CN104504747A - 一种全参数化三维杆塔建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全参数化三维输电线路杆塔的建模方法，该方法基于杆塔类型抽象出构成杆塔的所有节点，并进行编号，利用与杆塔工程参数相关的函数表达式描述每个节点的三维坐标，然后通过节点配对的形式描述每根钢材的三维空间位置，实现三维杆塔模型的创建。按照本发明的建模方法，输入不同杆塔工程参数，杆塔三维模型自动调整，极大降低了杆塔三维模型建模的工作量和修改的工作量，提高了三维模型的建模效率和准确度。

Description

一种全参数化三维杆塔建模方法

技术领域

本发明属于高电压技术领域，具体涉及一种全参数化三维杆塔建模方法。

背景技术

作为输电线路的支撑设备，杆塔广泛应用于电力***中。根据实际杆塔所得到的三维杆塔模型，适用于各种情况下的过电压分析仿真中；能够快速，正确的对三维杆塔进行建模是过电压分析的一个重要环节。以往对三维杆塔的建模方法主要是通过将杆塔等效为多段导体组成的***，输入每段导体的两个端点的坐标来完成建模。这种建模方法存在着以下问题：当杆塔的参数发生变化时，需要对每个点的坐标重新输入；在一些分析中需要完成三维杆塔的批量建模，比如说在防雷分析中需要考虑杆塔取不同呼称高度的情况，就需要对每个杆塔输入所有的线段端点坐标。这些问题都会导致建模人员工作量大，效率低而且容易出错。所以，迫切地需要一种高效，简洁并且易于编辑与修改的三维杆塔的建模方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全参数化杆塔建模方法，其目的在于高效、准确地构建出杆塔模型。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种全参数化三维杆塔建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取杆塔工程参数

根据输电线路设计图纸，对杆塔工程参数进行标注和命名，所述杆塔工程参数的选取满足下述原则：

(i)其值可直接从图纸尺寸读出或者由几个尺寸组合给出；

(ii)其有益于各节点坐标的表达简单化；即参量越少越好，但要能充分表达杆塔的模型；

(2)获取由所述杆塔工程参数表达的节点坐标：

(2-1)抽象出构成杆塔的所有节点，并对节点进行编号，节点之间构成的线段要能形成整个杆塔的模型；

(2-2)定义坐标原点，利用与所述杆塔工程参数相关的函数表达式描述由所述步骤(2)中得到的每个节点的三维空间坐标，形成节点集合；

(2-3)根据杆塔结构和节点命名，确定构成杆塔每根钢材的节点对，形成描述杆塔整体结构的节点对集合；

(3)完成建模

输入所述工程参数，生成杆塔三维模型坐标，并展示三维杆塔模型。

进一步地，所述步骤(2)中得到的节点坐标包括五类，分别为：

第一类点：可以直接用所述杆塔工程参数表示；

第二类点：位于端点是第一类点的钢材线段上并已知某一维度的坐标；

第三类点：已知两个维度的坐标，第三维度的坐标可以直接由第一类或者第二类点的坐标读取；

第四类点：位于端点是第二类或第三类点的线段上并已知某一维度的坐标；

(v)已知两个维度的坐标，第三维度的坐标可以直接由第(iv)类点的坐标读取。

进一步地，所述步骤(2)中的节点坐标的表示是按照下列流程：

(i)直接根据杆塔工程参数表示所述第一类点；

(ii)根据端点为所述第一类点的钢材线段的函数表达式以及节点的某一维度坐标确定第二类点；

(iii)根据第一类和第二类点的坐标确定第三类点；

(iv)根据第二类或第三类点为端点的线段确定第四类点；

(v)根据第四类点的坐标确定第五类点。。

体而言，按照本发明的全工程参数化三维杆塔建模方法相对于现有技术主要具有以下优点：

本发明将三维杆塔模型参数化，三维杆塔模型仅依赖于用户所输入的描述杆塔几何尺寸的工程参数。输入不同杆塔工程参数，杆塔三维模型自动调整，极大地降低了杆塔三维模型建模的工作量和修改的工作量，提高了杆塔三维模型的建模效率和准确度。

本发明的优点具体为：1)可操作性强，用户只需要对杆塔几何尺寸参数进行配置便可完成建模工作；2)效率高，不需要对杆塔每段线段端点的坐标进行读取并输入，避免了以往杆塔建模的繁琐。3)易于修改与编辑：当杆塔发生变化时只需修改相关参数便可自动生成新的杆塔模型。

附图说明

图1为按照本发明实现的全工程参数化杆塔三维建模的流程框图；

图2为按照本发明实现的节点坐标的分类以及表示流程框图；

图3为按照本发明实施例中实现建模的示例单回耐张塔图纸；

图4为按照本发明实施例中实现建模的示例的节点编号以及杆塔工程参数标注；

图5为按照本发明实施例中的示例的三维杆塔模型展示图

具体实施方式

本发明的一种全参数化三维杆塔建模方法，以如图3尺寸和形状的单回耐张塔为实施例，对其进行三维建模。包括以下步骤：

(1)对输电线路杆塔工程参数进行标注和命名

根据输电线路设计图纸，对杆塔工程参数进行标注和命名。杆塔工程参数的选取满足下述原则：(i)参数的值可直接从图纸尺寸读出或者由几个尺寸组合给出(ii)参数有益于各点坐标的表达简单化。在本例中，所选取的参量包括：h1,h2,h3,h4,h5,h6,h7,H,L1,L2,L3,L4,L5,d1,d2,D。见图4，以穿过杆塔底部中心沿z轴的直线定义为杆塔的中心线，其中h1为第一层横担的竖直高度，h2为第一层横担最底端到第二层横担最顶端的距离，h3为第二层横担的竖直高度，h4为第二层横担最外侧的高度，h5为第二层横担最底端到杆塔支架转折处的距离，d1为杆塔顶部正方形的边长，d2为杆塔支架转折处正方形的边长，h6为杆塔底座到杆塔支架转折处的距离，h7为杆塔底座的高度，D为杆塔基础根开，L1为杆塔中心线到第一层横担一个端点的长度，L2为杆塔中心线到第一层横担另外一端点的长度，L3为第二层横担内侧端点到杆塔中心线之间的距离，L4为第二层横担内侧端点与外侧端点之间的距离，L5为第二层横担最外侧端点到杆塔中心线的距离，H为杆塔呼称高度。

(2)获取由所述杆塔工程参数表达的节点坐标

(2-1)抽象出构成输电线路杆塔的所有节点，对各个节点进行编号，如图4所示，比如P1,P2,P3,P4为沿逆时针方向杆塔底部四个点，P4(P3)括号里面表示这个点与括号外面的点沿纸面轴对称。此外，对一些不是杆塔节点的特殊点进行定义，如P53和P54，这两个点是杆塔顶部中点，可能是仿真过程中电流源的注入点，先定义以作拓展，其余图4上所有节点的编号如图4所示。

(2-2)定义坐标原点

为得到各个点的坐标，首先要用户自己定义坐标原点，先假设杆塔底部中心为坐标原点(0,0,0)，在实际工程中可能存在坐标原点并非在杆塔底部中心位置的情况，对这种情况给每个点都增加偏移量M(X₀,Y₀,Z₀)，其中M(X₀,Y₀,Z₀)为杆塔底部中心的坐标。

(2-3)描述节点的三维空间坐标

利用与杆塔工程参数相关的函数表达式描述每个节点的三维空间坐标，形成杆塔节点集合；

其中节点的坐标可以分为以下五类：

第一类点：可以直接用杆塔工程参数表示；

第二类点：位于端点是第一类点的线段上并已知某一维度的参数；

第三类点：已知两个维度的坐标，第三维度的坐标可以直接由第一类或者第二类点的坐标读出；

第四类点：位于端点是第二类或第三类点的线段上并已知某一维度的参数；

第五类点：已知两个维度的坐标，第三维度的坐标可以直接由第四类点的坐标读出。

如图4所示，根据节点的如上分类，节点坐标的表示方法：

(i)首先表达第一类点的坐标，这些点的坐标直接从图中获取，可以直接用杆塔工程参数表示，比如P1的坐标点可以由工程参数根开的宽度来进行表达为(0.5*D,0.5*D,0)，依次类推，P2～P4,P13～P16,P29～P32各点都可以由步骤(1)中定义的工程参数表达出。

(ii)根据同一条直线上点的几何关系表达第二类点的坐标，比如P1和P13确定了一条线段l，便可写出线段l的表达式，P5在l上，又已知P5的Z坐标为h7，P5的X,Y坐标就可以直接根据l的表达式求出，如若P1的坐标为(x₁,y₁,z₁),P13的坐标为(x₁₃,y₁₃,z₁₃),则根据线段的斜率关系可以得到： $\frac{x_1-x}{z_1-h7}=\frac{x_1-x_{13}}{z_1-z_{13}},\frac{y_1-y}{z_1-h7}=\frac{y_1-y_{13}}{z_1-z_{13}}$ 这样就可以求得P5(x,y,h7)。

(iii)根据位置关系直接表达第三类点的坐标，比如P44,P42的Y,Z坐标可以直接读取，它们的X坐标和P20相同，而P20又是第二类点，它的坐标已经可以获取，这样P44和P42的坐标均可表示，同时还有P52和P32，它们的X坐标也相同，P52的Y,Z坐标可以直接读取，P32是第一类点，所以P52的坐标也可获得。

(iv)根据同一条直线上点的几何关系表达第四类点的坐标，比如P39,它在端点为P21和P23所确定的线段上，其中P21和P23分别为第二类和第三类点，根据P21和P23所确定线段的表达式以及P39的Z坐标，就可以得到P39的坐标。

(v)根据位置关系直接表达第五类点的坐标，比如P37，它的Y坐标和Z坐标已知，它和P39的X坐标相同，P39是第四类点，所以P37的坐标可获得。

(2-4)生成点对集合

根据杆塔结构和节点命名，确定构成杆塔每根钢材的节点对，形成描述杆塔整体结构的点对集合；比如P51和P52，P52和P49，P49和P50，P50和P51分别为四个点对，它们描述了最上层横担顶部的四根钢材。

(6)三维杆塔模型生成与展示

输入描述杆塔几何尺寸的工程参数，生成杆塔三维坐标，并展示三维杆塔模型。三维杆塔模型展示可以让用户检查所建三维杆塔模型是否正确，便于修改，如图5所示即是根据上述的建模过程得到的模型。

总而言之，按照本发明中的建模方法，在更改建模模型的时候无需重新输入节点的坐标，而是通过输入具体的工程参数即可构建起整个杆塔模型。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种全参数化三维杆塔建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取杆塔工程参数

根据输电线路设计图纸，对杆塔工程参数进行标注和命名，所述杆塔工程参数的选取满足下述原则：

(i)其值可直接从图纸尺寸读出或者由几个尺寸组合给出；

(ii)其有益于各节点坐标的表达简单化；即参量越少越好，但要能充分表达杆塔的模型；

(2)获取由所述杆塔工程参数表达的节点坐标：

(2-1)抽象出构成杆塔的所有节点，并对节点进行编号，节点之间构成的线段要能形成整个杆塔的模型；

(2-2)定义坐标原点，利用与所述杆塔工程参数相关的函数表达式描述由所述步骤(2)中得到的每个节点的三维空间坐标，形成节点集合；

(2-3)根据杆塔结构和节点命名，确定构成杆塔每根钢材的节点对，形成描述杆塔整体结构的节点对集合；

(3)完成建模

输入所述工程参数，生成杆塔三维模型坐标，并展示三维杆塔模型。

2.根据权利要求1所述的三维杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中得到的节点坐标包括五类，分别为：

第一类点：可以直接用所述杆塔工程参数表示；

第二类点：位于端点是第一类点的钢材线段上并已知某一维度的坐标；

第三类点：已知两个维度的坐标，第三维度的坐标可以直接由第一类或者第二类点的坐标读取；

第四类点：位于端点是第二类或第三类点的线段上并已知某一维度的坐标；

(v)已知两个维度的坐标，第三维度的坐标可以直接由第(iv)类点的坐标读取。

3.根据权利要求2所述的三维杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中的节点坐标的表示是按照下列流程：

(i)直接根据杆塔工程参数表示所述第一类点；

(ii)根据端点为所述第一类点的钢材线段的函数表达式以及节点的某一维度坐标确定第二类点；

(iii)根据第一类和第二类点的坐标确定第三类点；

(iv)根据第二类或第三类点为端点的线段确定第四类点；

(v)根据第四类点的坐标确定第五类点。