架空輸電線路塔位四角坐標(biāo)計(jì)算與繪制的方法研究

唐新莊，賀 丹

(1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710075；2.西安航天宏圖信息技術(shù)有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增長(zhǎng)，重要性也不斷上升，架空輸電線路作為電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)[1]，其在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的精細(xì)化要求也越來(lái)越高，不僅需要提供每基的塔位坐標(biāo)、高程、檔距、里程、轉(zhuǎn)角度數(shù)等常規(guī)數(shù)據(jù)，而且在一些較大的輸電線路工程中，需要根據(jù)設(shè)計(jì)專業(yè)提供的跟開(kāi)表計(jì)算出每個(gè)塔位的四角坐標(biāo)，即塔腿坐標(biāo)。同時(shí)將計(jì)算出來(lái)的塔腿位置繪制在AutoCAD中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)這些資料報(bào)送相關(guān)部門(mén)核查占地面積、壓礦信息和基本農(nóng)田占用情況等。

本文針對(duì)這種要求，提出了基于.NET對(duì)Auto CAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)[2-5]，利用四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算塔位四角坐標(biāo)，并將計(jì)算的四角坐標(biāo)圖形化表示在Auto CAD圖紙上。通過(guò)多個(gè)具體工程的應(yīng)用，本程序大大提高了塔位四角坐標(biāo)計(jì)算的效率，方便了設(shè)計(jì)人員和業(yè)主后期的應(yīng)用。

1 架空輸電線路塔腿介紹

在架空輸電線路中，電力鐵塔按用途一般分為耐張塔、直線塔、轉(zhuǎn)角塔、換位塔、終端塔和跨越塔等[6]，其中耐張塔、終端塔和跨越塔的塔腿計(jì)算方法包含在直線塔和轉(zhuǎn)角塔中，因此本文對(duì)直線塔和轉(zhuǎn)角塔的塔腿進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1)直線塔：塔腿間夾角為90°，A、B、C、D腿與后退方向夾角依次為45°、135°、225°和315°，AB、BC、CD、DA的連線為正側(cè)全跟開(kāi)，并且AB=BC=CD=DA，如圖1所示。

圖1 方形直線塔A、B、C、D塔腿方向示意圖

2)轉(zhuǎn)角塔：塔腿間夾角為90°，假設(shè)轉(zhuǎn)角度為α，線路左轉(zhuǎn)時(shí)α取正值，線路右轉(zhuǎn)時(shí)α取負(fù)值，A、B、C、D腿與后退方向夾角依次為45°－α/2、135°－α/2、225°－α/2和315°－α/2，AB、BC、CD、DA的連線為正側(cè)全跟開(kāi)，并且AB=BC=CD=DA，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)角塔A、B、C、D塔腿方向示意圖

2 塔腿計(jì)算原理

根據(jù)上文我們需要計(jì)算出ABCD塔腿的絕對(duì)坐標(biāo)，然而如果利用塔位的絕對(duì)坐標(biāo)XY計(jì)算塔腿絕對(duì)坐標(biāo)，不僅數(shù)據(jù)量比較大，而且需要反復(fù)利用三角函數(shù)，計(jì)算繁瑣容易出錯(cuò)。

針對(duì)這種情況，本文提出利用四參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[7]，首先計(jì)算出塔腿在相對(duì)坐標(biāo)系里的坐標(biāo)，再利用四參數(shù)將塔腿的相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)坐標(biāo)。

2.1 四參數(shù)的計(jì)算

二維四參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型公式如式(1)所示。

式中：x1、y1為相對(duì)坐標(biāo)系坐標(biāo)，x2、y2為絕對(duì)坐標(biāo)系坐標(biāo)；Δx、Δy為平移參數(shù)，m；α為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，(°)；m為尺度參數(shù)。

計(jì)算上面4個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)需要利用2對(duì)已知點(diǎn)。

2.2 具體計(jì)算步驟

以一個(gè)耐張段為一個(gè)計(jì)算單位，具體計(jì)算步驟如下：

1)建立一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系：X軸為耐張段起點(diǎn)和終點(diǎn)的連線，Y軸為垂直于X軸的右手坐標(biāo)系，原點(diǎn)為耐張段起點(diǎn)(0，0)。

2)根據(jù)耐張段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，計(jì)算出耐張段長(zhǎng)度H，得到耐張段終點(diǎn)在相對(duì)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(H，0)。

3)根據(jù)耐張段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的2對(duì)已知點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出相對(duì)坐標(biāo)系到絕對(duì)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

4)根據(jù)塔位坐標(biāo)，計(jì)算出塔位到耐張段起點(diǎn)的距離h。

5)根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的塔位正側(cè)全跟開(kāi)和上面h，計(jì)算出相對(duì)坐標(biāo)系下4個(gè)塔腿的坐標(biāo)。

6)利用計(jì)算出來(lái)的四參數(shù)，將4個(gè)塔腿的相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到絕對(duì)平面坐標(biāo)系，并輸出成.CSV格式。

7)耐張段終點(diǎn)需要進(jìn)行特殊處理：根據(jù)下一耐張段的終點(diǎn)，計(jì)算出耐張段的轉(zhuǎn)角度數(shù)和方向。

3 繪制AutoCAD圖形

本文采取.NET中的C#對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，這樣后期可以方便擴(kuò)充軟件功能，開(kāi)發(fā)出功能更完善的軟件。

讀取前面保存的CSV文件，利用AutoCAD里面PolyLine命令，自動(dòng)將4個(gè)塔腿坐標(biāo)連接起來(lái)，同時(shí)也將耐張段的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接，方便查看，如圖3所示。

4 工程實(shí)例

本文以某新疆750 kV輸電線路工程為例，線路全長(zhǎng)約180 km，塔位總數(shù)385基，說(shuō)明塔腿坐標(biāo)計(jì)算步驟和繪制流程。

1)打開(kāi)計(jì)算塔腿坐標(biāo)程序，點(diǎn)擊計(jì)算塔腿坐標(biāo)按鈕，如圖4所示。

2)打開(kāi)需要計(jì)算的塔位坐標(biāo)CSV，如圖5所示，計(jì)算完后將塔腿保存為CSV和dat格式，方便與南方CASS接口。

圖5 數(shù)據(jù)打開(kāi)界面

3)打開(kāi)AutoCAD2010，加載連接塔腿程序，點(diǎn)擊“連接塔腿”菜單，將剛才保存的.CSV文件打開(kāi)，將所有塔腿進(jìn)行連接，如圖6所示。

圖6 某新疆750 kV輸電線路工程塔腿示意圖(部分)

5 精度檢查

為了驗(yàn)證本程序計(jì)算出來(lái)的塔位坐標(biāo)的正確性，本文選取其中4組數(shù)據(jù)對(duì)人工繪制的塔腿和程序計(jì)算出來(lái)的塔腿坐標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表1所列。

表1 塔腿坐標(biāo)對(duì)比表

6 結(jié)論

本文以某新疆750 kV輸電線路工程為例，介紹了利用四參數(shù)計(jì)算塔腿坐標(biāo)基本步驟，通過(guò).NET的AutoCAD二次開(kāi)發(fā)對(duì)塔腿坐標(biāo)進(jìn)行的圖形化的繪制，得出如下結(jié)論：

1)通過(guò)人工對(duì)繪制的塔腿坐標(biāo)進(jìn)行檢查，塔腿坐標(biāo)計(jì)算和繪制準(zhǔn)確無(wú)誤、精度可靠，證明通過(guò)四參數(shù)可以計(jì)算塔腿的坐標(biāo)。

2)利用四參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，化繁為簡(jiǎn)，減少了計(jì)算中出錯(cuò)的概率。

3)通過(guò).NET的AutoCAD二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)塔腿坐標(biāo)的批量圖形化繪制，滿足了設(shè)計(jì)人員和業(yè)主的需求。

4)多個(gè)工程的具體應(yīng)用結(jié)果表明，塔腿計(jì)算程序大大提高了塔腿坐標(biāo)的計(jì)算效率，降低手動(dòng)計(jì)算的出錯(cuò)概率，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也方便了其他設(shè)計(jì)專業(yè)后期數(shù)據(jù)處理，有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。