輸電線路等線狀工程放樁數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

王艷濤,王 倩,陶宇航

(1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)天津電力設(shè)計(jì)院有限公司,天津 300000；2.國(guó)網(wǎng)天津城西供電分公司,天津 300110)

1 概述

隨著技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展和進(jìn)步,GNSS放樁逐步取代了早前的全站儀和經(jīng)緯儀,成為目前主流的輸電線路等線狀工程放樁手段[13]。對(duì)于輸電線路等線狀工程放樁,樁位之間存在一定的約束關(guān)系,樁位間的角度及距離關(guān)系必須與設(shè)計(jì)相一致,才能確保施工質(zhì)量進(jìn)而避免工程事故[1,4]。

放樁工作結(jié)束后,一般都需要整理出放樁成果,放樁成果主要由2部分組成。

a.放樁記錄表:提供樁位坐標(biāo)、轉(zhuǎn)角、檔距、方向樁等內(nèi)容,以便檢查樁位關(guān)系是否與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相一致,同時(shí)提供給施工接樁人員,方便其對(duì)樁位進(jìn)行維護(hù)或恢復(fù),減少補(bǔ)樁。

b.放樁路徑圖:以CAD圖形方式直觀地展示放樁數(shù)據(jù),可以方便地進(jìn)行角度及距離量測(cè),可提供給設(shè)計(jì)人員,以便與設(shè)計(jì)圖進(jìn)行比對(duì),校核放樁成果。

因此,放樁數(shù)據(jù)的處理主要針對(duì)放樁成果的2種形式,從2方面進(jìn)行。根據(jù)近些年的輸電線路工程經(jīng)驗(yàn),目前還沒(méi)有通用的輸電線路等線狀工程放樁數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理軟件,只在區(qū)域級(jí)的規(guī)模較大的設(shè)計(jì)單位,有相關(guān)定制開(kāi)發(fā)和自主研究[1,5-8]。其余多數(shù)情況下,輸電線路等線狀工程放樁數(shù)據(jù)的處理都需要借助CAD圖形量取或Excel表格計(jì)算等諸多人工操作,才能整理出最終的放樁成果,效率低、易出錯(cuò)、格式不統(tǒng)一[9-10]。

采用編程手段,對(duì)放樁數(shù)據(jù)進(jìn)行程序化處理,代替繁瑣的人工操作,完成內(nèi)部計(jì)算并直接輸出統(tǒng)一格式的放樁成果,將大大提高放樁數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。本文即在此基礎(chǔ)上,研究探索了一種輸電線路等線狀工程放樁數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理方法,改進(jìn)了傳統(tǒng)的人工操作模式,大幅提高了生產(chǎn)效率。

2 基本原理

輸電線路等線狀工程放樁的基本流程包括制作放樁文件、實(shí)地放樁以及放樁數(shù)據(jù)導(dǎo)出。放樁文件一般是利用GNSS手簿,輸入設(shè)計(jì)人員提供的轉(zhuǎn)角點(diǎn)坐標(biāo),采用不少于3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行工地校正(僅平面),實(shí)地放樁時(shí)以“放樣點(diǎn)”形式確定轉(zhuǎn)角樁,根據(jù)設(shè)計(jì)檔距以“放樣線”形式確定直線樁,有時(shí)為了施工方便還會(huì)放樣部分方向樁,樁位一般都會(huì)進(jìn)行實(shí)測(cè),以獲取平面坐標(biāo)及高程,因此導(dǎo)出的放樁數(shù)據(jù)既包含轉(zhuǎn)角點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo),又包含所有樁位的實(shí)測(cè)坐標(biāo)。

整條線路的樁位可以分為轉(zhuǎn)角樁、直線樁、方向樁3種。根據(jù)轉(zhuǎn)角樁可將線路分解成若干個(gè)區(qū)段,利用相鄰的2個(gè)區(qū)段可以計(jì)算得到中間轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)角,每個(gè)區(qū)段內(nèi)又包含若干個(gè)直線樁和方向樁,根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式和點(diǎn)到線的距離公式,可分別計(jì)算得到直線樁和方向樁的檔距和偏距,根據(jù)直線樁和方向樁的區(qū)段內(nèi)累距,可進(jìn)一步計(jì)算得到方向樁距離。樁位分布示意見(jiàn)圖1。

圖1 樁位分布示意

根據(jù)放樁后導(dǎo)出數(shù)據(jù)的內(nèi)容特點(diǎn),可首先匹配檢索出所有轉(zhuǎn)角樁,其次根據(jù)轉(zhuǎn)角樁順序依次構(gòu)建出各區(qū)段,然后逐個(gè)區(qū)段確定出其中的直線樁和方向樁,先計(jì)算出直線樁和方向樁的累距,按照區(qū)段內(nèi)累距對(duì)直線樁和方向樁進(jìn)行排序,最后計(jì)算出直線樁檔距和方向樁距離。所用到的數(shù)學(xué)公式主要有:

式中:P1(x1,y1)、P2(x2,y2)為平面兩點(diǎn),用來(lái)計(jì)算樁位坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)之間的差值,確定轉(zhuǎn)角樁,計(jì)算直線樁累距和檔距等；θ為三角形內(nèi)角；a、b、c分別為三角形三邊長(zhǎng),用來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)角；d為平面點(diǎn)(x0,y0)到直線Ax＋By＋C=0的垂直距離,用來(lái)計(jì)算直線樁偏距,檢索直線樁和方向樁等。

3 數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)

本軟件采用Visual Basic編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā),同時(shí)結(jié)合Excel混合編程以及AutoCAD腳本語(yǔ)言技術(shù),實(shí)現(xiàn)放樁成果的自動(dòng)生成及格式化輸出。

輸入設(shè)計(jì),根據(jù)放樁數(shù)據(jù)導(dǎo)出的常用文件類(lèi)型,盡量避免原始數(shù)據(jù)二次編輯,本程序數(shù)據(jù)輸入支持DAT文件和文本文件2種類(lèi)型。DAT文件格式為“點(diǎn)名,編碼,東坐標(biāo),北坐標(biāo),高程”；文本文件按照數(shù)據(jù)項(xiàng)的內(nèi)容及排列分成“點(diǎn)名,北坐標(biāo),東坐標(biāo)”、“點(diǎn)名,東坐標(biāo),北坐標(biāo)”、“點(diǎn)名,北坐標(biāo),東坐標(biāo),高程”、“點(diǎn)名,東坐標(biāo),北坐標(biāo),高程”4種格式。

功能設(shè)計(jì),軟件功能采用模塊化設(shè)計(jì)思想,主要包含轉(zhuǎn)角樁模塊、直線樁和方向樁模塊、路徑構(gòu)建模塊。轉(zhuǎn)角樁模塊,實(shí)現(xiàn)從放樁數(shù)據(jù)中檢索轉(zhuǎn)角樁、計(jì)算轉(zhuǎn)角；直線樁和方向樁模塊,實(shí)現(xiàn)從放樁數(shù)據(jù)中檢索直線樁和方向樁,計(jì)算偏距和累距；路徑構(gòu)建模塊,將轉(zhuǎn)角樁、直線樁和方向樁依序進(jìn)行組裝,構(gòu)建出線路完整路徑,以便后續(xù)放樁成果輸出。

輸出設(shè)計(jì),包括交互界面顯示和放樁成果輸出。本軟件以數(shù)據(jù)報(bào)表控件為主體,配合若干功能按鈕組成操作界面,通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕,數(shù)據(jù)報(bào)表即時(shí)展示相關(guān)信息,便于用戶瀏覽和操作。轉(zhuǎn)角樁按鈕,計(jì)算并展示轉(zhuǎn)角樁坐標(biāo)偏差及偏差分量；直線樁按鈕,計(jì)算并展示直線樁和方向樁的屬性、區(qū)段、偏距、檔距、累距；投影至線中按鈕,對(duì)于偏距超過(guò)給定閾值(2 cm)的直線樁,按投影點(diǎn)到線的方式,歸算到線中。設(shè)計(jì)此部分功能主要考慮有時(shí)設(shè)計(jì)人員提供的直線塔位不在線中,而實(shí)地放樁時(shí)偏離的直線塔位又沒(méi)有進(jìn)行實(shí)地放樣,因此為保證放樁成果嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確,需將偏離線中過(guò)大的直線點(diǎn)位進(jìn)行投影歸算；全路徑按鈕,利用轉(zhuǎn)角樁、直線樁和方向樁構(gòu)建線路全路徑,并在操作界面展示相關(guān)信息；路徑圖按鈕,利用AutoCAD腳本語(yǔ)言技術(shù),將與放樁路徑圖成圖相關(guān)的一系列AutoCAD操作(創(chuàng)建圖層、設(shè)置圖層、批量展點(diǎn)、標(biāo)注轉(zhuǎn)角、自動(dòng)連線等)寫(xiě)成scr文件,在AutoCAD中運(yùn)行該腳本文件,可自動(dòng)生成放樁路徑圖。放樁記錄按鈕,利用Excel混合編程技術(shù),完成放樁記錄表生成相關(guān)操作(創(chuàng)建表格、合并單元格、設(shè)置字體、繪制邊框等),將線路全路徑數(shù)據(jù)自動(dòng)輸出,實(shí)現(xiàn)放樁記錄表的一鍵化生成。程序結(jié)構(gòu)流程如圖2所示。

圖2 程序結(jié)構(gòu)流程

4 工程實(shí)例

本程序以天津某220 k V輸電線路工程放樁數(shù)據(jù)為示例,該工程位于天津市某郊區(qū),線路總體呈東北西南走向,全長(zhǎng)約12.7 km,設(shè)計(jì)塔位共37基。轉(zhuǎn)角樁運(yùn)行界面如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)角樁運(yùn)行界面

轉(zhuǎn)角樁運(yùn)行界面,展示由放樁數(shù)據(jù)匹配計(jì)算得到的轉(zhuǎn)角樁,包括設(shè)計(jì)點(diǎn)位、放樁點(diǎn)位、坐標(biāo)偏差及偏差分量,對(duì)坐標(biāo)偏差較大(本程序設(shè)置為5 cm)的樁位,程序會(huì)以紅色進(jìn)行標(biāo)示,以引起用戶注意并查找原因。直線樁和方向樁運(yùn)行界面如圖4所示。

圖4 直線樁和方向樁運(yùn)行界面

直線樁和方向樁運(yùn)行界面,對(duì)方向樁點(diǎn)名使用黃色標(biāo)示,屬性下拉式組合框提供“直線”、“大方”、“小方”3個(gè)選擇項(xiàng),用以幫助用戶對(duì)程序未能準(zhǔn)確識(shí)別的直線樁和方向樁進(jìn)行人工標(biāo)定。對(duì)偏距過(guò)大的(本程序設(shè)置為2 cm)直線樁和方向樁,使用紅色標(biāo)示,需用“投影至線中”按鈕,將這些樁位投影歸算至線中,當(dāng)偏距數(shù)據(jù)列不存在紅色標(biāo)示,表明全部樁位歸算完畢。全路徑運(yùn)行界面如圖5所示。

圖5 全路徑運(yùn)行界面

全路徑運(yùn)行界面,利用所有樁位(轉(zhuǎn)角樁、直線樁、方向樁)構(gòu)建現(xiàn)狀工程全線路徑,展示點(diǎn)名、屬性、轉(zhuǎn)角(度分秒格式)、檔距、累距等信息,查看最后1個(gè)轉(zhuǎn)角樁的累距,即可得知全線長(zhǎng)度。

路徑圖和放樁記錄按鈕為成果輸出部分,點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕,由程序自動(dòng)輸出統(tǒng)一格式的放樁成果,路徑圖按鈕輸出scr腳本文件,打開(kāi)AutoCAD軟件并運(yùn)行該腳本,可一鍵生成放樁路徑圖。放樁記錄按鈕輸出放樁記錄表,放樁記錄表包含樁號(hào)、北坐標(biāo)、東坐標(biāo)、轉(zhuǎn)角、檔距、方向樁距離、備注等內(nèi)容,本程序?qū)?yīng)的放樁記錄表格式如圖6所示。

圖6 放樁記錄表

上述示例工程的放樁數(shù)據(jù),借助AutoCAD軟件及Excel表格,采用傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行處理,耗時(shí)約1 h。而使用本軟件進(jìn)行自動(dòng)化處理,僅需數(shù)分鐘,數(shù)據(jù)處理效率得以大幅提升,同時(shí)保障了成果的準(zhǔn)確性和一致性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文立足于輸電線路等線狀工程放樁工作實(shí)際,對(duì)放樁數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行深入研究,提出了一種輸電線路等線狀工程放樁數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理方法,編程開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的放樁數(shù)據(jù)處理軟件,改進(jìn)了傳統(tǒng)的人工操作模式,大幅提高工作效率。本程序輸入文件格式靈活,原始數(shù)據(jù)基本無(wú)需編輯即可直接進(jìn)行處理,設(shè)計(jì)的各功能模塊相互獨(dú)立又有序銜接,可實(shí)現(xiàn)從原始數(shù)據(jù)到成果的全自動(dòng)處理流程,簡(jiǎn)單而高效。經(jīng)過(guò)多個(gè)輸電線路工程的放樁數(shù)據(jù)處理,程序各部分功能運(yùn)轉(zhuǎn)良好,極大節(jié)省了人工勞動(dòng),顯著提高了輸電線路等線狀工程放樁數(shù)據(jù)的處理效率,對(duì)于可能存在的問(wèn)題和不足,將在今后實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中逐步改進(jìn)和完善。