利用Google Earth对塔架进行三维仿真的设计与实现

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.