输电线路钢管杆塔及其设计方法与流程

1.本发明涉及一种输电线路钢管杆塔及其设计方法，属于输电线路技术领域。


背景技术：

2.远距离电网输出需要架设杆塔支撑电线电缆，因此，杆塔设计是输电线路建设的重要部分。
3.gim,全称是grid information model电网信息模型，它是电力行业的专有名词，指的是国家电网有限公司为满足输变电工程三维设计需要制定的一种技术标准。输变电工程三维设计模型的标准格式为“*.gim”。具体可参考《qgdw11809—2018输变电工程三维设计模型交互规范》。
4.进行钢管杆塔设计时实际需要的杆件模型信息为：主杆；横担；地线支架；拉杆；拉线；叉梁；斜拉杆/横梁。想要通过单纯的几何模型还原建模实际杆件信息是一个非常繁杂的工作，使用一般手工方法建模还原耗时长而且效率低下，需要通过手绘杆件坐标图，肉眼识别杆件类型，手动计算杆件位置及关系，很容易出现差错。特别是对于复杂模型，一般手工方法还原，工作量大大增加，无法保证设计模型还原的最优性。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种输电线路钢管杆塔及其设计方法，不仅能够保证钢管杆塔模型还原的最优性，而且能够降低钢管杆设计的成本。
6.本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
7.第一方面，本发明实施例提供的一种输电线路钢管杆塔，包括两个主杆、型钢横担、拉线和叉梁，所述两个主杆垂直设置且相互平行，所述型钢横担固定在两个主杆的上端，所述型钢横担与两个主杆的连接处设置有拉线，在型钢横担下方的两个主杆上设置有至少一组叉梁。
8.作为本实施例一种可能的实现方式，每组叉梁包括两个交叉设置的叉梁。
9.作为本实施例一种可能的实现方式，所述型钢横担上设置有三个导线挂点。
10.作为本实施例一种可能的实现方式，所述拉线至少4条，每个主杆上至少设置两条拉线。
11.第二方面，本发明实施例提供的一种输电线路钢管杆塔的设计方法，包括以下步骤：
12.获取gim模型中的所有点和杆件信息；
13.进行杆件初选，初选出3类杆件；所述3类杆件包括主杆或者拉线，叉梁、拉杆或者斜拉杆，横担或者横梁；
14.根据初选结果分步进行杆件精选；
15.以图形+表格的形式展示识别出的杆件；
16.根据杆件模型信息进行钢管杆计算。
17.作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行杆件初选，初选出3类杆件，包括：
18.对比杆件两端点的高度，如果两点高度一致，说明杆件是水平的，将水平杆件初选为横担或者横梁；
19.对比杆件两端点的坐标，如果x,y坐标相同，z坐标不同，说明它是竖直的，计算当前杆件长度，小于1000mm的精选为地线支架，否则初选为主杆或者拉线；
20.利用空间三角关系，计算杆件与地面夹角α，大于70度，初选为
①
主杆或者拉线；
21.获取杆件两端点z坐标，如果存在一个点的z坐标为0，说明当前杆件存在地面点，初选为
①
主杆或者拉线；
22.剩下的杆件初选为
②
拉杆，叉梁或者斜拉杆。
23.作为本实施例一种可能的实现方式，所述杆件与地面夹角α的计算公式为：
[0024][0025]
式中，h为两端点高差，h＝|z1-z2|,
[0026]
l为两端点距离，
[0027]
(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)为杆件端点的坐标。
[0028]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据初选结果分步进行杆件精选，包括：
[0029]
对初选结果主杆或者拉线进行处理：
[0030]
1)计算杆件与地面角度，竖直于地面的精选为主杆，
[0031]
2)循环比对其他杆件，包含最高点坐标的精选为主杆，
[0032]
3)循环杆件，包含地面以下点坐标的精选为主杆，
[0033]
4)循环比对其他杆件，查找是否存在对称杆件，存在并且角度最大的精选为主杆，
[0034]
5)剩下的精选为拉线；
[0035]
对初选结果拉杆、叉梁或者斜拉杆进行处理：
[0036]
1)循环计算这些杆件与主杆的关系，如果只有一个交点，那么精选为拉杆，计算空间2线段交点方式如下：假设杆件1两端点坐标a(x1,y1,z1)和b(x2,y2,z2)，杆件2两端点坐标c(x3,y3,z3)和d(x4,y4,z4),交点坐标o(x5,y5,z5)，
[0037]
(x5,y5,z5)＝(x1,y1,z1)+k1(x2-x1,y2-y1,z2-z1)，
[0038]
(x5,y5,z5)＝(x3,y3,z3)+k2(x4-x3,y4-y3,z4-z3)，
[0039]
x5＝x1+k1(x2-x1)＝x3+k2(x4-x3)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0040]
y5＝y1+k1(y2-y1)＝y3+k2(y4-y3)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0041]
z5＝z1+k1(z2-z1)＝z3+k2(z4-z3)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0042]
其中，k1为杆件1端点a到交点o的距离与杆件1长度的比值，k2为杆件2端点c到交点o的距离与杆件2长度的比值，
[0043]
联立式
⑴⑵⑶
，解得空间直线是否存在交点及交点坐标值，
[0044]
2)如果存在两个交点，并且存在对称杆件，精选为叉梁，
[0045]
3)如果存在两个交点，并且不存在对称杆件,精选为斜拉杆；
[0046]
对初选结果横担或者横梁处理：
[0047]
1)循环计算这些杆件与主杆的关系，如果只有一个交点，精选为横担，
[0048]
2)如果存在两个交点，且两个交点等于杆件自身端点，并且不存在其他杆件与之对接，精选为横梁，
[0049]
3)剩下的精选为横担。
[0050]
作为本实施例一种可能的实现方式，杆件对接就是为两个杆件首尾坐标相同，并且处于同一空间直线上；判断杆件是否对接的过程为：假设杆件1和杆件2首尾坐标相同，杆件1两端点坐标a(x1,y1,z1)和b(x2,y2,z2)，杆件2两端点坐标b(x2,y2,z2)和c(x3,y3,z3)，计算时，只需要判断空间杆件ab距离+bc距离＝ac距离，如果等式成立，那么说明存在对接杆件，否则不存在对接杆件。
[0051]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述以图形+表格的形式展示识别出的杆件，包括：
[0052]
1)表格中显示杆件左右端点坐标及杆件类型；
[0053]
2)图形中以网格形式绘制虚拟地面，使用不同颜色绘制出所有已识别杆件；
[0054]
3)当用户在表格中选中某杆件时，图形中此杆件绘制显示为亮红色；
[0055]
4)允许对杆件类型进行手动更改。
[0056]
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
[0057]
本发明设计的输电线路钢管杆塔，保证在复杂模型的情况下，还原出最优设计模型。
[0058]
本发明输电线路钢管杆塔的设计方法，自动化程度高，模型识别准确性强；采用可视化图形+表格设计，用户可以非常方便的进行杆件微调；按照模型布置还原综合考虑，可以降低钢管杆设计的成本。
附图说明
[0059]
图1是根据一示例性实施例示出的一种输电线路钢管杆塔的结构示意图。
[0060]
图2是根据一示例性实施例示出的一种输电线路钢管杆塔的设计方法的流程图；
[0061]
图3是根据一示例性实施例示出的一种gim文件组织结构示意图；
[0062]
图4是根据一示例性实施例示出的一种mod文件示例示意图；
[0063]
图5是根据一示例性实施例示出的一种识别出gim几何模型中的杆件信息展示图；
[0064]
图6是根据一示例性实施例示出的一种空间坐标计算示例图。
[0065]
图1中，1、主杆一；2、主杆二；3、型钢横担；4、拉线一；5、拉线二；6、拉线三；7、拉线四；8、叉梁一；9、叉梁二；10、导线挂点一；11、导线挂点二；12、导线挂点三。
具体实施方式
[0066]
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0067]
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0068]
如图1所示，本发明实施例提供的一种输电线路钢管杆塔，包括主杆一1和主杆二2两个主杆、型钢横担3、拉线和叉梁，所述主杆一1和主杆二2垂直设置且相互平行，所述型钢横担3固定在两个主杆的上端，所述型钢横担3与两个主杆的连接处设置有拉线，在型钢横担下方的两个主杆上设置有至少一组叉梁。
[0069]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述拉线至少4条：拉线一4、拉线二5、拉线三6和拉线四7，每个主杆上至少设置两条拉线。
[0070]
作为本实施例一种可能的实现方式，每组叉梁包括两个交叉设置的叉梁一8和叉梁二9。
[0071]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述型钢横担上设置有三个导线挂点：导线挂点一10、导线挂点二11和导线挂点三12。
[0072]
如图2所示，本发明实施例提供的一种输电线路钢管杆塔的设计方法，包括以下步骤：
[0073]
步骤1，获取gim模型中的所有点和杆件信息。
[0074]
如图3和图4所示，标准格式文件存储的数据包括:几何模型单元(*.mod)、组合模型(*.phm)、物理模型(*.dev)、逻辑模型(*.sch)、工程模型(*.cbm)以及属性信息(*.fam)。标准格式文件按照四个目录结构进行存储，见图4。文件采用guid作为唯一标识。所有文件统一采用utf-8编码。标准格式文件通过引用方式建立各层级之间的关系。gim文件解压后可以找到几何模型*.mod文件，该模型文件分为单线几何模型和放样模型。*.mod文件中的杆件信息以坐标点的形式呈现，如点的描述：p(点),1(点号),750.000(x坐标),0.000(y坐标),15481.238(z坐标)；杆件的描述：r(杆),3(点号1),23(点号2)。本发明只针对单线几何模型进行处理。
[0075]
步骤2，进行杆件初选，初选出3类杆件。
[0076]
所述3类杆件包括主杆或者拉线，叉梁、拉杆或者斜拉杆，横担或者横梁；
[0077]
2.1对比杆件两端点的高度，如果两点高度一致，说明杆件是水平的，将水平杆件初选为横担或者横梁；
[0078]
2.2对比杆件两端点的坐标，如果x,y坐标相同，z坐标不同，说明它是竖直的，计算当前杆件长度，小于1000mm的精选为地线支架，否则初选为主杆或者拉线；
[0079]
2.3利用空间三角关系，计算杆件与地面夹角α，大于70度，初选为
①
主杆或者拉线；所述杆件与地面夹角α的计算公式为：
[0080][0081]
式中，h为两端点高差，h＝|z1-z2|,
[0082]
l为两端点距离，
[0083]
(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)为杆件端点的坐标；
[0084]
2.4获取杆件两端点z坐标，如果存在一个点的z坐标为0，说明当前杆件存在地面点，初选为
①
主杆或者拉线；
[0085]
2.5剩下的杆件初选为
②
拉杆，叉梁或者斜拉杆。
[0086]
步骤3，根据初选结果分步进行杆件精选。
[0087]
3.1对初选结果主杆或者拉线进行处理：
[0088]
1)计算杆件与地面角度，竖直于地面的精选为主杆，
[0089]
2)循环比对其他杆件，包含最高点坐标的精选为主杆，
[0090]
3)循环杆件，包含地面以下点坐标的精选为主杆，
[0091]
4)循环比对其他杆件，查找是否存在对称杆件，存在并且角度最大的精选为主杆，
[0092]
5)剩下的精选为拉线；
[0093]
3.2对初选结果拉杆、叉梁或者斜拉杆进行处理：
[0094]
1)循环计算这些杆件与主杆的关系，如果只有一个交点，那么精选为拉杆，如图6所示，计算空间2线段交点方式如下：假设杆件1两端点坐标a(x1,y1,z1)和b(x2,y2,z2)，杆件2两端点坐标c(x3,y3,z3)和d(x4,y4,z4),交点坐标o(x5,y5,z5)，
[0095]
(x5,y5,z5)＝(x1,y1,z1)+k1(x2-x1,y2-y1,z2-z1)，
[0096]
(x5,y5,z5)＝(x3,y3,z3)+k2(x4-x3,y4-y3,z4-z3)，
[0097]
x5＝x1+k1(x2-x1)＝x3+k2(x4-x3)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0098]
y5＝y1+k1(y2-y1)＝y3+k2(y4-y3)
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(2)
[0099]
z5＝z1+k1(z2-z1)＝z3+k2(z4-z3)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0100]
其中，k1为杆件1端点a到交点o的距离与杆件1长度的比值，k2为杆件2端点c到交点o的距离与杆件2长度的比值，
[0101]
联立式
⑴⑵⑶
，解得空间直线是否存在交点及交点坐标值，
[0102]
2)如果存在两个交点，并且存在对称杆件，精选为叉梁，
[0103]
3)如果存在两个交点，并且不存在对称杆件,精选为斜拉杆；
[0104]
3.3对初选结果横担或者横梁处理：
[0105]
1)循环计算这些杆件与主杆的关系，如果只有一个交点，精选为横担，
[0106]
2)如果存在两个交点，且两个交点等于杆件自身端点，并且不存在其他杆件与之对接，精选为横梁，杆件对接就是为两个杆件首尾坐标相同，并且处于同一空间直线上；判断杆件是否对接的过程为：假设杆件1和杆件2首尾坐标相同，杆件1两端点坐标a(x1,y1,z1)和b(x2,y2,z2)，杆件2两端点坐标b(x2,y2,z2)和c(x3,y3,z3)，计算时，只需要判断空间杆件ab距离+bc距离＝ac距离，如果等式成立，那么说明存在对接杆件，否则不存在对接杆件；
[0107]
3)剩下的精选为横担。
[0108]
步骤4，以图形+表格的形式展示识别出的杆件，如图1和图5所示。
[0109]
1)表格中显示杆件左右端点坐标及杆件类型；
[0110]
2)图形中以网格形式绘制虚拟地面，使用不同颜色绘制出所有已识别杆件；
[0111]
3)当用户在表格中选中某杆件时，图形中此杆件绘制显示为亮红色；
[0112]
4)允许对杆件类型进行手动更改。
[0113]
步骤5，根据杆件模型信息进行钢管杆计算。
[0114]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种输电线路钢管杆塔，其特征在于，包括两个主杆、型钢横担、拉线和叉梁，所述两个主杆垂直设置且相互平行，所述型钢横担固定在两个主杆的上端，所述型钢横担与两个主杆的连接处设置有拉线，在型钢横担下方的两个主杆上设置有至少一组叉梁。2.根据权利要求1所述的输电线路钢管杆塔，其特征在于，每组叉梁包括两个交叉设置的叉梁。3.根据权利要求1所述的输电线路钢管杆塔，其特征在于，所述型钢横担上设置有三个导线挂点。4.根据权利要求1-3任意一项所述的输电线路钢管杆塔，其特征在于，所述拉线至少4条，每个主杆上至少设置两条拉线。5.一种输电线路钢管杆塔的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：获取gim模型中的所有点和杆件信息；进行杆件初选，初选出3类杆件；所述3类杆件包括主杆或者拉线，叉梁、拉杆或者斜拉杆，横担或者横梁；根据初选结果分步进行杆件精选；以图形+表格的形式展示识别出的杆件；根据杆件模型信息进行钢管杆计算。6.根据权利要求5所述的输电线路钢管杆塔的设计方法，其特征在于，所述进行杆件初选，初选出3类杆件，包括：对比杆件两端点的高度，如果两点高度一致，说明杆件是水平的，将水平杆件初选为横担或者横梁；对比杆件两端点的坐标，如果x,y坐标相同，z坐标不同，说明它是竖直的，计算当前杆件长度，小于1000mm的精选为地线支架，否则初选为主杆或者拉线；利用空间三角关系，计算杆件与地面夹角α，大于70度，初选为
①
主杆或者拉线；获取杆件两端点z坐标，如果存在一个点的z坐标为0，说明当前杆件存在地面点，初选为
①
主杆或者拉线；剩下的杆件初选为
②
拉杆，叉梁或者斜拉杆。7.根据权利要求6所述的输电线路钢管杆塔的设计方法，其特征在于，所述杆件与地面夹角α的计算公式为：式中，h为两端点高差，h＝|z1-z2|,l为两端点距离，(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)为杆件端点的坐标。8.根据权利要求5所述的输电线路钢管杆塔的设计方法，其特征在于，所述根据初选结果分步进行杆件精选，包括：对初选结果主杆或者拉线进行处理：1)计算杆件与地面角度，竖直于地面的精选为主杆，2)循环比对其他杆件，包含最高点坐标的精选为主杆，
3)循环杆件，包含地面以下点坐标的精选为主杆，4)循环比对其他杆件，查找是否存在对称杆件，存在并且角度最大的精选为主杆，5)剩下的精选为拉线；对初选结果拉杆、叉梁或者斜拉杆进行处理：1)循环计算这些杆件与主杆的关系，如果只有一个交点，那么精选为拉杆，计算空间2线段交点方式如下：假设杆件1两端点坐标a(x1,y1,z1)和b(x2,y2,z2)，杆件2两端点坐标c(x3,y3,z3)和d(x4,y4,z4),交点坐标o(x5,y5,z5)，(x5,y5,z5)＝(x1,y1,z1)+k1(x2-x1,y2-y1,z2-z1)，(x5,y5,z5)＝(x3,y3,z3)+k2(x4-x3,y4-y3,z4-z3)，x5＝x1+k1(x2-x1)＝x3+k2(x4-x3)
ꢀꢀꢀ
(1)y5＝y1+k1(y2-y1)＝y3+k2(y4-y3)
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(2)z5＝z1+k1(z2-z1)＝z3+k2(z4-z3)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，k1为杆件1端点a到交点o的距离与杆件1长度的比值，k2为杆件2端点c到交点o的距离与杆件2长度的比值，联立式
⑴⑵⑶
，解得空间直线是否存在交点及交点坐标值，2)如果存在两个交点，并且存在对称杆件，精选为叉梁，3)如果存在两个交点，并且不存在对称杆件,精选为斜拉杆；对初选结果横担或者横梁处理：1)循环计算这些杆件与主杆的关系，如果只有一个交点，精选为横担，2)如果存在两个交点，且两个交点等于杆件自身端点，并且不存在其他杆件与之对接，精选为横梁，3)剩下的精选为横担。9.根据权利要求5所述的输电线路钢管杆塔的设计方法，其特征在于，杆件对接就是为两个杆件首尾坐标相同，并且处于同一空间直线上；判断杆件是否对接的过程为：假设杆件1和杆件2首尾坐标相同，杆件1两端点坐标a(x1,y1,z1)和b(x2,y2,z2)，杆件2两端点坐标b(x2,y2,z2)和c(x3,y3,z3)，计算时，只需要判断空间杆件ab距离+bc距离＝ac距离，如果等式成立，那么说明存在对接杆件，否则不存在对接杆件。10.根据权利要求5-9任意一项所述的输电线路钢管杆塔的设计方法，其特征在于，所述以图形+表格的形式展示识别出的杆件，包括：1)表格中显示杆件左右端点坐标及杆件类型；2)图形中以网格形式绘制虚拟地面，使用不同颜色绘制出所有已识别杆件；3)当用户在表格中选中某杆件时，图形中此杆件绘制显示为亮红色；4)允许对杆件类型进行手动更改。

技术总结
本发明公开了一种输电线路钢管杆塔及其设计方法，杆塔包括两个主杆、型钢横担、拉线和叉梁，所述两个主杆垂直设置且相互平行，所述型钢横担固定在两个主杆的上端，所述型钢横担与两个主杆的连接处设置有拉线，在型钢横担下方的两个主杆上设置有至少一组叉梁。设计方法包括以下步骤：获取GIM模型中的所有点和杆件信息；进行杆件初选，初选出3类杆件；根据初选结果分步进行杆件精选；以图形+表格的形式展示识别出的杆件；根据杆件模型信息进行钢管杆计算。本发明的设计方法自动化程度高，模型识别准确性强；采用可视化图形+表格设计，用户可以非常方便的进行杆件微调；按照模型布置还原综合考虑，可以降低钢管杆设计的成本。可以降低钢管杆设计的成本。可以降低钢管杆设计的成本。


技术研发人员：伦崔巍 李睿 娄凤强 张福友 李乐蒙 王佳科 汤晓先 姜海英 丛恒 刘玉海 谢鹏 刘欣 陈莉 褚夫飞 田鑫娜
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司建设公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/22