1.前言

        塔基测量成图软件是EATool第一个电力勘测模块，也是笔者个人刚参加工作时开发的第一个与工作直接相关的软件。该模块开发开始于2010年，于2012基本成型。记得第一次参加线路工程终勘定位，对于老员工的塔基断面测量模式有着诸多疑惑：明明有着当时先进的莱卡全站仪、莱卡RTK、笔记本电脑、AutoCAD软件，而塔基断面却要用纸记录数据、用计算器验算数据、用CAD手工绘制断面。俗话说：存在的就是合理的。经过多次问询，笔者得到一个还算合理的理由：山太高了，万一数据忘记保存还得再爬一次，不如记在纸上保险。不过，彼时的电力设计院自我感觉一般都比较良好:)只要习惯了就懒得改变。由于这种模式已经存在十来年了，当时想一步到位改变很困难。于是笔者在暂时无法完全改变外业手工记录的情况下，先从数据录入、验算、断面绘制这几个方面入手进行改进。首先，开发快捷录入界面替代文本录入，利用程序自动验算代替计算器手工验算，利用程序自动绘图断面代替手工辅助绘图断面。其次，在笔者个人参与的线路工程中同步使用仪器记录塔基断面数据，开发程序从坐标数据中自动提取塔基断面，并将外业数据自动输出电子记录表(对应当时的手工记录表，存档)。后来，特高压工程开启，除了塔基断面以外，增加了塔位地形测量，笔者开发了塔位地形成图功能。此时，手工记录塔基测量数据这种费时费力的活已无人再做，因为数据量已经增加了好几倍。笔者单位存在了多年的塔基测量传统模式这才彻底改变。

图1-1 塔基断面测量手工记录表

  实际上，塔基测量是输电线路工程里最简单但工作量最大的工作，每一点改进都是对工程效率的显著提升。塔基测量软件几乎每个省院都自己开发过:)但适合自己的才是最好的。EATool的塔基模块就是针对实际工作中存在的问题一点点改进出来的，有着自己的显著特色。

图1-2传统塔基测绘存在的问题

2.塔基断面图生成方法

2.1概述

    以前丘陵和山区铁塔按平腿设计，基础施工需要大开方；而且为了保证四个塔脚在同一个平面，设计基面需要降低很多，尤其是在坡度较陡的时候。随着国民经济的发展，保护环境的重要性逾发受到国家和社会的重视，现在，通常使用全方位长短腿铁塔，全方位长短腿铁塔是指当塔位处于山坡地形时，为了避免基面开方而为铁塔配置四条不等长塔腿的铁塔。在丘陵和山区使用全方位长短腿铁塔的好处是：

1)可以大量减少塔位的开方量，减少施工弃渣；

2)节约工程费用；

3)减少对环境的破坏，维持塔位地形原貌，保持水土，有利于环保。

塔基断面图是输电线路杆塔基础结构设计的基础资料，断面测量数据是配置杆塔长短腿以及配置高低基础的重要依据。塔基断面测量的目的是确定塔腿方向的高程变化，以便于正确确定施工基面、选择合适的接腿和基础型式，达到减少土石方开挖量，减低塔高，降低造价，保护环境的效果。

塔基断面测量的内容为塔基对角4个方向上的纵断面图，或塔基对角4个方向以外由设计专业指定方向上的纵断面图。随电压等级、地形、地质条件的不同，塔基断面的方向数也会发生变化，且对测量断面距离的长短也有所不同，具体施测范围应满足工程测量勘测任务书要求或与设计人员现场协商确定。自立塔塔位除平地外，均应按结构设计人员现场要求的范围施测塔基断面图。

通常情况下，在塔位中心桩放样完成后，结构设计人员会在现场根据塔型、塔高等信息，提供塔腿的方向、测量范围以及关键点到塔位中心的距离等信息。

2.2 技术要求

1)塔基断面图的比例尺宜为1:200或1:300。

2)塔基断面图的高程系统可采用相对高程，以塔位中心高程为0m。

3) 满足《330kV～750kV架空输电线路勘测规范》GB 50548、《1000kV架空输电线路勘测规范》GB 50741中对塔基断面测量的要求。

4)在测量塔基断面图过程中，如有非断面危险点时应予以测量，作为塔位保护点绘制在塔基断面图上，同时需注记保护点的方位，保护点方向注记至度。

5)测量转角塔的塔基断面图时，应考虑转角塔中心位移。转角塔的中心位移由电气设计专业提供。

2.3成图方法及操作

本软件的塔基成图模式大致分为三种：全站仪数据录入、测量点投影输出和三角网提取断面。这三种方法可以根据实际情况组合使用，效率更高。

1)录入法输出塔基断面(已废弃)

传统塔基断面测量主要采用全站仪进行外业数据采集。断面数据需要手工记录在规定的纸质表格中(如图3-1所示)。测站信息包括：测站点号(桩号)、对点方位角、仪器高、仪器类型等；断面点记录数据包括：点号、水平角、天顶距、直读高差、镜高等。断面点按塔腿方向分别记录。

图2-1 塔基断面外业测量记录

塔基断面测量完成后就行内业计算和绘图。数据计算主要包括：

1. 根据水平距、天顶距、仪器高、镜高计算断面点与桩位之间的高差，并与直读高差对比检查；

2. 将每个塔腿断面点的水平距、高差按水平距有小到大的顺序手工录入文本文件中形成中间文件；

3. 在AutoCAD中编程读取中间文件绘制断面并插入塔基断面图模板；

传统录入法绘制塔基断面主要存在以下缺陷：

1. 手工验算断面记录工作量大；

2. 文本文件中手工输入数据繁琐易错；

3. 量测数据难以添加修改，需在断面图上手工编辑；

本软件在早期录入法绘制塔基断面的基础上就行改进。塔基数据录入有两种模式，第一种是完全输入记录数据，验算正确后被录入；第二种是直接输入水平距和高差。录入数据后软件自动生成自定义的sec格式的塔基断面数据文件。

塔基数据录入的两种模式操作方式有所不同。第一种完全输入全站仪记录数据的操作界面如图2-2所示，通过输入天顶距、水平距离和高差后，软件根据天顶距和水平距计算出的高差，并与输入的高差进行比较，验算误差满足要求后才被录入。

图2-2 塔基数据录入对话框

第二种直接输入水平距和高差的操作界面同第一种，勾选“水平距+高差”复选框后，可以仅输入水平距和高差即可，不需要进行验算。对于不易测量而采取相对某点丈量的点可以通过相对法添加。在录入数据时，通过鼠标右键，选择添加的记录类型，如图2-3所示。

图2-3 塔基录入上下文菜单

录入断面数据时不用考虑数据的顺序，软件提供根据该点到桩位中心的平距自动对数据进行排序的功能。

(2)点投影法提取塔基断面

点投影法提取塔基断面的流程如图2-4所示。

图2-4点投影法提取塔基断面流程

(a)断面测量点投影

对于GPS-RTK坐标数据或全站仪记录换算而来的断面点坐标数据，这些数据并不严格位于断面线上，如图2-5所示，为了生成塔基断面图，需要将这些点投影至断面线上。点投影是指将实测断面点平面位置归算至断面线上最近点位置。

图2-5 塔基断面测量点

软件操作简便，主要步骤包括：

1. 选择测点，软件会自动过滤ZDH(展点号)图层点对象和GCD(高程点)图层对象；

2. 选择断面方向线；确认方向后输入最大投影距离(点到断面线距离小于该值被投影)；

3. 软件自动在断面线上生成对应的投影点，如图2-6所示(青色点)；

4. 选择测点时可选择部分点和断面单独进行操作。

图2-6 测量点投影至塔基断面

(b)投影点输出断面

根据断面线上各投影点计算相对中心桩位距离与高差，从而输出sec塔基断面数据文件。选择上述投影点和塔基断面后，选择sec文件的保存路径和文件名，即可将导出塔基断面。外业测量中，每条断面线上的点至少测2个。在输出塔基断面时，如果出现断面线上的投影点少于2个，软件会弹出数据缺失的相关提示。

3)三角网法提取塔基断面

“三角网断面提取法”针对无法沿断面方向测量而只测量地形特征点的情况，通过地形特征点自动构建三角网并沿塔基断面方向自动提取计算断面数据，如图2-7所示。

图2-7 三角网提取塔基断面示意图

“三角网断面提取法”提取塔基断面流程如图2-8所示。

图2-8  “三角网断面提取法”提取塔基断面流程

地形特征点既可以是全站仪或RTK测量获取的地形高程点，也可以是经过分类的激光点云数据。

4)塔基断面图自动绘制

1. 塔基断面数据文件

软件将上述录入法、点投影法、三角网法生成的数据输出至中间文件(桩号.sec)，该文件记录了一个塔基断面包含的所有数据，如图2-9所示，每行记录含义：

1. 文件生成时间；

2. 塔基桩号

3. 塔腿断面个数

4. 塔腿编号

5. 塔腿断面起点坐标

6. 塔腿断面终点坐标

7. 塔腿断面起点高程(桩位高程)

8. 点号，平距，高差

图2-9  塔基断面数据文件

该文件不仅包含的断面数据的相对坐标，而且也包含了桩位和断面方位。特殊情况下，如果原始测量点丢失，根据该文件可以反向计算断面点的平面位置和高程。

1. 塔基断面图批量绘制

软件根据选择的sec文件批量绘制塔基断面图。首先根据需要选择塔基模板类型；然后选择塔基断面sec文件， 便可生成塔基断面图，如图2-10所示。

图2-10 塔基断面图(FEDI版)

用户可以根据需要自己定义塔基模板(stakesect.csv)，其中各列含义：模板名，模板块文件名，左中心X，左中心Y，右中心X，右中心Y；

表格 31塔基断面图模板配置表

5)塔基断面记录表自动生成

自特高压输电线路工程开始后，塔基断面外业测量纸质记录被逐步淘汰，数据直接记录在仪器中。软件可以将这些电子数据直接转换为记录表，为数据检查和归档提供便利。塔基断面记录表是记录了每个塔基的测量值，根据的测量方式的不同，软件提供了两种自动生成塔基断面记录表的方法。

1. 全站仪记录

通过CASS的hvs文件，将全站仪测量记录，文件中只允许对点一次，可批量输出，塔基断面全站仪记录表如表所示。

表2-2  塔基断面全站仪记录表

1. GPS坐标数据

通过平面图上的测量点选择输出，软件自动计算测量点相对桩位的平距和高差。塔基断面坐标记录表如2-3表所示。

表2-3 塔基断面坐标记录表

3.塔位地形图生成方法

3.1概述

塔位地形图是对塔基断面图数据的补充，当测量的塔基断面图不能够满足设计需要时，需补测塔位地形图，实际作业中是否测量塔位地形图应以工程测量勘测任务书及结构专业设计人员现场要求为准。

塔位地形测量的目的是反映塔位周围的地形现状，以便于正确确定施工基面、选择合适的接腿和基础型式，达到减少土石方开挖量，减低塔高，降低造价，保护环境的效果。

塔位地形测量的内容是塔位周围地形点的坐标和高程，当塔位中心桩放样完成，结构设计人员提供测量范围后，测量人员就可以施测塔位地形图了。

3.2技术要求

1)按照设计的特殊需求或两塔腿高差超过1.5m的塔位应测绘塔位地形图，塔位地形图的测量范围由设计人员根据塔型和基础形式在现场指定。

2)塔位地形图可选择塔位独立坐标系统或与线路采用的坐标系统一致，高程系统宜与线路高程系统一致，也可采用相对高程。

3)塔位地形图的成图比例尺宜为1:200或1:300，等高距可为0.5m或1.0m。

4)塔位地形图测量应符合行业标准有关地形测量的规定。塔位地形图应绘出线路路径走向。

5)塔位地形测量应反映塔位的地物、地貌，测量排水沟、陡坎、房屋、水塘等重要地物，各项技术指标应满足《330kV～750kV架空输电线路勘测规范》GB 50548、《1000kV架空输电线路勘测规范》GB 50741中对塔位地形测量的要求。

3.3成图方法及操作

1)塔位地形图分幅裁剪

基于平面图根据线路路径将桩位中心设定范围内地形图裁剪输出单独地形图。具体流程如图3-11所示。

图3-11  塔基地形批量裁剪流程图

具体操作包括：选择路径对象(图3-12中红色线表示路径)；选择需要裁剪的桩位节点；选择输出文件路径。裁剪出的地形图保留了桩位标注(如图3-13所示)，表示桩位中心的圆圈是后续功能判断桩位中心位置的依据，不可删除。

图3-12 用于分幅裁剪的路径图

图3-13 裁减输出的单幅塔位地形图

2)旋转地形图方向

塔位地形图采用的是以塔位为中心、小号方向水平的局部坐标系。根据规范要求软件将塔位地形图以桩位中心为基点旋转至小号方向为零，如图3-14所示。

图3-14 小号方向为零的塔位地形图

由于旋转操作使得所有点状符号自身角度发生改变而不符合图式规范要求。点状符号分为无角度符号和有角度符号，软件对每个规范规定的符号类型都进行了编码配置(如图3-15所示)，软件根据配置编码判断该符号是否应该改变角度。

图3-15 地形图符号配置示意图

符号类型编码含义如下：

1，不旋转点状符号；

2，可旋转点状符号；

-1，不旋转点状符号(附属)；

-2，可旋转点状符号(附属)；

3，点状填充符号；

4，控制点符号；

5，高程点符号；

6，无角度文字注记；

7，有角度文字注记；

-6，无角度文字注记(附属)；

-7，有角度文字注记(附属)；

8，二维简单线状符号，“cad符号”为线型，“符号参数”为线宽；

9，三维简单线状符号，“cad符号”为线型，“符号参数”为线宽；

-8，简单线状符号(附属)；

10，复合线状符号(单线)，“cad符号”为线型，“符号参数”为线宽，若为电力线，则“符号参数2”为附属杆符号“符号参数3”为附属箭头；

11，复合线状符号(双线)，“cad符号”为线型，“符号参数”为线宽，若为依比例尺围墙，则“符号参数2”为附属线线型，“符号参数3”为附属线线宽；

12，复合线状符号(三线)，“cad符号”为中线线型，“符号参数”为线宽，若为依比例尺铁路，则“符号参数2”为附属线线型，“符号参数3”为附属线线宽；

13，复合线状符号(其他，预留)；

14，一般面状符号，“cad符号”为边界线型，“符号参数”为线宽；

15，面状符号(预留)，“cad符号”为边界线型，“符号参数”为线宽；

3)插入塔位地形图图框

软件根据桩位中心位置将经过裁剪、旋转后的地形图批量插入图框，如图3-16所示。用户可选择多个需要插入图框的地形图文件，软件批量处理。

图3-16 插入图框的塔位地形图

4 总结

        本软件针对传统塔基断面图和塔位地形图绘制效率低下的问题，研究基于平面图提取转换地形数据生成塔基断面图和塔位地形图的方法，提高塔基测绘成图自动化水平。主要成果包括：实现了“断面坐标投影法”和“三角网断面提取法”自动提取塔基断面，避免了手工数据录入；实现塔基断面批量绘制以及灵活的模板参数配置功能；实现塔位地形图批量裁剪、自动旋转、批量插入图框等功能；实现自动生成塔基测量数据报表功能。这些高度自动化处理功能显著提高了塔基制图效率，避免了繁琐易错的手工编辑工作。