定

程序讀取測量數(shù)據(jù)后，依據(jù)點位編號（首字母為J或Z）識別塔位。故現(xiàn)場測量之時，需對點位編碼方式進行統(tǒng)一規(guī)定：（1）直線塔位編碼以“Z”為首字母（如Z15）；轉(zhuǎn)角塔位編碼以“J”為首字母（如J22）；（2）所測量的塔基地形數(shù)據(jù)，以該處“塔位序號+T（塔基數(shù)據(jù)代碼）+塔基數(shù)據(jù)序號”為形式進行編碼（注：此處為塔位序號，無首字母）。如點號“18-T5”表示序號為18塔位的第5個塔基數(shù)據(jù)，依此類推；（3）塔位之間所測量的斷面點，以“后進方向塔位序號+D（斷面數(shù)據(jù)代碼）+數(shù)據(jù)序號” 為形式進行編碼（注：此處為塔位序號，無首字母）。如點號“25-D1”表示序號為25與26塔位之間所測量的第1個斷面數(shù)據(jù)，依此類推；（4）若工程改線，則應(yīng)依據(jù)原始記錄在后處理程序中，將以“Z”、“J”為首字母的非塔位點號刪除或修改為斷面點號或塔基點號；（5）此編碼格式的要求，旨在輔助程序直接識別塔位號。

3.1.2塔基斷面起始方向線的確定

（1）選定塔位后，程序自動識別該塔位相鄰的前進與后退方向的兩基塔位數(shù)據(jù)；（2）使用相鄰塔位坐標計算方位角；（3）以方位角夾角計算該塔位塔基起始方向。

3.1.3確定塔基其他各方向線

塔基起始方向確定后，依據(jù)塔形（方型塔、矩形塔）的參數(shù)設(shè)置，計算出塔基其他方向線。

3.2塔基數(shù)據(jù)的編輯、提取

結(jié)合現(xiàn)狀，并考慮技術(shù)、人力等方面的情況，以及實現(xiàn)塔基成圖一體化總體構(gòu)想，采用VB 6.0進行模塊代碼的編制。

3.2.1讀入數(shù)據(jù)文件

將后處理程序中測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入該模塊。選項中支持Leica GPS、Trimble GPS、Topcon GPS等常見格式文件。

3.2.2數(shù)據(jù)編輯功能

（1）自動排序：可按照線路前進方向、北方向、東方向等要求排序，便于檢查數(shù)據(jù)的完整性；（2）刪除、增加及移動點位：剔除多余、增加遺漏，便于數(shù)據(jù)的查看與管理。

3.2.3數(shù)據(jù)提取模塊（圖2）

圖2 塔基斷面數(shù)據(jù)提取

（1）確定數(shù)據(jù)的提取原則。1）程序自動計算各塔位中心點至各測量點位的方位角、距離及高差；2）與塔基各方向線比對，計算各測量點位與塔基方向的偏距；3）視地形情況，設(shè)置偏距或偏角大小，將測量點位與塔位中心的距離自動歸算至各方向線上；

（2）樁號選擇。在下拉菜單中可任意選擇需要數(shù)據(jù)提取的樁位。

（3）塔基形式。1）方型（①多數(shù)情況為方型塔）；2）矩形（②可根據(jù)塔形參數(shù)輸入長寬比例）。

①

②

（4）塔基范圍。根據(jù)線路定位手冊中各種塔形、高度對測量范圍的要求，設(shè)置提取塔基數(shù)據(jù)的最大范圍。

（5）歸中偏移量。根據(jù)地形情況以及，設(shè)置點位偏離方向線的最大距離或偏角。1）偏距設(shè)置（①）。一般坡度較大的山區(qū)地形應(yīng)設(shè)置為0.5m以下；坡度較緩的丘陵及平地，可視情況設(shè)置0.5m～2m之間。2）偏角設(shè)置（②）。由于隨點位距中心樁的距離增大，相同偏角的偏距也隨之增大。故一般坡度較大的山區(qū)地形應(yīng)設(shè)置為3°以內(nèi)；坡度較緩的丘陵及平地，可視情況設(shè)置在3°～5°之間。

①

②

（6）方向數(shù)選擇。1）8方向：330kV及以下電壓等級輸電線路，除需要測量塔位中心線至4塔腿的斷面地形，還需加測塔基前后左右4方向的斷面地形；2）4方向：500kV及以上電壓等級，需要測量塔位地形圖，僅需繪制塔位中心線至4塔腿方向的斷面地形。

（7）提取點位列表展示。參數(shù)設(shè)置后，即可提取塔基數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)提取后，在界面左上顯示各塔基斷面方向線上采用的點位（塔基方向代碼顯示在該行數(shù)據(jù)后）。

（8）點位視圖。圖2中右側(cè)視圖內(nèi)展示塔基測量點位及方向線，并標注線路前進方向箭頭，所采用的點位在點位視圖內(nèi)以紅色符號標識，以區(qū)分于未采用點位，便于人機交互識別遺漏、錯選的點位。

3.3塔基斷面數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、成品生成

3.3.1測量坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為塔基數(shù)據(jù)

塔基數(shù)據(jù)提取后，使用相應(yīng)的VB6.0代碼實現(xiàn)如下公式算法，直接計算各點位于中心樁位的距離、高差。同時，在其允許的方向線偏差范圍內(nèi)，歸算至相應(yīng)的塔基方向上。

3.3.2塔基文件格式（圖3）

圖3 塔基數(shù)據(jù)文件

（1）樁號自動提取；（2）樁位坐標提取（用于在地形圖上定位顯示）；（3）塔腿數(shù)組：此處數(shù)字3表示該方向上有3組數(shù)據(jù)；（4）方向類別：此處“數(shù)字”表示塔位中心至塔腿的4個方向；（5）塔基數(shù)據(jù)：兩數(shù)字為一組，前位數(shù)字為歸算后的點位至中心樁位距離，后者為點位與樁位高差；（6）方向類別：此處“字母”表示塔位中心至前后左右的4個方向。

3.3.3塔基數(shù)據(jù)一鍵合并

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，每基塔位形成一個數(shù)據(jù)文件，本工程所有文件放置在設(shè)定好的文件夾內(nèi)。塔基數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換完成后，使用數(shù)據(jù)合并功能，無需選擇文件，即可一鍵實現(xiàn)本工程所有塔基數(shù)據(jù)文件的合并。

3.3.4塔基斷面圖生成

選擇相應(yīng)的圖式、成圖比例尺及成圖形式，即可生成CAD格式的塔基斷面圖。

3.4“塔基斷面一體化成圖系統(tǒng)”流程（圖4）

圖4 塔基斷面一體化成圖流程

4 效果檢驗

使用塔基斷面一體化成圖軟件后，效率提升、差錯率降低，主要表現(xiàn)在以下方面；

（1）人機交互方式提取塔基數(shù)據(jù)提取替代了以前的手工數(shù)據(jù)抄錄、數(shù)據(jù)輸入兩大環(huán)節(jié)，提高了工作效率，極大地手工參與數(shù)據(jù)處理的工作量；（2）數(shù)據(jù)提取后自動轉(zhuǎn)換為塔基文件格式，并一鍵合并該工程塔基文件；（3）塔基斷面直接成圖在該塔位地形圖一側(cè)，圖形對比一目了然，減少了數(shù)據(jù)校核時間；（4）使用坐標反算塔位中心至各地形點距離及高差，并歸算至塔基斷面各方向，避免了塔基數(shù)據(jù)手工抄錄、輸入過程中的錯誤；（5）人機交互提取塔基數(shù)據(jù)，并輔助以列表及視圖顯示，降低了塔基數(shù)據(jù)遺漏問題。（6）程序使用相鄰塔位數(shù)據(jù)計算塔基起始方向，定向準確，避免了塔基數(shù)據(jù)定向錯誤提取塔基數(shù)據(jù)；

5 經(jīng)濟效益

使用塔基斷面一體化成圖系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的全程自動化，突破性的提高成圖效率，降低成品差錯率，并減少了勘測內(nèi)業(yè)人員的手工工作量。能夠更快速、準確地提交塔基成品資料，協(xié)助結(jié)構(gòu)、電氣等專業(yè)完成基礎(chǔ)及塔形設(shè)計，縮短了勘測設(shè)計工期，為工程后期施工建設(shè)提供了有利條件。

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