架空輸電線路塔位四角坐標計算與繪制的方法研究

唐新莊，賀 丹

(1.中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075；2.西安航天宏圖信息技術有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

電力系統的規模日益增長，重要性也不斷上升，架空輸電線路作為電力系統的重要環節[1]，其在設計環節的精細化要求也越來越高，不僅需要提供每基的塔位坐標、高程、檔距、里程、轉角度數等常規數據，而且在一些較大的輸電線路工程中，需要根據設計專業提供的跟開表計算出每個塔位的四角坐標，即塔腿坐標。同時將計算出來的塔腿位置繪制在AutoCAD中，設計人員可以根據這些資料報送相關部門核查占地面積、壓礦信息和基本農田占用情況等。

本文針對這種要求，提出了基于.NET對Auto CAD進行二次開發[2-5]，利用四參數坐標轉換計算塔位四角坐標，并將計算的四角坐標圖形化表示在Auto CAD圖紙上。通過多個具體工程的應用，本程序大大提高了塔位四角坐標計算的效率，方便了設計人員和業主后期的應用。

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算方法包含在直線塔和轉角塔中，因此本文對直線塔和轉角塔的塔腿進行簡單介紹。

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的連線為正側全跟開，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)轉角塔：塔腿間夾角為90°，假設轉角度為α，線路左轉時α取正值，線路右轉時α取負值，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的連線為正側全跟開，并且AB=BC=CD=DA，如圖2所示。

圖2 轉角塔A、B、C、D塔腿方向示意圖

2 塔腿計算原理

根據上文我們需要計算出ABCD塔腿的絕對坐標，然而如果利用塔位的絕對坐標XY計算塔腿絕對坐標，不僅數據量比較大，而且需要反復利用三角函數，計算繁瑣容易出錯。

針對這種情況，本文提出利用四參數進行坐標轉換[7]，首先計算出塔腿在相對坐標系里的坐標，再利用四參數將塔腿的相對坐標轉換成絕對坐標。

2.1 四參數的計算

二維四參數的轉換模型公式如式(1)所示。

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

計算上面4個轉換參數需要利用2對已知點。

2.2 具體計算步驟

以一個耐張段為一個計算單位，具體計算步驟如下：

1)建立一個相對坐標系：X軸為耐張段起點和終點的連線，Y軸為垂直于X軸的右手坐標系，原點為耐張段起點(0，0)。

2)根據耐張段的起點和終點的絕對坐標，計算出耐張段長度H，得到耐張段終點在相對坐標系下的坐標(H，0)。

3)根據耐張段的起點和終點的2對已知點坐標，計算出相對坐標系到絕對坐標系之間的轉換參數。

4)根據塔位坐標，計算出塔位到耐張段起點的距離h。

5)根據結構專業提供的塔位正側全跟開和上面h，計算出相對坐標系下4個塔腿的坐標。

6)利用計算出來的四參數，將4個塔腿的相對坐標轉換到絕對平面坐標系，并輸出成.CSV格式。

7)耐張段終點需要進行特殊處理：根據下一耐張段的終點，計算出耐張段的轉角度數和方向。

3 繪制AutoCAD圖形

本文采取.NET中的C#對AutoCAD進行二次開發，這樣后期可以方便擴充軟件功能，開發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，自動將4個塔腿坐標連接起來，同時也將耐張段的起點和終點連接，方便查看，如圖3所示。

4 工程實例

本文以某新疆750 kV輸電線路工程為例，線路全長約180 km，塔位總數385基，說明塔腿坐標計算步驟和繪制流程。

1)打開計算塔腿坐標程序，點擊計算塔腿坐標按鈕，如圖4所示。

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

圖5 數據打開界面

3)打開AutoCAD2010，加載連接塔腿程序，點擊“連接塔腿”菜單，將剛才保存的.CSV文件打開，將所有塔腿進行連接，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

為了驗證本程序計算出來的塔位坐標的正確性，本文選取其中4組數據對人工繪制的塔腿和程序計算出來的塔腿坐標進行了對比，見表1所列。

表1 塔腿坐標對比表

6 結論

本文以某新疆750 kV輸電線路工程為例，介紹了利用四參數計算塔腿坐標基本步驟，通過.NET的AutoCAD二次開發對塔腿坐標進行的圖形化的繪制，得出如下結論：

1)通過人工對繪制的塔腿坐標進行檢查，塔腿坐標計算和繪制準確無誤、精度可靠，證明通過四參數可以計算塔腿的坐標。

2)利用四參數進行坐標轉換，化繁為簡，減少了計算中出錯的概率。

3)通過.NET的AutoCAD二次開發，實現了對塔腿坐標的批量圖形化繪制，滿足了設計人員和業主的需求。

4)多個工程的具體應用結果表明，塔腿計算程序大大提高了塔腿坐標的計算效率，降低手動計算的出錯概率，保證了數據的準確性，同時也方便了其他設計專業后期數據處理，有一定的工程應用價值。