基于可視化的塔基斷面自動化成圖系統的研究

喬金海，王以磊，賈士軍

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

1 概述

電網輸電線路工程項目日益增多，特別是高壓、特高壓送變電工程正在全面展開，對輸電線路的勘測設計工作提出了更高的標準。勘測工作包括外業和內業兩個方面，任務非常繁重，容易出現內業的質量問題，而特高壓線路的高標準使得這一問題更加嚴重，因此研究內業自動化生產方法對提高工作效率、改善成果質量、節約生產成本具有重要的意義。

線路測量外業主要是線路平斷面測量和塔基平斷面測量，內業主要是繪制線路平斷面圖和塔基平斷面圖。可以看出，塔基斷面圖是線路測量工作中的一項重要內容，是合理配置鐵塔高低腿、高低基礎以及確定土石方開挖等的重要依據。本文立足于線路測量的需要，探討塔基斷面圖自動化生產的流程和方法，研發可視化操作方式的自動化塔基斷面成圖系統。

2 塔基斷面圖現狀分析

塔基斷面圖是高壓架空送電線路測量工作的重要環節，在廣泛使用長短塔腿和不等高基礎的今天，為了降低造價、保護環境、減少塔位的土石方開挖量，便于正確確定施工基面、選擇合適的接腿和基礎形式。線路結構專業根據線路的電壓等級、地形條件以及不同的塔型要求測量人員測繪塔基斷面圖。

塔基分為直線塔和轉角塔，如圖1，兩者構成要素完全一致，包括：中心樁O；四個塔腿A、B、C、D；兩塔腿角平分線方向AB、BC、CD、AD；線路后退方向為0度。直線塔與轉角塔的不同之處在于塔腿的角度，直線塔腿角度A為45度、B為135度、C為225度、D為315度。轉角塔較為復雜，原前進方向與轉角后前進方向的夾角為轉角a，利用角平線確定塔腿，左轉則要減去轉角的一半，右轉與之相反，要加上轉角的一半，如圖1(b)表示左轉，A腿角度為45-a/2；B為135-a/2；C為225-a/2；D為315-a/2。塔基斷面測量時沿塔腿四個方向測地形的特征點，特高壓線路要求測八個方向，除塔腿A、B、C、D四個方向外，還包括AB、BC、CD、AD四個方向。特征點相對于中心樁的距離設為x，高程差設為y，塔基斷面圖核心要素即是由點T(x,y)構成的折線。

圖1 塔基測量構成要素

目前繪制塔基斷面主要分為兩種方式：純手工方式繪制、半自動方式繪制。純手工的繪制方式是將原始數據展繪在CAD中，人工判讀或者量取特征點與中心樁的距離x和高程差y，手工記錄后，然后在塔基斷面圖模板中依次連接各點繪制折線，完成各個方向塔基斷面折線的繪制。半自動的繪制方式是通過一系列的操作，按一定格式制作中間數據文件，數據文件的主要信息即是特征點與中心樁的距離x和高程差y，然后依據特定格式的中間數據文件編制程序繪制塔基斷面折線。這兩種方式生成的塔基斷面圖距離直接出圖還有很大差距，仍需要后續的工作。

純手工的繪制方式工作量非常大，過程單調、枯燥，不但生產效率低下，而且極易出錯；半自動的繪制方式雖然可以提高效率和質量，但是非常有限，特別是在制作特定格式的數據文件時需要大量的數據準備及預處理工作，制作過程步驟煩多，過于復雜，同時生成的斷面圖過于簡單，只是塔基斷面方向的幾條折線，成圖后需要大量的后續工作。可以看出，利用現在塔基斷面的成圖方式，對于測量工作者而言，要么面對大量的塔基測量數據，在判讀、記錄、輸入等過程中難免出現差錯，要么在制作特定格式的中間數據文件時進行大量的、復雜的工作，費時費力，容易留下質量隱患。

3 可視化塔基斷面成圖系統的開發

針對目前塔基斷面成圖作業模式所存在的不足，筆者提出通過可視化的操作方式自動繪制塔基斷面圖，開發出可視化塔基斷面成圖系統，生成的塔基斷面圖達到了勘測成品的標準，無需編輯便可直接用于工程項目出圖，大大提升了成圖的效率和質量。

3.1 開發工具

本系統基于AutoCAD提供的開發工具ObjectARX進行開發。ObjectARX是AutoDesk公司針對AutoCAD平臺上的二次開發而推出的編程環境，提供了以C++為基礎的面向對象的開發環境及應用程序接口，可直接操作AutoCAD內核數據庫結構、圖形系統，使開發者能夠使用、定制和擴展AutoCAD功能。ObjectARX開發的程序稱為ARX應用程序，與AutoCAD自身的功能沒有區別，可建立與AutoCAD自身內部命令運行方式相同的新命令。與以往的AutoCAD二次開發工具 AutoLISP 和ADS不同，ARX應用程序是一個分享AutoCAD地址空間并為AutoCAD直接調用的動態鏈接庫(DLL)，運行效率大大提高、功能大大增強。

3.2 數據

現階段塔基外業測量的作業模式基本是RTK配合全站儀。利用RTK放樣確定中心樁及塔腿位置，然后架設全站儀。利用全站儀測量塔基地形，同時RTK采用極坐標測塔基斷面，此種配合方式較優。隨著這些新技術、新設備的廣泛應用，使得測量工作者能夠更加高效的完成塔基外業測量工作。

目前，各電力設計部門的架空送電線路勘測的內業工作基本全部采用AutoCAD進行作業。CASS成圖軟件是基于AutoCAD的測量數據處理系統，在電力勘測中已得到了廣泛應用。外業測量數據包含的基本信息是測點編號、平面位置坐標及高程，CASS提供了RTK、全站儀等測量數據導入AutoCAD的接口，利用這些接口可方便快速地將塔基測量數據展繪在AutoCAD圖形環境中，以高程點的圖形化數據表現。系統處理的數據即是利用CASS軟件展繪的高程點數據，本文統稱為測點。

3.3 系統設計

3.3.1 流程設計

系統流程設計見圖2。

圖2 塔基斷面成圖系統流程

在AutoCAD中執行TJDM命令啟動塔基斷面系統，此命令為系統開發自定義的命令。首先進行基本參數設置，包括：塔基名稱、方向個數、A腿角度、閾值d。塔基名稱用于斷面圖的名稱及成圖文件名稱；方向個數的設置增強了系統的通用性，一般低電壓等級只需繪制4個塔腿方向，而特高壓需要8個方向；A腿角度用于計算各個塔基斷面方向的角度；閾值d用于判斷測點是否在塔基斷面方向線上的臨界值。對于基本參數的設置，系統給出常用參數作為默認設置。

測點集的選擇用來確定生成斷面圖的數據源，是指某一塔基的所有測點。中心樁點O及BC方向點F是用來確定塔基斷面各方向的空間信息，系統據此可從測點集中自動篩選出屬于塔基斷面不同方向的測點。測點集、中心樁點及各方向末點的選擇通過鼠標在AutoCAD中進行可視化選取。

在完成參數設置和測點選擇后，系統在模板文件中自動繪制塔基斷面圖，整個過程完全實現可視化操作。

3.3.2 工作原理

ObjectARX開發的應用程序與AutoCAD自身的功能并無差異，通過在AutoCAD中增加菜單或工具按鈕運行，或者通過命令運行。啟動塔基斷面系統后，依次按照提示完成操作即可。系統完全實現了在AutoCAD圖形環境下的可視化操作，包括：測點數據展繪；系統運行；參數設置；數據選取。

針對選擇的測點集，首先進行數據類型檢查，確定為高程點數據。為提高程序運行效率，對測點集一次遍歷完成兩項核心工作：篩選出塔基斷面各個方向的測點；計算篩選出的測點與中心樁的距離x和高程差y，設為點T(x,y)，將其按距中心樁的距離依次存放在數組變量中。通過點O、點F以及塔基斷面各方向的幾何關系，系統自動查找出塔基斷面各方向的末測點。設點O與某方向末測點構成的線段為L，對于任一測點P到線段L的距離設為Dpl，如果Dpl

依據點T構成的數組，利用ObjectARX提供的接口在模板文件中自動繪制出塔基斷面折線，并完成顯示參數的設置。根據A腿角度及其與其它塔基斷面方向的關系計算出各方向的角度，系統將角度與塔基名稱等相關信息自動填入到模板文件中，最終結果以塔基名為文件名保存在指定路徑下。

模板文件是使系統生成的塔基斷面圖達到直接出圖效果的關鍵，模板文件與系統存儲在同一路徑下，系統運行時可自動檢索到模板文件。模板文件可以理解為是同一工程塔基斷面圖中固定不變的內容，如：工程名稱、單位名稱、圖框以及坐標網格等。

圖3 塔基斷面方向末測點檢索及注記

4 系統的應用

溪洛渡—浙西±800kV特高壓直流輸電線路工程，途經四川、貴州、湖南、江西、浙江五省，線路全長約1688.4km，輸送容量約8×106kW。系統應用于該工程2標段(四川瓦房頭-四川二郎鎮段)，線路全長約139km。塔基外業測量采用RTK和全站儀的作業模式，通過CASS數據接口將測量數據導入AutoCAD，利用塔基斷面成圖系統的可視化操作便可自動生成塔基斷面圖，效果如圖4。繪制單個塔基斷面圖在1分鐘左右，提高工作效率20倍左右，同時顯著改善了質量問題。

圖4 塔基斷面成果圖

5 結論

RTK、全站儀這些新技術、新設備的廣泛應用，使得塔基外業測量工作得以高效的完成，然而內業的工作方式沒有得到相應改進，使得塔基斷面成圖的效率相對落后，且容易出現質量問題，本文通過對測量內外業工作的分析，提出了塔基斷面圖自動化生產的流程和方法，基于ObjectARX開發工具，開發了塔基斷面成圖系統。在AutoCAD圖形化界面下，以可視化的操作方式，實現了塔基斷面的自動化成圖。系統在溪洛渡—浙西±800kV特高壓直流輸電線路工程中的應用取得了良好的效果，大大提高效率的同時，顯著改善質量問題。本次研究探索了RTK+全站儀+計算機自動化成圖的內外業一體化測量作業模式，認為研發基于可視化操作方式的內業自動化成圖系統具有良好的應用研究價值。

[1]劉洪．對送電線路測量內外業一體化的探討[J]．沿海企業與科技，2008，(4)．

[2]薛樂，曹彥斌．線路終勘中塔基斷面的測量[J]．吉林電力，2011，39(5)．

[3]鄧明陽．高壓架空送電線路塔基數據處理探討—應用VBA程序實現塔基數據的自動處理[J]．黑龍江科技信息，2011，(18)．

[4]李世國．AutoCAD高級開發技術－ARX編程及應用[M]．北京：機械工業出版社，1999．