利用Google Earth對塔架進行三維仿真的設計與實現

　　1引言

　　輸電線路是電力系統的大動脈，它將巨大的電能輸送到四面八方，是連接各個變電站、各重要用戶的紐帶[1]。隨著電網的飛速發展，輸電線路設計作為電網建設中非常重要的一環，愈來愈受到各電力建設部門的高度重視[2]。與此同時，在輸電線路架設方面國家也給了大力支持，并且給了很大的投資，但是在輸電線路架設設計中卻存在著一些影響布線，施工效率的問題[3]。

　　一方面，傳統的張力放線系統對于autocad的依賴性較強，完全依托于autocad進行開發[4]，在數據提取方面較為繁瑣，需要手動依次提取坐標信息，不能直觀、形象的實現張力放線仿真。另一方面，傳統的張力放線系統僅提供2d顯示，不能滿足張力放線系統對于顯示界面友好、實現三維顯示等要求[5]。本文設計的輸電線路張力架設仿真系統脫離了autocad,采用第三方插件進行dwg圖紙信息提取和曲線繪制，并將塔架信息生成kml文件導入google earth中，進行塔架的三維定位，查看塔架的地理位置信息是否符合要求。

　　2輸電線路張力架設仿真系統

　　2.1仿真系統架構設計

　　系統可劃分為三大功能模塊：dwg處理模塊、參數計算模塊和三維仿真模塊，系統架構示意圖如圖1所示。

　　圖1 輸電線路張力架設仿真系統架構圖

　　(1)dwg處理模塊：包括用戶界面的設計，dwg圖紙的導入導出，dwg圖紙的數

　　據提取，以及dwg圖紙的信息標注。將提取的數據進行整理，然后生成數據提取文件供參數后臺計算模塊進行計算;讀取參數計算模塊生成的作業圖表進行曲線繪制和信息標注。

　　(2)參數計算模塊：完成牽展計算、地錨計算、緊線計算和布線計算。讀取dwg處理模塊提取的數據啟動計算，并將各步計算結果輸出，通過整理輸出數據生成供dwg處理模塊繪制曲線和標注信息的作業圖表。

　　(3)三維仿真模塊：通過生成kml文件實現塔架在google earth上的三維定位。將塔架信息導入標準表格生成kml文件，然后將kml文件導入google earth，最終利用google earth進行三維仿真。

　　2.2仿真系統文件設計

　　仿真系統各模塊間的數據交互都是通過文件的形式完成的，從原始dwg圖紙的導入到最終包含標注信息的dwg圖紙導出信息流如圖2所示。

　　圖2 dwg工程圖紙處理流程圖

　　本系統共涉及到三種不同的文件形式，第一種文件是用于工程管理模塊的工程文件，本質是一種.xml文件，以節點的方式存儲工程下不同的區段信息;第二種文件是用于dwg處理模塊和參數計算模塊數據存儲的.csv(comma separated value)文件，即逗號分隔值文件，以excel的形式進行查看，以txt形式進行存儲，采用該文件的優勢在于不受office版本的限制;第三種文件是用于三維仿真模塊的kml文件，kml是google earth程序的一種數據交換格式，google earth通過它實現數據的導入與導出。

　　3輸電線路張力架設仿真系統模塊設計

　　3.1dwg處理模塊設計

　　dwg處理模塊的執行流程劃分為dwg圖紙數據提取流程和dwg圖紙信息標注流程，數據提取流程如圖3所示。

　　圖3 dwg模塊數據提取功能活動圖

　　數據提取的每一步本質都是在讀寫數據表格，首先是加載后臺表格，操作完成后保存時更新后臺表格，使表格實時更新。數據表格是是dwg模塊與后臺計算模塊的橋梁，包括圖紙比例、桿塔坐標、控制點坐標、繩索以及設備信息。

　　dwg圖紙標注的前提條件是計算結果表的整合，繪圖時直接讀取合并后的繪圖表格。作業圖表包括繪制曲線的參數信息、桿塔坐標信息及受力計算結果信息;雙滑車及上揚表包括雙滑車的額定承載及包絡角信息、繩索上揚力信息。

　　3.2參數計算模塊設計

　　參數計算模塊包含11個基本計算模塊，實現4類參數計算，分別為牽展計算、地錨計算、緊線計算和布線計算。參數計算模塊是整個軟件的核心，難點在于基本模塊的劃分及有效組織、4類計算的流程分析及模塊設計。參數計算模塊使用c++編程語言編寫，與dwg模塊之間采用“導出函數”進行通信，通過導出函數進行部分參數的傳遞，通過導出函數進行模塊的調用，通過導出函數分別調用4種計算。除了通過導出函數實現部分需要實時交互的數據，大量數據是通過直接讀取前臺dwg模塊提供的數據提取文件，或者牽展計算生成的數據文件(見圖4)。

　　圖4 參數計算模塊輸入輸出示意圖

　　輸入參數控制接口：參數計算模塊的輸入參數來源于dwg圖紙的數據提取和用戶導入的數據，這些數據由輸入參數控制接口統一管理，規范輸入格式，用于參數計算各步驟的調用。

　　輸出參數控制接口：參數計算模塊各子模塊的輸出數據量大，種類較多，由輸出參數控制接口統一管理，分別輸出到不同的輸出結果列表中，供其他模塊調用并查看。

　　3.3三維仿真模塊設計

　　三維仿真模塊在google earth平臺上實現輸電線路的三維仿真，并顯示相應的塔架數據及圖片信息。三維仿真模塊的關鍵在于kml文件的生成，kml文件是google earth可以解析的文件形式，將塔架的經緯度等信息生成kml文件，然后導入google earth可自動定位到塔架位置。

　　三維仿真模塊類圖設計如圖5所示，模塊主要實現kml文件的生成，設計kmldata類實現外部表格的導入，存儲塔架數據信息和圖片信息，kmloperator類實現kml文件各節點的生成，kmlcreator類控制流程，根據導入表格的數據信息和圖片信息生成能夠在google earth中定位塔架的kml文件。

　　5結束語

　　本文設計的仿真系統是對傳統張力放線系統的大膽創新，實現了對autocad平臺的脫離，使程序的開發更加靈活，操作界面更加友好，提供的參數計算全面且專業，利用google earth進行塔架的三維定位使仿真更加形象。