歐陽亞 徐輝 甄龍 裴良臣

摘要：指出了近幾年舊輸電線路改造項(xiàng)目越來越多，重新測量斷面圖勢必會花費(fèi)很大的代價，因此如何數(shù)字化并利用原有紙質(zhì)斷面圖是個重要的課題。根據(jù)工程實(shí)例探討了一種數(shù)字化輸電線路紙質(zhì)斷面圖的方法，并編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理流程，同時對數(shù)字化的誤差來源進(jìn)行了分析，提出了一種衡量數(shù)字化精度的參考標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;輸電線路;手繪;斷面圖

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0204-03

1引言

近年來國內(nèi)電網(wǎng)市場建設(shè)逐漸趨于飽和，新建特高壓輸電線路越來越少，將來會更少。隨之而來的是舊輸電線路的改造，如防舞動改造、增容改造、升溫改造等。這些改造工程的特點(diǎn)是一般路徑保持不變拆除舊桿塔再前后建新桿塔，或者塔位不動只是單純的更換導(dǎo)線，或者原桿塔不滿足改造后的荷載要求，需要拆除原桿塔，在舊塔位上新建桿塔，或者在原檔距中間新建桿塔。但是不管怎么改造，一個前提條件是設(shè)計人員必須提前獲取路徑的斷面圖，這樣才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行排位布設(shè)方案。而改造線路因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)，計算機(jī)繪圖未普及，繪圖軟件還未開發(fā)出來，大多還停留在手工繪制斷面圖的層面上。而原手繪斷面圖放在現(xiàn)在大部分仍可使用，特別是山區(qū)里的斷面基本不會有什么變化，同時因?yàn)楫?dāng)時采用的是工測方法成圖，準(zhǔn)確度很高，因此具有很大的利用價值。因此如何數(shù)字化手繪斷面圖是一個新的課題。

2手繪斷面圖作業(yè)及成圖方法

在計算機(jī)未普及之前，輸電線路斷面圖都是靠手工進(jìn)行繪制。如同“平板法”繪制地形圖一樣，使用經(jīng)緯儀和測距儀測量斷面點(diǎn)的累距和高程數(shù)據(jù)，使用厘米格紙、方尺、鉛筆等工具，按照平斷面圖水平比例尺1：5000，垂直比例尺1：500的比例關(guān)系，先在厘米格紙上展繪直線樁數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是直線樁累距與高程，起點(diǎn)高程在1：5萬地形圖上讀取。

繪制完直線樁數(shù)據(jù)后，再根據(jù)測點(diǎn)與直線樁的距離和高差繪制斷面點(diǎn)數(shù)據(jù)，測一點(diǎn)展繪一點(diǎn)，點(diǎn)連成線構(gòu)成斷面，左或右邊線與斷面一樣，繪制平面部分也是如此。同樣，交叉跨越、房屋、風(fēng)偏點(diǎn)、橫斷面和洪水位數(shù)據(jù)也手工繪制而成。待測量專業(yè)將斷面圖繪制完成之后再移交給設(shè)計電氣專業(yè)，使用桿塔排位模板進(jìn)行手工排位，同時結(jié)構(gòu)人員考慮降基，最終成圖如圖1所示。

3數(shù)字化紙質(zhì)斷面圖的理論基礎(chǔ)

一幅斷面圖中，在同一個平面和高程基準(zhǔn)下，樁與樁之間以及樁與斷面點(diǎn)之間的相對關(guān)系不會因基準(zhǔn)的不同而發(fā)生改變。水平方向兩個斷面點(diǎn)之間的坐標(biāo)差A(yù)X表示的是線路累距之間的相對關(guān)系，垂直方向兩個斷面點(diǎn)之間的坐標(biāo)差A(yù)Y表示的是高程之間的相對關(guān)系。

在清楚以上關(guān)系之后，每幅圖中無需絕對坐標(biāo)，只要給定一個基準(zhǔn)點(diǎn)，就可得出本幅圖的樁與斷面點(diǎn)的相對關(guān)系，然后根據(jù)整條線路中塔位樁之間的相對關(guān)系，統(tǒng)一基準(zhǔn)，將所有數(shù)字化的斷面圖拼接在一起，即可得出整條線路的樁與斷面點(diǎn)之間的相對關(guān)系，即為完成數(shù)字化工作。

4工程實(shí)例應(yīng)用探討與分析

4.1工程概況

此次應(yīng)用探討以湖北葛洲壩～雙河雙回500kV線路增容改造工程為依托，該工程包括葛洲壩～雙河500kVI回線路和Ⅱ回線路，兩條單回路平行走線，起于宜昌市葛洲壩變電站，止于荊門市雙河變電站。葛雙工回全長124.041km，1982年12月建成，共有桿塔287基，其中耐張塔34基，直線塔253基。葛雙Ⅱ回全長122.844km，1988年3月建成，共有桿塔285基，其中耐張塔29基，直線塔256基。線路山地占58.4%、丘陵占26.6%，平地及泥沼占15%。線路沿線海拔高度分布為0～500m。工程建成較早，至今已運(yùn)行達(dá)30余年之久，因無法滿足現(xiàn)行條件下的輸送容量要求，故需對其進(jìn)行增容改造。因80年代對該線路勘測設(shè)計時，計算機(jī)成圖還未普及，全線斷面均工測后人工繪制成圖，設(shè)計人員再在此基礎(chǔ)上完成手工排位工作。經(jīng)勘測設(shè)計人員對線路沿線進(jìn)行調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)線路建成之后沿線地物地貌基本無變化，對于新增加的交叉跨越和房屋及道路等地物重新測量外，其他均可利用原有資料。

4.2數(shù)字化方法的實(shí)現(xiàn)

4.2.1斷面圖的糾正與配準(zhǔn)

將斷面圖掃描數(shù)字化并以圖片的形式插入CAD，在CAD中檢查圖紙的水平方向和垂直方向的關(guān)系，確保水平和豎直，否則對后續(xù)坐標(biāo)的提取影響較大，從而影響斷面的數(shù)字化精度。

4.2.2坐標(biāo)匹配及提取

（1）提取基準(zhǔn)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，選擇兩個高程和累距信息可以準(zhǔn)確讀取的點(diǎn)，這兩個點(diǎn)最好是圖幅左右上下邊緣處的中心樁，同時基準(zhǔn)點(diǎn)間的累距和高差要盡量大，讀取其在CAD中的坐標(biāo)值（圖2）。

將數(shù)據(jù)提取完之后按照圖3的格式在文本文件txt中進(jìn)行整理，

第一行和第二行分別表示提取的CAD中左側(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的x和Y坐標(biāo)，第三行和第四行分別表示提取的CAD中右側(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的x和Y坐標(biāo)，第五行和第六行分別表示提取的CAD中左右兩側(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的真實(shí)累距，第七行和第八行分別表示提取的CAD中左右兩側(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的真實(shí)高程。

（2）提取塔位樁的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，按照從左到右的順序依次提取所有塔位樁的坐標(biāo)值，同時因塔位已經(jīng)施工建成，所以選擇降基之后的點(diǎn)作為塔位中心樁點(diǎn)（圖4）。

將數(shù)據(jù)提取完之后按照圖5的格式在文本文件txt中進(jìn)行整理，第一列表示斷面圖中的桿塔號名稱，第二列和第三列分別表示提取的CAD中塔位樁的X和Y坐標(biāo)。

（3）提取中心斷面和邊線坐標(biāo)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，依次用多段線（p1）順序描繪包含塔位中心樁的中心斷面、左邊線、右邊線，分別提取坐標(biāo)。格式同圖5，點(diǎn)名使用流水編號即可，第一列表示斷面或邊線點(diǎn)的名稱，第二列和第三列分別表示提取的CAD中斷面或邊線點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)。將提取的中心斷面和左、右邊線分別建立在不同TXT中進(jìn)行整理。

（4）提取風(fēng)偏點(diǎn)坐標(biāo)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，依次將風(fēng)偏點(diǎn)的中心坐標(biāo)提取，格式同圖6，第一列表示風(fēng)偏點(diǎn)的名稱，第二列和第三列分別表示提取的CAD中風(fēng)偏點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)，第四列表示該風(fēng)偏點(diǎn)的偏距，在斷面圖上直接讀取，采取左+右-原則。

至此，斷面圖中重要信息均以提取完畢。

4.2.3數(shù)字化程序開發(fā)及實(shí)現(xiàn)

按照本文第三節(jié)數(shù)字化紙質(zhì)斷面圖的理論基礎(chǔ)中所述的思路來開發(fā)相關(guān)程序，程序開發(fā)過程此處不贅述，該程序集成在中南電力設(shè)計院具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的《特高壓輸電線路測量信息軟件》（軟件登錄號為：CL0437）中。

最終成圖效果如圖7所示（本文圖1數(shù)字化后的效果）。

4.2.4數(shù)字化后分幅斷面圖的拼接

按照原斷面圖中塔位樁的設(shè)計累距，根據(jù)相應(yīng)累距將數(shù)字化后的分幅斷面圖拼接成整幅斷面圖。

5數(shù)字化誤差分析

經(jīng)大量樣本測試發(fā)現(xiàn)，剔除人為操作取舍及描繪不當(dāng)引起的誤差之外，紙質(zhì)斷面圖數(shù)字化過程中的主要誤差來源是基準(zhǔn)點(diǎn)間坐標(biāo)差A(yù)X和AY過小，一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)△X/△Y比值（絕對值）過大，導(dǎo)致基準(zhǔn)誤差較大，從而引起坐標(biāo)匹配誤差，理論情況下△X/△Y比值越小，基準(zhǔn)誤差越小，坐標(biāo)匹配精度越高，表1列舉了部分樣本的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

根據(jù)表1列舉出的部分樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，△X/△Y比值在2以下時，平均誤差可以控制在0.3m以內(nèi)，基本滿足數(shù)字化的精度要求。當(dāng)比值超過10甚至20以上時誤差接近2m，此時數(shù)字化的斷面圖和原紙質(zhì)斷面圖相比誤差較大。當(dāng)然，通過培訓(xùn)提高內(nèi)業(yè)人員的操作水平和描繪精度也可以提高數(shù)字化精度。

6結(jié)論與展望

針對目前舊輸電線路改造的特點(diǎn)，靈活的數(shù)字化既有平斷面圖資料，可以節(jié)省很大一部分開支，通過本文提出的方法可以很快速的數(shù)字化紙質(zhì)斷面圖，供設(shè)計人員前期排位使用，方便在此基礎(chǔ)上做決策。當(dāng)然，本文只提出了數(shù)字化斷面圖的方法，對于數(shù)字化輸電線路中的平面圖，后續(xù)還有待于繼續(xù)研究。