輸電線路等線狀工程放樁數據處理軟件的設計及應用分析

王艷濤,王 倩,陶宇航

(1.中國能源建設集團天津電力設計院有限公司,天津 300000；2.國網天津城西供電分公司,天津 300110)

1 概述

隨著技術和設備的不斷發展和進步,GNSS放樁逐步取代了早前的全站儀和經緯儀,成為目前主流的輸電線路等線狀工程放樁手段[13]。對于輸電線路等線狀工程放樁,樁位之間存在一定的約束關系,樁位間的角度及距離關系必須與設計相一致,才能確保施工質量進而避免工程事故[1,4]。

放樁工作結束后,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、轉角、檔距、方向樁等內容,以便檢查樁位關系是否與設計數據相一致,同時提供給施工接樁人員,方便其對樁位進行維護或恢復,減少補樁。

b.放樁路徑圖:以CAD圖形方式直觀地展示放樁數據,可以方便地進行角度及距離量測,可提供給設計人員,以便與設計圖進行比對,校核放樁成果。

因此,放樁數據的處理主要針對放樁成果的2種形式,從2方面進行。根據近些年的輸電線路工程經驗,目前還沒有通用的輸電線路等線狀工程放樁數據自動化處理軟件,只在區域級的規模較大的設計單位,有相關定制開發和自主研究[1,5-8]。其余多數情況下,輸電線路等線狀工程放樁數據的處理都需要借助CAD圖形量取或Excel表格計算等諸多人工操作,才能整理出最終的放樁成果,效率低、易出錯、格式不統一[9-10]。

采用編程手段,對放樁數據進行程序化處理,代替繁瑣的人工操作,完成內部計算并直接輸出統一格式的放樁成果,將大大提高放樁數據處理的效率和準確性。本文即在此基礎上,研究探索了一種輸電線路等線狀工程放樁數據的自動化處理方法,改進了傳統的人工操作模式,大幅提高了生產效率。

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、實地放樁以及放樁數據導出。放樁文件一般是利用GNSS手簿,輸入設計人員提供的轉角點坐標,采用不少于3個點進行工地校正(僅平面),實地放樁時以“放樣點”形式確定轉角樁,根據設計檔距以“放樣線”形式確定直線樁,有時為了施工方便還會放樣部分方向樁,樁位一般都會進行實測,以獲取平面坐標及高程,因此導出的放樁數據既包含轉角點的設計坐標,又包含所有樁位的實測坐標。

整條線路的樁位可以分為轉角樁、直線樁、方向樁3種。根據轉角樁可將線路分解成若干個區段,利用相鄰的2個區段可以計算得到中間轉角樁的轉角,每個區段內又包含若干個直線樁和方向樁,根據兩點間距離公式和點到線的距離公式,可分別計算得到直線樁和方向樁的檔距和偏距,根據直線樁和方向樁的區段內累距,可進一步計算得到方向樁距離。樁位分布示意見圖1。

圖1 樁位分布示意

根據放樁后導出數據的內容特點,可首先匹配檢索出所有轉角樁,其次根據轉角樁順序依次構建出各區段,然后逐個區段確定出其中的直線樁和方向樁,先計算出直線樁和方向樁的累距,按照區段內累距對直線樁和方向樁進行排序,最后計算出直線樁檔距和方向樁距離。所用到的數學公式主要有:

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

3 數據處理軟件的設計

本軟件采用Visual Basic編程語言開發,同時結合Excel混合編程以及AutoCAD腳本語言技術,實現放樁成果的自動生成及格式化輸出。

輸入設計,根據放樁數據導出的常用文件類型,盡量避免原始數據二次編輯,本程序數據輸入支持DAT文件和文本文件2種類型。DAT文件格式為“點名,編碼,東坐標,北坐標,高程”；文本文件按照數據項的內容及排列分成“點名,北坐標,東坐標”、“點名,東坐標,北坐標”、“點名,北坐標,東坐標,高程”、“點名,東坐標,北坐標,高程”4種格式。

功能設計,軟件功能采用模塊化設計思想,主要包含轉角樁模塊、直線樁和方向樁模塊、路徑構建模塊。轉角樁模塊,實現從放樁數據中檢索轉角樁、計算轉角；直線樁和方向樁模塊,實現從放樁數據中檢索直線樁和方向樁,計算偏距和累距；路徑構建模塊,將轉角樁、直線樁和方向樁依序進行組裝,構建出線路完整路徑,以便后續放樁成果輸出。

輸出設計,包括交互界面顯示和放樁成果輸出。本軟件以數據報表控件為主體,配合若干功能按鈕組成操作界面,通過點擊相應按鈕,數據報表即時展示相關信息,便于用戶瀏覽和操作。轉角樁按鈕,計算并展示轉角樁坐標偏差及偏差分量；直線樁按鈕,計算并展示直線樁和方向樁的屬性、區段、偏距、檔距、累距；投影至線中按鈕,對于偏距超過給定閾值(2 cm)的直線樁,按投影點到線的方式,歸算到線中。設計此部分功能主要考慮有時設計人員提供的直線塔位不在線中,而實地放樁時偏離的直線塔位又沒有進行實地放樣,因此為保證放樁成果嚴謹準確,需將偏離線中過大的直線點位進行投影歸算；全路徑按鈕,利用轉角樁、直線樁和方向樁構建線路全路徑,并在操作界面展示相關信息；路徑圖按鈕,利用AutoCAD腳本語言技術,將與放樁路徑圖成圖相關的一系列AutoCAD操作(創建圖層、設置圖層、批量展點、標注轉角、自動連線等)寫成scr文件,在AutoCAD中運行該腳本文件,可自動生成放樁路徑圖。放樁記錄按鈕,利用Excel混合編程技術,完成放樁記錄表生成相關操作(創建表格、合并單元格、設置字體、繪制邊框等),將線路全路徑數據自動輸出,實現放樁記錄表的一鍵化生成。程序結構流程如圖2所示。

圖2 程序結構流程

4 工程實例

本程序以天津某220 k V輸電線路工程放樁數據為示例,該工程位于天津市某郊區,線路總體呈東北西南走向,全長約12.7 km,設計塔位共37基。轉角樁運行界面如圖3所示。

圖3 轉角樁運行界面

轉角樁運行界面,展示由放樁數據匹配計算得到的轉角樁,包括設計點位、放樁點位、坐標偏差及偏差分量,對坐標偏差較大(本程序設置為5 cm)的樁位,程序會以紅色進行標示,以引起用戶注意并查找原因。直線樁和方向樁運行界面如圖4所示。

圖4 直線樁和方向樁運行界面

直線樁和方向樁運行界面,對方向樁點名使用黃色標示,屬性下拉式組合框提供“直線”、“大方”、“小方”3個選擇項,用以幫助用戶對程序未能準確識別的直線樁和方向樁進行人工標定。對偏距過大的(本程序設置為2 cm)直線樁和方向樁,使用紅色標示,需用“投影至線中”按鈕,將這些樁位投影歸算至線中,當偏距數據列不存在紅色標示,表明全部樁位歸算完畢。全路徑運行界面如圖5所示。

圖5 全路徑運行界面

全路徑運行界面,利用所有樁位(轉角樁、直線樁、方向樁)構建現狀工程全線路徑,展示點名、屬性、轉角(度分秒格式)、檔距、累距等信息,查看最后1個轉角樁的累距,即可得知全線長度。

路徑圖和放樁記錄按鈕為成果輸出部分,點擊相應按鈕,由程序自動輸出統一格式的放樁成果,路徑圖按鈕輸出scr腳本文件,打開AutoCAD軟件并運行該腳本,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、北坐標、東坐標、轉角、檔距、方向樁距離、備注等內容,本程序對應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據,借助AutoCAD軟件及Excel表格,采用傳統的人工方式進行處理,耗時約1 h。而使用本軟件進行自動化處理,僅需數分鐘,數據處理效率得以大幅提升,同時保障了成果的準確性和一致性。

5 結束語

本文立足于輸電線路等線狀工程放樁工作實際,對放樁數據處理方法進行深入研究,提出了一種輸電線路等線狀工程放樁數據的自動化處理方法,編程開發了相應的放樁數據處理軟件,改進了傳統的人工操作模式,大幅提高工作效率。本程序輸入文件格式靈活,原始數據基本無需編輯即可直接進行處理,設計的各功能模塊相互獨立又有序銜接,可實現從原始數據到成果的全自動處理流程,簡單而高效。經過多個輸電線路工程的放樁數據處理,程序各部分功能運轉良好,極大節省了人工勞動,顯著提高了輸電線路等線狀工程放樁數據的處理效率,對于可能存在的問題和不足,將在今后實際應用過程中逐步改進和完善。