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利用Google Earth对塔架进行三维仿真的设计与实现
发布时间:2012.07.06  浏览次数:

1引言

输电线路是电力系统的大动脉,它将巨大的电能输送到四面八方,是连接各个变电站、各重要用户的纽带[1]。随着电网的飞速发展,输电线路设计作为电网建设中非常重要的一环,愈来愈受到各电力建设部门的高度重视[2]。与此同时,在输电线路架设方面国家也给了大力支持,并且给了很大的投资,但是在输电线路架设设计中却存在着一些影响布线,施工效率的问题[3]。

一方面,传统的张力放线系统对于AutoCAD的依赖性较强,完全依托于AutoCAD进行开发[4],在数据提取方面较为繁琐,需要手动依次提取坐标信息,不能直观、形象的实现张力放线仿真。另一方面,传统的张力放线系统仅提供2D显示,不能满足张力放线系统对于显示界面友好、实现三维显示等要求[5]。本文设计的输电线路张力架设仿真系统脱离了AutoCAD,采用第三方插件进行DWG图纸信息提取和曲线绘制,并将塔架信息生成KML文件导入Google Earth中,进行塔架的三维定位,查看塔架的地理位置信息是否符合要求。

2输电线路张力架设仿真系统

2.1仿真系统架构设计

系统可划分为三大功能模块:DWG处理模块、参数计算模块和三维仿真模块,系统架构示意图如图1所示。



图1 输电线路张力架设仿真系统架构图


(1)DWG处理模块:包括用户界面的设计,DWG图纸的导入导出,DWG图纸的数

据提取,以及DWG图纸的信息标注。将提取的数据进行整理,然后生成数据提取文件供参数后台计算模块进行计算;读取参数计算模块生成的作业图表进行曲线绘制和信息标注。

(2)参数计算模块:完成牵展计算、地锚计算、紧线计算和布线计算。读取DWG处理模块提取的数据启动计算,并将各步计算结果输出,通过整理输出数据生成供DWG处理模块绘制曲线和标注信息的作业图表。

(3)三维仿真模块:通过生成KML文件实现塔架在Google Earth上的三维定位。将塔架信息导入标准表格生成KML文件,然后将KML文件导入Google Earth,最终利用Google Earth进行三维仿真。

2.2仿真系统文件设计

仿真系统各模块间的数据交互都是通过文件的形式完成的,从原始DWG图纸的导入到最终包含标注信息的DWG图纸导出信息流如图2所示。



图2  DWG工程图纸处理流程图


本系统共涉及到三种不同的文件形式,第一种文件是用于工程管理模块的工程文件,本质是一种.xml文件,以节点的方式存储工程下不同的区段信息;第二种文件是用于DWG处理模块和参数计算模块数据存储的.csv(comma separated value)文件,即逗号分隔值文件,以excel的形式进行查看,以txt形式进行存储,采用该文件的优势在于不受office版本的限制;第三种文件是用于三维仿真模块的KML文件,KML是Google Earth程序的一种数据交换格式,Google Earth通过它实现数据的导入与导出。

3输电线路张力架设仿真系统模块设计

3.1DWG处理模块设计

DWG处理模块的执行流程划分为DWG图纸数据提取流程和DWG图纸信息标注流程,数据提取流程如图3所示。



图3  DWG模块数据提取功能活动图


数据提取的每一步本质都是在读写数据表格,首先是加载后台表格,操作完成后保存时更新后台表格,使表格实时更新。数据表格是是DWG模块与后台计算模块的桥梁,包括图纸比例、杆塔坐标、控制点坐标、绳索以及设备信息。

DWG图纸标注的前提条件是计算结果表的整合,绘图时直接读取合并后的绘图表格。作业图表包括绘制曲线的参数信息、杆塔坐标信息及受力计算结果信息;双滑车及上扬表包括双滑车的额定承载及包络角信息、绳索上扬力信息。

3.2参数计算模块设计

参数计算模块包含11个基本计算模块,实现4类参数计算,分别为牵展计算、地锚计算、紧线计算和布线计算。参数计算模块是整个软件的核心,难点在于基本模块的划分及有效组织、4类计算的流程分析及模块设计。参数计算模块使用C++编程语言编写,与DWG模块之间采用“导出函数”进行通信,通过导出函数进行部分参数的传递,通过导出函数进行模块的调用,通过导出函数分别调用4种计算。除了通过导出函数实现部分需要实时交互的数据,大量数据是通过直接读取前台DWG模块提供的数据提取文件,或者牵展计算生成的数据文件(见图4)。



图4  参数计算模块输入输出示意图


输入参数控制接口:参数计算模块的输入参数来源于DWG图纸的数据提取和用户导入的数据,这些数据由输入参数控制接口统一管理,规范输入格式,用于参数计算各步骤的调用。

输出参数控制接口:参数计算模块各子模块的输出数据量大,种类较多,由输出参数控制接口统一管理,分别输出到不同的输出结果列表中,供其他模块调用并查看。

3.3三维仿真模块设计

三维仿真模块在Google Earth平台上实现输电线路的三维仿真,并显示相应的塔架数据及图片信息。三维仿真模块的关键在于KML文件的生成,KML文件是Google Earth可以解析的文件形式,将塔架的经纬度等信息生成KML文件,然后导入Google Earth可自动定位到塔架位置。

三维仿真模块类图设计如图5所示,模块主要实现KML文件的生成,设计KMLdata类实现外部表格的导入,存储塔架数据信息和图片信息,KMLOperator类实现KML文件各节点的生成,KMLCreator类控制流程,根据导入表格的数据信息和图片信息生成能够在Google Earth中定位塔架的KML文件。



图5 三维仿真模块架构类图


4输电线路张力架设仿真系统实现


图6 输电线路张力架设仿真系统界面

图7 三维仿真界面

 

如图6所示,系统主界面包括工程管理栏、常用工具栏、图纸操作窗口和绘图工具栏,图纸操作窗口是界面的主窗口,实时加载图纸,对图纸进行数据提取操作和绘图操作。图7是利用Google Earth进行塔架三维定位的仿真图,展示的是青藏直流线路干线塔架图。

5结束语

本文设计的仿真系统是对传统张力放线系统的大胆创新,实现了对AutoCAD平台的脱离,使程序的开发更加灵活,操作界面更加友好,提供的参数计算全面且专业,利用Google Earth进行塔架的三维定位使仿真更加形象。

作者简介

袁洁(1986-)女 在读硕士,就读于电子科技大学自动化工程学院。

参考文献

[1]柴京慧,周明,李庚银等.电力市场中最大输电能力的研究[J].中国电力,2006,35(8):22-25.

[2]任丽佳.基于导线张力的动态提高输电线路输送容量技术[D].上海:上海交通大学,2008.

[3]岑阿毛,岑彦.输电线路施工计算及软件使用说明[M].宁波:宁波出版社,365-370.

[4]徐慧娟,夏治,李恭琼等.AutoCAD的应用现状及其二次开发技术[J].四川兵工学报,2004.

[5]王彤.基于Google Earth的二次开发在农场管理系统的应用研究[J].中国农学通报,2009.