一種全參數(shù)化三維桿塔建模方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全參數(shù)化三維輸電線路桿塔的建模方法，該方法基于桿塔類(lèi)型抽象出構(gòu)成桿塔的所有節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行編號(hào)，利用與桿塔工程參數(shù)相關(guān)的函數(shù)表達(dá)式描述每個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后通過(guò)節(jié)點(diǎn)配對(duì)的形式描述每根鋼材的三維空間位置，實(shí)現(xiàn)三維桿塔模型的創(chuàng)建。按照本發(fā)明的建模方法，輸入不同桿塔工程參數(shù)，桿塔三維模型自動(dòng)調(diào)整，極大降低了桿塔三維模型建模的工作量和修改的工作量，提高了三維模型的建模效率和準(zhǔn)確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全參數(shù)化三維桿塔建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高電壓【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全參數(shù)化三維桿塔建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為輸電線路的支撐設(shè)備，桿塔廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。根據(jù)實(shí)際桿塔所得到的 三維桿塔模型，適用于各種情況下的過(guò)電壓分析仿真中；能夠快速，正確的對(duì)三維桿塔進(jìn)行 建模是過(guò)電壓分析的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。以往對(duì)三維桿塔的建模方法主要是通過(guò)將桿塔等效為 多段導(dǎo)體組成的系統(tǒng)，輸入每段導(dǎo)體的兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)完成建模。這種建模方法存在著 以下問(wèn)題：當(dāng)桿塔的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)重新輸入；在一些分析中需要 完成三維桿塔的批量建模，比如說(shuō)在防雷分析中需要考慮桿塔取不同呼稱(chēng)高度的情況，就 需要對(duì)每個(gè)桿塔輸入所有的線段端點(diǎn)坐標(biāo)。這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致建模人員工作量大，效率低 而且容易出錯(cuò)。所以，迫切地需要一種高效，簡(jiǎn)潔并且易于編輯與修改的三維桿塔的建模方 法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種全參數(shù)化桿塔建模方 法，其目的在于高效、準(zhǔn)確地構(gòu)建出桿塔模型。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種全參數(shù)化三維桿塔建模方 法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] (1)獲取桿塔工程參數(shù)
[0006] 根據(jù)輸電線路設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)桿塔工程參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注和命名，所述桿塔工程參數(shù)的 選取滿足下述原則：
[0007] (i)其值可直接從圖紙尺寸讀出或者由幾個(gè)尺寸組合給出；
[0008] (ii)其有益于各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的表達(dá)簡(jiǎn)單化；即參量越少越好，但要能充分表達(dá)桿塔 的模型；
[0009] (2)獲取由所述桿塔工程參數(shù)表達(dá)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)：
[0010] (2-1)抽象出構(gòu)成桿塔的所有節(jié)點(diǎn)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成的線段要能 形成整個(gè)桿塔的模型；
[0011] (2-2)定義坐標(biāo)原點(diǎn)，利用與所述桿塔工程參數(shù)相關(guān)的函數(shù)表達(dá)式描述由所述步 驟（2)中得到的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，形成節(jié)點(diǎn)集合；
[0012] (2-3)根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)命名，確定構(gòu)成桿塔每根鋼材的節(jié)點(diǎn)對(duì)，形成描述桿塔 整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)對(duì)集合；
[0013] ⑶完成建模
[0014] 輸入所述工程參數(shù)，生成桿塔三維模型坐標(biāo)，并展示三維桿塔模型。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中得到的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)包括五類(lèi)，分別為：
[0016] 第一類(lèi)點(diǎn)：可以直接用所述桿塔工程參數(shù)表示；
[0017] 第二類(lèi)點(diǎn)：位于端點(diǎn)是第一類(lèi)點(diǎn)的鋼材線段上并已知某一維度的坐標(biāo)；
[0018] 第三類(lèi)點(diǎn)：已知兩個(gè)維度的坐標(biāo)，第三維度的坐標(biāo)可以直接由第一類(lèi)或者第二類(lèi) 點(diǎn)的坐標(biāo)讀取；
[0019] 第四類(lèi)點(diǎn)：位于端點(diǎn)是第二類(lèi)或第三類(lèi)點(diǎn)的線段上并已知某一維度的坐標(biāo)；
[0020] (V)已知兩個(gè)維度的坐標(biāo)，第三維度的坐標(biāo)可以直接由第（iv)類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)讀取。
[0021] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的表示是按照下列流程：
[0022] (i)直接根據(jù)桿塔工程參數(shù)表示所述第一類(lèi)點(diǎn)；
[0023] (ii)根據(jù)端點(diǎn)為所述第一類(lèi)點(diǎn)的鋼材線段的函數(shù)表達(dá)式以及節(jié)點(diǎn)的某一維度坐 標(biāo)確定第二類(lèi)點(diǎn)；
[0024] (iii)根據(jù)第一類(lèi)和第二類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)確定第三類(lèi)點(diǎn)；
[0025] (iv)根據(jù)第二類(lèi)或第三類(lèi)點(diǎn)為端點(diǎn)的線段確定第四類(lèi)點(diǎn)；
[0026] (V)根據(jù)第四類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)確定第五類(lèi)點(diǎn)。。
[0027] 體而言，按照本發(fā)明的全工程參數(shù)化三維桿塔建模方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)主要具有 以下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明將三維桿塔模型參數(shù)化，三維桿塔模型僅依賴(lài)于用戶所輸入的描述桿塔幾 何尺寸的工程參數(shù)。輸入不同桿塔工程參數(shù)，桿塔三維模型自動(dòng)調(diào)整，極大地降低了桿塔三 維模型建模的工作量和修改的工作量，提高了桿塔三維模型的建模效率和準(zhǔn)確度。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具體為：1)可操作性強(qiáng)，用戶只需要對(duì)桿塔幾何尺寸參數(shù)進(jìn)行配置 便可完成建模工作；2)效率高，不需要對(duì)桿塔每段線段端點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行讀取并輸入，避免 了以往桿塔建模的繁瑣。3)易于修改與編輯：當(dāng)桿塔發(fā)生變化時(shí)只需修改相關(guān)參數(shù)便可自 動(dòng)生成新的桿塔模型。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的全工程參數(shù)化桿塔三維建模的流程框圖；
[0031] 圖2為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的分類(lèi)以及表示流程框圖；
[0032]圖3為按照本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)建模的示例單回耐張塔圖紙；
[0033]圖4為按照本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)建模的示例的節(jié)點(diǎn)編號(hào)以及桿塔工程參數(shù)標(biāo)注；
[0034] 圖5為按照本發(fā)明實(shí)施例中的示例的三維桿塔模型展示圖

【具體實(shí)施方式】
[0035] 本發(fā)明的一種全參數(shù)化三維桿塔建模方法，以如圖3尺寸和形狀的單回耐張塔為 實(shí)施例，對(duì)其進(jìn)行三維建模。包括以下步驟：
[0036] (1)對(duì)輸電線路桿塔工程參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注和命名
[0037] 根據(jù)輸電線路設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)桿塔工程參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注和命名。桿塔工程參數(shù)的選取 滿足下述原則：（i)參數(shù)的值可直接從圖紙尺寸讀出或者由幾個(gè)尺寸組合給出（ii)參數(shù)有 益于各點(diǎn)坐標(biāo)的表達(dá)簡(jiǎn)單化。在本例中，所選取的參量包括：hl，h2,h3,h4,h5,h6,h7,H，L1， L2,L3,L4,L5,dl，d2,D。見(jiàn)圖4,以穿過(guò)桿塔底部中心沿z軸的直線定義為桿塔的中心線，其 中hi為第一層橫擔(dān)的豎直高度，h2為第一層橫擔(dān)最底端到第二層橫擔(dān)最頂端的距離，h3為 第二層橫擔(dān)的豎直高度，h4為第二層橫擔(dān)最外側(cè)的高度，h5為第二層橫擔(dān)最底端到桿塔支 架轉(zhuǎn)折處的距離，dl為桿塔頂部正方形的邊長(zhǎng)，d2為桿塔支架轉(zhuǎn)折處正方形的邊長(zhǎng)，h6為 桿塔底座到桿塔支架轉(zhuǎn)折處的距離，h7為桿塔底座的高度，D為桿塔基礎(chǔ)根開(kāi)，Ll為桿塔中 心線到第一層橫擔(dān)一個(gè)端點(diǎn)的長(zhǎng)度，L2為桿塔中心線到第一層橫擔(dān)另外一端點(diǎn)的長(zhǎng)度，L3 為第二層橫擔(dān)內(nèi)側(cè)端點(diǎn)到桿塔中心線之間的距離，L4為第二層橫擔(dān)內(nèi)側(cè)端點(diǎn)與外側(cè)端點(diǎn)之 間的距離，L5為第二層橫擔(dān)最外側(cè)端點(diǎn)到桿塔中心線的距離，H為桿塔呼稱(chēng)高度。
[0038] (2)獲取由所述桿塔工程參數(shù)表達(dá)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)
[0039] (2-1)抽象出構(gòu)成輸電線路桿塔的所有節(jié)點(diǎn)，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，如圖4所示， 比如Pl，P2,P3,P4為沿逆時(shí)針?lè)较驐U塔底部四個(gè)點(diǎn)，P4(P3)括號(hào)里面表示這個(gè)點(diǎn)與括號(hào)外 面的點(diǎn)沿紙面軸對(duì)稱(chēng)。此外，對(duì)一些不是桿塔節(jié)點(diǎn)的特殊點(diǎn)進(jìn)行定義，如P53和P54,這兩個(gè) 點(diǎn)是桿塔頂部中點(diǎn)，可能是仿真過(guò)程中電流源的注入點(diǎn)，先定義以作拓展，其余圖4上所有 節(jié)點(diǎn)的編號(hào)如圖4所示。
[0040] (2-2)定義坐標(biāo)原點(diǎn)
[0041] 為得到各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，首先要用戶自己定義坐標(biāo)原點(diǎn)，先假設(shè)桿塔底部中心為坐 標(biāo)原點(diǎn)（〇, 〇, 〇)，在實(shí)際工程中可能存在坐標(biāo)原點(diǎn)并非在桿塔底部中心位置的情況，對(duì)這種 情況給每個(gè)點(diǎn)都增加偏移量MdYtl,Ztl)，其中MdYtl,Ztl)為桿塔底部中心的坐標(biāo)。
[0042] (2-3)描述節(jié)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)
[0043] 利用與桿塔工程參數(shù)相關(guān)的函數(shù)表達(dá)式描述每個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，形成桿塔 節(jié)點(diǎn)集合；
[0044]其中節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)可以分為以下五類(lèi)：
[0045] 第一類(lèi)點(diǎn)：可以直接用桿塔工程參數(shù)表示；
[0046] 第二類(lèi)點(diǎn)：位于端點(diǎn)是第一類(lèi)點(diǎn)的線段上并已知某一維度的參數(shù)；
[0047] 第三類(lèi)點(diǎn)：已知兩個(gè)維度的坐標(biāo)，第三維度的坐標(biāo)可以直接由第一類(lèi)或者第二類(lèi) 點(diǎn)的坐標(biāo)讀出；
[0048] 第四類(lèi)點(diǎn)：位于端點(diǎn)是第二類(lèi)或第三類(lèi)點(diǎn)的線段上并已知某一維度的參數(shù)；
[0049] 第五類(lèi)點(diǎn)：已知兩個(gè)維度的坐標(biāo)，第三維度的坐標(biāo)可以直接由第四類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)讀 出。
[0050] 如圖4所示，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的如上分類(lèi)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的表示方法：
[0051] (i)首先表達(dá)第一類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)，這些點(diǎn)的坐標(biāo)直接從圖中獲取，可以直接 用桿塔工程參數(shù)表示，比如Pl的坐標(biāo)點(diǎn)可以由工程參數(shù)根開(kāi)的寬度來(lái)進(jìn)行表達(dá)為 (0.5*D，0.5*D，0)，依次類(lèi)推，P2?P4，P13?P16，P29?P32各點(diǎn)都可以由步驟（1)中定 義的工程參數(shù)表達(dá)出。
[0052] (ii)根據(jù)同一條直線上點(diǎn)的幾何關(guān)系表達(dá)第二類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)，比如Pl和P13確定了 一條線段1，便可寫(xiě)出線段1的表達(dá)式，P5在1上，又已知P5的Z坐標(biāo)為h7，P5的X，Y坐標(biāo) 就可以直接根據(jù)1的表達(dá)式求出，如若Pl的坐標(biāo)為（XpyuZ1)Jn的坐標(biāo)為（x13,y13,Z13), X1 -XX, -X, ,V1-VV1 -V1. 則根據(jù)線段的斜率關(guān)系可以得到這樣就可以求得P5(x,y,h7) 〇
[0053] (iii)根據(jù)位置關(guān)系直接表達(dá)第三類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)，比如Ρ44,Ρ42的Y，Z坐標(biāo)可以直接 讀取，它們的X坐標(biāo)和Ρ20相同，而Ρ20又是第二類(lèi)點(diǎn)，它的坐標(biāo)已經(jīng)可以獲取，這樣Ρ44和 P42的坐標(biāo)均可表示，同時(shí)還有P52和P32,它們的X坐標(biāo)也相同，P52的Y，Z坐標(biāo)可以直接 讀取，Ρ32是第一類(lèi)點(diǎn)，所以Ρ52的坐標(biāo)也可獲得。
[0054] (iv)根據(jù)同一條直線上點(diǎn)的幾何關(guān)系表達(dá)第四類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)，比如Ρ39,它在端點(diǎn) 為P21和P23所確定的線段上，其中P21和P23分別為第二類(lèi)和第三類(lèi)點(diǎn)，根據(jù)P21和P23 所確定線段的表達(dá)式以及P39的Z坐標(biāo)，就可以得到P39的坐標(biāo)。
[0055] (V)根據(jù)位置關(guān)系直接表達(dá)第五類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)，比如P37,它的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)已知， 它和P39的X坐標(biāo)相同，P39是第四類(lèi)點(diǎn)，所以P37的坐標(biāo)可獲得。
[0056] (2-4)生成點(diǎn)對(duì)集合
[0057] 根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)命名，確定構(gòu)成桿塔每根鋼材的節(jié)點(diǎn)對(duì)，形成描述桿塔整體 結(jié)構(gòu)的點(diǎn)對(duì)集合；比如P51和P52,P52和P49,P49和P50,P50和P51分別為四個(gè)點(diǎn)對(duì)，它 們描述了最上層橫擔(dān)頂部的四根鋼材。
[0058] (6)三維桿塔模型生成與展示
[0059] 輸入描述桿塔幾何尺寸的工程參數(shù)，生成桿塔三維坐標(biāo)，并展示三維桿塔模型。三 維桿塔模型展示可以讓用戶檢查所建三維桿塔模型是否正確，便于修改，如圖5所示即是 根據(jù)上述的建模過(guò)程得到的模型。
[0060] 總而言之，按照本發(fā)明中的建模方法，在更改建模模型的時(shí)候無(wú)需重新輸入節(jié)點(diǎn) 的坐標(biāo)，而是通過(guò)輸入具體的工程參數(shù)即可構(gòu)建起整個(gè)桿塔模型。
[0061] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種全參數(shù)化三維桿塔建模方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)獲取桿塔工程參數(shù) 根據(jù)輸電線路設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)桿塔工程參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注和命名，所述桿塔工程參數(shù)的選取 滿足下述原則： (1) 其值可直接從圖紙尺寸讀出或者由幾個(gè)尺寸組合給出； (ii)其有益于各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的表達(dá)簡(jiǎn)單化；即參量越少越好，但要能充分表達(dá)桿塔的模 型； (2) 獲取由所述桿塔工程參數(shù)表達(dá)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)： (2-1)抽象出構(gòu)成桿塔的所有節(jié)點(diǎn)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成的線段要能形成 整個(gè)桿塔的模型； (2-2)定義坐標(biāo)原點(diǎn)，利用與所述桿塔工程參數(shù)相關(guān)的函數(shù)表達(dá)式描述由所述步驟 ⑵中得到的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，形成節(jié)點(diǎn)集合； (2-3)根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)命名，確定構(gòu)成桿塔每根鋼材的節(jié)點(diǎn)對(duì)，形成描述桿塔整體 結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)對(duì)集合； (3) 完成建模 輸入所述工程參數(shù)，生成桿塔三維模型坐標(biāo)，并展示三維桿塔模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維桿塔建模方法，其特征在于，所述步驟（2)中得到的節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)包括五類(lèi)，分別為： 第一類(lèi)點(diǎn)：可以直接用所述桿塔工程參數(shù)表示； 第二類(lèi)點(diǎn)：位于端點(diǎn)是第一類(lèi)點(diǎn)的鋼材線段上并已知某一維度的坐標(biāo)； 第三類(lèi)點(diǎn)：已知兩個(gè)維度的坐標(biāo)，第三維度的坐標(biāo)可以直接由第一類(lèi)或者第二類(lèi)點(diǎn)的 坐標(biāo)讀取； 第四類(lèi)點(diǎn)：位于端點(diǎn)是第二類(lèi)或第三類(lèi)點(diǎn)的線段上并已知某一維度的坐標(biāo)； (v)已知兩個(gè)維度的坐標(biāo)，第三維度的坐標(biāo)可以直接由第（iv)類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)讀取。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維桿塔建模方法，其特征在于，所述步驟（2)中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo) 的表示是按照下列流程： (i) 直接根據(jù)桿塔工程參數(shù)表示所述第一類(lèi)點(diǎn)； (ii) 根據(jù)端點(diǎn)為所述第一類(lèi)點(diǎn)的鋼材線段的函數(shù)表達(dá)式以及節(jié)點(diǎn)的某一維度坐標(biāo)確 定第二類(lèi)點(diǎn)； (iii) 根據(jù)第一類(lèi)和第二類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)確定第三類(lèi)點(diǎn)； (iv) 根據(jù)第二類(lèi)或第三類(lèi)點(diǎn)為端點(diǎn)的線段確定第四類(lèi)點(diǎn)； (V)根據(jù)第四類(lèi)點(diǎn)的坐標(biāo)確定第五類(lèi)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104504747SQ201410665823
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】趙賢根, 厲天威, 楊瑞, 賀恒鑫, 何俊佳, 羅兵, 呂金壯, 劉磊, 王國(guó)利 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 華中科技大學(xué)