輸電線路塔基數字地面建立的研究與實現

摘要：數字化設計作為今后輸電線路設計的發展趨勢，將發揮越來越重要的作用。本文主要敘述了數字化地面技術在輸電線路塔基地形建立中的應用。根據輸電線路塔基地形圖自身特點，探討了Delaunay三角網，DEM地形數據.等高巍的建立方法及原理，討論了數字模擬技術，工程測量精度控制，鐵塔基面數字模擬優化等方面的研究。

關鍵詞：輸電線路 數字化設計 三維 精度

中圖分類號：TM769 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)0Z(b)-0112-01

1引言

輸電線路數字化設計在國內外還是空白，目前設計單位正嘗試將三維輔助設計引入到輸電線路工程上來，建成線路的三維設計系統。實現三維顯示、漫游及管理，在建立的數字地面模型上實現工程設計及優化。因此數字化地面技術在鐵塔塔基地形模擬中的應用，越來越受到設計人員的關注。根據輸電鐵塔的自身設計特點，設計精度要求，對數字化地面模擬技術進行研究與優化，在建立三角網、等高線、DEM數據時需充分考慮塔基終勘測量點的精度，測距，取樣點數目的影響。對于邊緣三角形的失真變形、插值誤差等問題應進行分析修正，以達到符合實際地形，滿足設計精度的要求。

2輸電線路塔基地形設計特點

通常輸電線路外業設計重點集中在于終勘定位，桿塔基礎選配的設計，因此塔基地形測量點的精度控制，以及數字化地面建立的誤差控制將影響鐵塔基礎的配置以及設計精度。根據《工程測量規范》(GB5 0026-93)：

通常送電線路鐵塔的根開和保護范圍的總長度不會超過60米(除大跨域工程)，經測算現場測量控制點的數目達到16個，并以中心樁為中心米字分布，即可滿足我們的設計精度。對于梯田，陡坎等特殊地形，在地形突變處增加控制點，可修正地形模擬精度。塔基基面測量控制點分布如圖1：主要有網格法和三角網法。三角網方法相比與網格法，能夠用較少的空間和時間更精確的擬合復雜地表面，因而得到了廣泛的應用。Delaunay三角網是在地形擬合方面表現最出色的三角網，常被用于TIN的生成。三角形有三個最鄰近的點連接而成，這三個相鄰點對應的Voronoi多邊形有一個公共的頂點，此頂點同時也是三角形外接圓的圓心。因此在塔基的數字化模擬方面，采用Delaunay三角網更具優勢。具體算法原理為：

1任取一個控制點作為起點P1，找出離P1最近的一個控制點作為P2，將兩點連線并作為三角形的一條邊。

2通過最優邊尋找第三個點，通過直線與點的幾何關系找可能的擴展點。尋找和前兩點法相距離最小的點作為候選點，以三點作圓，判斷是否有點落入圓內。如果有，則該三角形不符合狄洛尼三角形條件，繼續進行同樣的操作，直到找不到其他點落入圓內為止，則該三角形就是Delaunay三角形。

3通過已建立三角形的其中一邊作為基邊，按照步驟2的方法構造三角形。利用新加入邊不斷迭代出新的擴展三角形，直到所有控制點都參與構造狄洛尼三角網為止。

4由于邊緣點無法滿足最優三角形規則，通常被直接連接，兒形成邊緣異形三角形，因此在塔基三角網構造時需要進一步判斷是否刪除或者換邊。

4等高線的建立 等高線指的是地形圖上高程相等的各點所連成的閉合曲線，又稱“等值點曲線”。3 Delaunay三角網的建立 離散點的三維坐標生成等高線的方法控制點測量精度、三角網計算、及內插點算法都影響著等高線精度。在塔基地形模擬中采用基于三角形搜索的等高線繪制算法，簡要算法如下。

1對所有狄洛尼三角形進行編號，并用內插法求出任意一條邊的等距高程值并存儲下來，從第一個三角形邊上的第一點開始提取高程h，與所有點高程hi(i=l，2，3，n)，進行比較，找到高程相等點(此處可設置誤差范圍)。2設立三角形標志數組，凡處理過的三角形將標志置為1，以后不再處理，直至等高線高程改變。3按順序判斷每一個三角形的三邊中的兩條邊是否有等高線穿過，由此判斷該邊是否有等高線點。4搜索等高線在相鄰三角形的進入邊。并內插其平面坐標。5開始逐個進入相鄰三角形，重復第(4)步，直至等高線穿越邊已沒有相鄰三角形或相鄰三角形即為搜索起點所在的三角形(此時等高線為閉合曲線)時為止。6對于非閉合曲線，將已搜索的等高線點順序倒過來，回到搜索起點向另一方向搜索，直至到達邊界。

形成三維模型及后期優化

經過計算機形成的三角網和等高線需要進行修正，由于狄洛尼三角網是理想狀態構建的，并不是最符合地形實際情況的三角網，因此對于特殊地形要由設計人員修正。例如梯田時，應盡量保持三角網的邊平行于邊坡走向，在對地形點進行移動三角網插值的過程中可減小陡砍、地形突變位置的誤差。另外對于邊緣錯誤三角形需要采取對換三角形相鄰邊或刪除的辦法進行修正。

通過已有的三角網數據、等高線數據，就可采用移動內插法可建立地形方格網，用于數字地形模型的展示.并實現計算機的實景漫游或地形剖切。

5結語

隨著計算機技術的不斷發展。數據的存儲運算能力不斷增強，數字地形模擬的算法與優化，值得進一步深化研究，在三角網、等高線的算法上會更加注重精度的提高及錯誤修正，讓地形模擬為設計提供有效數據支撐。

參考文獻

[1]朱慶.數字高程模型，武漢大學出版社.

[2]徐青.地形三維可視化技術，測繪出版社.

[3]工程測量規范(GB50026-93)(1993-03-26發布。1993-08-01實施).