基于AutoLISP的數(shù)字地形圖塔基斷面自動提取程序設(shè)計

周 浪，趙勝其，楊春燕，劉海軍

(1.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院重慶有限公司，重慶 401121；2.重慶同豐工程管理咨詢有限公司，重慶 401121 )

基于AutoLISP的數(shù)字地形圖塔基斷面自動提取程序設(shè)計

周 浪1，趙勝其1，楊春燕2，劉海軍1

(1.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院重慶有限公司，重慶 401121；2.重慶同豐工程管理咨詢有限公司，重慶 401121 )

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，架空送電線路電力勘測塔基斷面顯得十分重要，同時也是結(jié)構(gòu)專業(yè)塔基基礎(chǔ)設(shè)計的參考依據(jù)。文中分析目前電力勘測塔基斷面獲取的方法和DXF文件的編碼格式，利用實測的大比例尺數(shù)字塔基地形圖，基于AutoLISP編程實現(xiàn)數(shù)字塔基、地形圖塔基斷面自動提取存儲的方法。提取的塔基斷面數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)對比，證明方法具有可靠性、準(zhǔn)確性、自動化程度高等特點，滿足設(shè)計要求，彌補傳統(tǒng)塔基斷面數(shù)據(jù)獲取的不足，提高數(shù)據(jù)處理效率。

塔基斷面；AutoLISP；數(shù)字地形圖；DXF；程序設(shè)計

隨著我國電力事業(yè)的大力發(fā)展，架空送電線路工程建設(shè)不斷增多，對于電力勘測的要求越來越高，為了實現(xiàn)選擇合理的基礎(chǔ)形式、減少基礎(chǔ)開挖、保護生態(tài)環(huán)境、降低成本的目的，線路結(jié)構(gòu)設(shè)計會根據(jù)架空送電線路的電壓等級、塔型，要求線路勘測人員測繪塔基地形圖、塔基斷面圖[1]。塔基斷面數(shù)據(jù)的獲得不僅是架空送電線路電力勘測工作的重點內(nèi)容，而且它為架空送電線路結(jié)構(gòu)專業(yè)就塔基邊坡保護、邊坡設(shè)計、擋土墻設(shè)計、排水溝設(shè)計、配置高低腿等提供重要參數(shù)[2]。

目前，電力勘測中塔基斷面的數(shù)據(jù)來源有：經(jīng)緯儀實測方法，存在數(shù)據(jù)記錄、錄入、判別、計算、成圖等多個環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)獲取時間長、易于出錯、效率低；全站儀實測方法，地形條件要求高，設(shè)站次數(shù)增加，增大出錯機率，測點重復(fù)，勞動強度加大，作業(yè)時間增長[3]，對于山區(qū)丘陵地區(qū)極易受到地形條件限制；GPS-RTK技術(shù)實測方法，易于獲取、效率高，但是受林區(qū)、地形、基站信號等影響比較大；地形圖量測方法，斷面數(shù)據(jù)易于獲取，但是數(shù)據(jù)不便于線路結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計使用[4-5]。本文提出基于AutoLISP語言并分析DXF數(shù)據(jù)文件編碼格式，利用數(shù)字高程模型編制的等高線，結(jié)合地形和高程模型進行等高線的編輯、提取，并從數(shù)字地形圖上獲取地形高程要素的屬性值[6]，來實現(xiàn)對數(shù)字地形圖上桿塔塔基斷面數(shù)據(jù)的自動獲取成圖，為架空送電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 程序設(shè)計原理

1.1 程序設(shè)計流程

本程序用AutoLISP語言編寫主程序和DCL用戶界面，程序流程如圖1所示。

圖1 程序流程

1.2 DCL對話框設(shè)計

在設(shè)計對話框之前，先要整理出需要設(shè)置的各個模塊及功能，從對話框本身開始，按照從上到下、從左到右的順序布置合適的控件。本文設(shè)置3個轉(zhuǎn)角分別表示圖繪制、中心樁坐標(biāo)拾取、塔基參數(shù)設(shè)置，DCL效果圖如圖2所示。

圖2 DCL效果

1.3 塔基斷面計算原理

目前，高壓架空送電線路桿塔類型主要分為直線塔、轉(zhuǎn)角塔、直轉(zhuǎn)塔(即小角度的轉(zhuǎn)角塔)。如圖3所示，A，B，C，D為4個塔腿方向(特高壓線路要求測8個方向)，角θ為轉(zhuǎn)角,直線塔轉(zhuǎn)角為0，OM為與轉(zhuǎn)角θ的補角角平分線，J1，J2為前后樁位，JN為中心樁，X，Y為坐標(biāo)軸(本文中的直線計算均按方位角計算)。在數(shù)字地形圖中，常用的實體對象有點(point)、直線(line)、多段線(polyline)、圓(circle)等，用來表示等高線的實體對象是多段線，多段線分為“AcDb3dPolyline”、“AcDb2dPolyline”、“AcDbPolyline”，多采用后兩者，多段線具有elevation屬性，即高程值屬性。本文主要利用樁位J1，JN，J2的坐標(biāo)數(shù)據(jù)判斷線路轉(zhuǎn)向,計算A，B，C，D4個塔腿的方位角，同時根據(jù)塔腿的根開長度繪制各個塔腿切線(直線)，記錄塔腿切線的圖元名；利用選擇集函數(shù)獲取與每個塔腿切線相交的等高線(即多段線)，求取與塔腿切線相交的多段線的交點集，同時把相交的多段線的elevation值寫入交點集坐標(biāo)信息當(dāng)中，利用篩選排序函數(shù)，返回滿足要求的交點集；根據(jù)DXF文件編碼格式和塔基斷面圖格式，利用中心樁JN和交點集，計算斷面數(shù)據(jù)，按照DXF文件編碼格式和塔基斷面圖寫入DXF文件當(dāng)中。

1)根據(jù)已有數(shù)據(jù)J1，JN，J2計算直線J1到JN，JN到J2的方位角a1，b1，利用a1，b1計算轉(zhuǎn)角θ，并判斷線路轉(zhuǎn)向,并記錄標(biāo)識碼,直線為0，直線左轉(zhuǎn)為3，直線右轉(zhuǎn)為4，左轉(zhuǎn)為1，右轉(zhuǎn)為2；依據(jù)方位角a1，b1、標(biāo)識碼，使用塔腿計算函數(shù)計算各個塔腿的方位角，返回塔腿方位角值。

2)根據(jù)各個塔腿的方位角和設(shè)置好的根開長度，繪制各個塔腿切線，同時記錄塔腿切線的圖元名(EntName)。利用選擇集函數(shù)獲取與塔腿切線相交的所有等高線，分析與塔腿切線相交的等高線：①沒有選擇集生成，即沒有等高線與塔腿切線相交；②有等高線與之相交，返回交點不滿足根開長度要求；③返回交點集，且交點滿足根開長度要求的交點大于或等于1。針對上述情況，本文選擇一定倍數(shù)根開半徑為塔腿切線初始長度，設(shè)置相應(yīng)的函數(shù)模塊，分別求取塔腿切線與多段線的交點坐標(biāo)，此時求取的交點只有X,Y屬性，把相交的多段線的elevation值存入交點坐標(biāo)信息當(dāng)中，然后對交點數(shù)據(jù)距中心樁的距離由小到大進行排序，篩選滿足條件的交點集。

3)根據(jù)滿足條件的交點集、中心樁坐標(biāo)，計算出每個塔腿距離中心樁的平距、高差，根據(jù)塔基斷面參數(shù)設(shè)置，參考文獻[7]、文獻[8]中的塔基斷面圖，利用AutoLISP語言按照DXF文件編碼格式，把提取的塔基斷面數(shù)據(jù)寫入到DXF文件當(dāng)中，完成塔基斷面圖繪制。

圖3 直線、轉(zhuǎn)角示意

1.4 DXF文件生成

AtuoLISP語言是嵌入AutoCAD內(nèi)部的LISP語言，是LISP語言與AtuoCAD有機結(jié)合的產(chǎn)物。它是為方便用戶進行擴展和自定義AutoCAD功能而設(shè)計的二次開發(fā)重要工具。它綜合人工智能語言LISP的特性和AutoCAD強大的圖形編輯功能的特點[9]，語法簡單、數(shù)據(jù)類型豐富、便于掌握和運用[10]，DXF 是Autodesk公司開發(fā)的用于AutoCAD與其它軟件間進行CAD數(shù)據(jù)交換的CAD數(shù)據(jù)文件格式。DXF是一種開放的矢量數(shù)據(jù)格式，可以分兩類：ASCII格式和二進制格式，由于ASCII可讀性好，用戶可方便地對它進行修改、編程[11], 所以選取ASCII格式文件進行編程，利用AutoLISP語言創(chuàng)建DXF文件。

本文是對DXF文件的TABLES部分、BLOCKS部分、ENTITIES部分等編輯寫入。TABLES內(nèi)容包括線型(LTYPE)、線圖層(LAYER)、文字樣式(STYLE)，線型主要有CONTOUNS、DASHED2兩種；圖層有SL_FRAME、SL_GRID、SL_MID，以及4個方向塔基斷面線YL11、YL13、YL16、YL20；文字樣式采用的是T_SIMPLEX和L_SIMPLEX，前者是用于塔基斷面圖尺寸標(biāo)注、塊、備注等文字樣式，后者是用于寫入文字內(nèi)容樣式。BLOCKS部分主要是對圖框的備注等內(nèi)容。DXF文件的大部分內(nèi)容是對ENTITIES部分的寫入，包括插入(INSERT)圖元 、直線(LINE)圖元、文字(TEXT)圖元等內(nèi)容的寫入。所有圖元均以坐標(biāo)(0，0，0)為起算基準(zhǔn)，根據(jù)塔基斷面數(shù)據(jù)、縱橫比例尺、根開長度等參數(shù)計算所有圖元的坐標(biāo)信息、文字信息等內(nèi)容，參照文獻[11]中的文件編碼格式依次寫入DXF文件即可。

2 實例應(yīng)用

本文選取巴南海棠110 kV輸變電工程實例進行應(yīng)用。該工程為新建線路，位于巴南區(qū)界石鎮(zhèn)境內(nèi)，沿線所經(jīng)區(qū)域均為丘陵，高程300～470 m，全長45.63 km,需繪制塔基斷面圖102幅，根據(jù)勘測任務(wù)書實測繪制1∶500塔基地形圖。圖4為轉(zhuǎn)角J22號塔基地形圖，利用本文設(shè)計的程序即可自動繪制塔基斷面線、提取塔基斷面數(shù)據(jù)，并生成塔基斷面DXF文件，塔基斷面效果見圖5。

圖4 J22的塔基地形圖

圖5 J22塔基斷面效果圖

3 結(jié)束語

本文以AutoLISP語言為程序設(shè)計語言，設(shè)計用戶界面，降低編程難度，提高開發(fā)效率；選取塔基數(shù)字地形圖為數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)塔基斷面數(shù)據(jù)的自動提取， 生成DXF目標(biāo)文件。與工程實例實測數(shù)據(jù)對比來看，本方法提取塔基斷面數(shù)據(jù)與實際地形地貌比較吻合，但對于某些數(shù)字等高線不能準(zhǔn)確描述的特殊的地形地貌，如陡坎，還需進一步完善和改進。從本文應(yīng)用實例來看，方法提高內(nèi)業(yè)處理的效率，塔基斷面圖很好地滿足了設(shè)計的要求。

[1]鄧明陽．高壓架空送電線路塔基數(shù)據(jù)處理探討-應(yīng)用VBA程序?qū)崿F(xiàn)塔基數(shù)據(jù)的自動處理[J]．黑龍江科技信息，2011(18)：61．

[2]姚磊，劇成宇．架空送電線路塔基斷面自動化繪制[J]．科技傳播，2012(6)：123-124．

[3]郭勝利．縱橫斷面圖繪制的新方法[J]．測繪工程，2009，18(3)：78-80．

[4]樂志豪．VB和VBA for AutoCAD編程在電力勘測塔基斷面數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]．測繪與空間地理信息，2012，35(7)：169-175

[5]喬金海，王以磊，賈士軍．基于可視化的塔基斷面自動化成圖系統(tǒng)的研究[J]．電力勘測設(shè)計，2013(3)：28-32．

[6]向紅梅．利用1∶2000數(shù)字地形圖編制1∶10000建庫數(shù)據(jù)的實踐與探索[J]．測繪工程，2011，20(6)：45-47．

[7]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T 5156．1～5156．5-2002．電力工程勘測制圖[S]．北京：中國電力出版社,2003

[8]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T5076-2008，220 kV 及以下架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程[S] ．北京：中國電力出版社,2008.

[9]曹巖，來躍深．AutoCAD開發(fā)篇[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008．

[10]程效軍，顧孝烈，顧振雄．測量工程LISP程序設(shè)計[M]．上海：同濟大學(xué)出版社,2012．

[11]梁華冰.VLISP與VBA結(jié)合編程在測量放線工作中的應(yīng)用[J].測繪工程，2014，23(5)：75-77.

[責(zé)任編輯：張德福]

Program design of the automatical extraction digital terrain map tower foundation section based on AutoLISP

ZHOU Lang1，ZHAO Sheng-qi1，YANG Chun-yan2，LIU Hai-jun1

(1.State Nuclear Electric Power Planning & Design Institute Chongqing Co., Ltd.,Chongqing 401121,China; 2.Chongqing Tongfeng Engineering Management Consulting Co., Ltd.,Chongqing 401121,China)

With the development of power industry, the tower foundation section of overhead transmission line obtained through the electric power survey is not only important, but also is the structure of professional tower foundation design reference. The current electric power survey method of the tower foundation section acquisition is introduced with DXF encoding format by use of the measured large scale digital tower foundation terrain map, AutoLISP programming the digital tower foundation, and the section automatic extraction method of storage.By extracting the tower foundation section and the actual landform contrast, it shows that the method is reliable, accurate, of high degree of automation, which can meet the design requirements, to make up for the traditional methods of data acquisition of the tower foundation section, and to improve the efficiency of data processing.

tower foundation section; AutoLISP; digital terrain map; DXF; program design

2013-10-26；補充更新日期：2014-09-12

周 浪(1989-)，男，助理工程師，碩士研究生.

P208

：A

：1006-7949(2014)11-0074-04