勘测、设计和维护电力线的设备及其方法的改进

摘要

地面电力线勘测设备，包括用于测量从线路上垂直离开的点和将这些点连起来形成在线路两侧一定距离内的纵向断面的计算装置。该计算装置还能够以两维和三维的形式绘出与线路相交的地形断面图。通过两套坐标或一套坐标和象限角可以测量记录沿电力线的准直状态。参考前面测得的点可以将卷尺测量或估算测量加到数据文件中。辅助进行电力线设计的设备为确定架线杆上的载荷和选择能承受该载荷的电杆提供了方便。

说明书

本发明涉及架空电力线的勘测方法，而且尤其是涉及用于架空电力线设计和维护的勘测方法，其包括通过远离线路的点对线路进行勘测从而记录线路的路径和线路附近的局部地形。

通常，对现有电力线或规划的电力线的路径所进行的勘测局限于沿线路路径从线路上的一点瞄准另一点来跟踪电力线的路径。传统的方法只能很有限地考虑局部地形特点，例如道路、房屋等。在电力线勘测中所进行的测量通常是用手工记录在记录本中并在一定时间之后进行计算得出测点的两维座标，例如沿线的高度和距离。然后用传统的制图技术将这些座标绘出。如果需要将该数据输入计算系统，则要用手工输入。此后可以在该曲线图上确定所规划的电力线所需的支撑构件的位置。随之标出导线并检查其距地面的距离。如果已经获得足够的距离，那么该设计就被接受并指定相应的材料以便进行铺设。

以该内容为基础的系统有以下一些缺点。即：

-整个设计过程采用二维数据而实际上应该使用三维数据

-改变所规划的设计费时且费用高。

-整个过程很慢。

-数据输入和座标及绘图的手工计算容易出现错误。

-勘测技术要求将沿所规划的路径的走廊地带的草木植物完全清除以便建立一个清晰的视野。

-勘测技术完全不考虑线路路径以外的地形。

-设计过程是在比例图中进行的，而不是以实际比例，因此由于所绘制的地形不清楚，可能会引入误差。

-导线是用固定参数设计的。相对于所要考虑的各种限制，这些参数是不能轻易改变的。

-在设计被接受之前不计算所规划的线路的费用。

利用U.K专利申请号2，230，090A和U.S专利申请序列号07/741114中公开的电力线勘测装置和方法可以克服上述缺点。

在这些专利申请中描述的电力线程序是一种专用的程序模块，它可以在任何合适的程序编制环境中运行，例如可以在专利申请号为2202871A，题为“勘测数据记录的方法和装置”的U.K专利申请中公开的发明所描述的环境中运行，该专利文献在下文中作为参考文献。

U.K专利申请2230090A号和USSN07/741114中公开的电力线勘测系统是一套用于对架空电力线进行辅助设计和维护的计算机程序。它覆盖了设计过程的所有方面，即从对所规划的路径的最初地形测量到确定精确的支撑构件位置和导线类型、考虑预期的费用和有关安全标准及工业上的指导路线，直至到最后架设阶段所需的装配和检查线路的张力等。这套程序的一个重要特征是它不是在完成架设阶段后就结束，而是继续对已架设的线路通过各种配件的目检进行有关损耗或损坏方面的检查和在需要时通过重新勘测进行检查。此外，它不局限于新架设的线路，而是同样为已有线路的勘测和已有支撑构件的监视提供了方便，在此只要使它们进入系统即可。所有这些功能都可以在单独一套综合程序中实现而且它们都引用一个单独的数据库。

野外勘测程序允许被测的线路路径不仅可以处在线路自身的真实位置上，而且还可以处在远离线路的路径但以该路径为参照物的其它地方。然而这并没有排除利用点的变化来获得合适的高度和距离信息的传统勘测技术，而是通过目前允许的以这种方式对观察站的全部三维位置进行计算对其作了补充。此外还提供了一种灵活性，即，作为变换方法设有直接从一个站进入下一个站传送三维位置信息的传统的转换技术。

在野外勘测期间，通过使用新的电力线勘测技术很容易确立全部难接近点的位置，该勘测包括，用两个容易接近的点确定包含所需点的竖向平面，然后直接瞄准所需的点并计算它的位置。

对已有电力线整修后的勘测而言，野外勘测程序可以在勘测仪仍在野外的情况下对已有的支撑构件进行监测并将所得数据与设计数据库信息进行比较。

所有位置数据均以三维座标的形式进行记录。当然也可以使用传统的二维输出以便与已有的工作习惯和格式保持一致。

可以将用野外计算机收集的勘测数据直接或通过存储介质送入建在办公室中的设计系统。将每个数据插入到数据串中并作为特定地形的基准点。这意味着，当数据被传送穿过并到达办公室设计系统时，接收程序将读出该信息并用数据库信息对其进行适当地确定。由此，接收程序便建立了一个适合于专用计算机辅助设计（CAD）系统的数据文件。

然后可以将支撑构件的位置和类型加到该设计文件中。将这些支撑构件信息直接从参考程序库转移到数据库。这意味着，可以马上获得每种构件的确切尺寸、承载、结构和费用。

一旦确立了支撑构件，就可以开始设计导线。为此，编制了一个专用程序，该程序采用了导线所确定的曲线的复杂数学公式并绘出了导线的位置。还可以划出确定线路最小间距的阴影，由此可迅速检查对地距离。某些地形（例如道路）需要比该最小距离大的间距。这些间距可由设计工程师用CAD主系统提供的作为标准的最小距离函数进行检查。

导线程序包含各种有效的导线数据并允许设计工程师选择最合适的一个。设计工程师还可以改变等效跨度（与张力点之间的距离有关）、工作温度、覆冰载荷和风力条件，由此来检验在极端条件下的对地距离。

在设计过程的其它阶段中，要对所设计的线路进行检查以确保其满足所有必要的安全标准，然后根据所需的设备和所估算的架设费用对设计线路的成本进行估算。可以将所需的设备列成一个表格以便将来订货使用。

如果在设计和检查期间的任何时间里要作某种改动的话，可以将该改动迅速反映到显示出的图表中并且可以按照安全标准迅速地检查对地距离和费用。

使用标准的CAD系统绘图装置可以在任何时候获得具有完整的注释说明和严格示图形式的原始底图。

可以将该图送给主管施工过程的工程师。在此基础上可以安放支撑构件。然后可以架设导线。为了检验所需的张力是否正在正确施加，还应用手持式野外计算器对导线进行计算。这样可以使工程师根据所施加的张力来确定导线应该下垂多少（考虑当时的温度条件）。

如果在后序阶段需要修正地形以适应需架设地带的任何局部地理变化的话，使用同一个野外勘测系统就可以迅速完成这种修正。将新的勘测数据送至主办公室并将其重叠在原型上，立刻显示出所发生的任何变化。这些更改的效果可以瞬间显示出。然后可以迅速地对更改结果进行确定和成本估算。

另一个特征是，如果在某些阶段，计划对局部地理状况进行改变（例如，建适一条新路或当地住户要求扩建房屋），如果该改变是很重要的，那么这些变化的效果可以在实际架设开始之前和对所规划的架设线路路径作相应的更改之前予以确定。

对线路的日常维护而言，编制了适合野外计算机的线路巡查程序，该计算机可以收集目测得到的较正信息。该数据一旦回到主办公室便加到数据库中。不仅可以把相应的修补或进一步目测或勘测的点列成表格，而且还可以把它们的位置标在附近的曲线图或平面图上以便节省维修阶段的实际时间。

最后，可以在重新勘测时利用垂度和张力程序当场检查线路的张力。在根本不必观察线路的情况下就可以检查任何点之间的距离（在地面处或在一些其它高度例如树顶）。这种模式的另一个优点是，在地面距离很小的地方不仅可以在普通的天气条件下对该距离进行检查而且这种检查还可以在糟糕的气候情况下进行。

在办公室计算机上运行的几套电杆线路和铁塔线路程序为架空线工程师提供了设计和维护某一环境下的架空线所需的所有工具，该系统充分开放以使已经完成的设计进入其它的可插入其更改信息的部分。

综合程序在主CAD环境下运行，而电杆线路/铁塔线路数据和图形可以在无需带对话过程和不产生损失信息的独立单元中传输，它们利用了使同一CAD综合程序运行的计算机，而与硬件无关。

本发明提供了一些在U.K2230090A和US07/741114公开的系统的范围内有关电力线勘测、设计和维护方面的改进。这些改进特别涉及在野外进行的勘测步骤和在电力线设计阶段和绘图期间进行的步骤。

而且，本发明提供了一种地面电力线勘测的设备，其包括除了测量严格处于电力线路径上的点之外还测量电力线路径之外的点的装置，和用于制作线路和线路周围地带的二维和三维图象的装置，借此可以在以线路本身的实际路径为参照物但不必严格处在该路径上的位置处观测电力线下面的大地断面，其特征在于，该设备中设置了用于测量线路的某个垂直距离上的点的装置，和用于将这些测点连在一起形成线路两侧特定距离的纵向断面的装置。

比较合适的是，该设备进一步包括通过测量地形与线路相交处的交点和角度或象限角以及地形与线路两侧的高程差来确定与线路相交的地形的二维和三维尺寸的装置。

优选地，该地形是竖向地形，而且可以利用把地形的底部和顶部延伸到线路的两侧以曲线图来表示该地形。

有利的是，该设备包括用于确定电力线和仪器位置初始准直状态的装置，该仪器位置以电力线的路径为参照物但并不严格处在该路径上，其特征在于，该设备设有用于测量两套座标或一套座标和象限角和/或测链长度以及基准值和向前的水平角的装置和用于通过测量以电力线的路径为参照物但并不严格处在其上的座标点来计算线路象限角的装置。

合适的是，增加用卷尺或估算的方式参照预先测得的点对线路进行测量，其特征是，设置有用于确定一点或多点相对于线路的距离、高程差和象限角或角度的装置。

本发明还提供了电力线设计设备，该设备包括除了测量严格沿电力线路径上的点之外还测量电力线路径以外的点的装置，用于制作所规划的电力线和电力线周围地带的二维和三维图象的装置，用于确定所规划的电力线相对于其具体环境的导线设计的装置，用于将导线设计参数与工业标准进行比较和检验的装置和用于鉴别和确定所需部件的装置，其特征在于，该设备设有用于确定导线承载构件上的载荷的装置，用于选择适合于承受从数据库中得到的确定载荷的导线承载构件的装置，和最好是还设有用于增加至少一根拉线以支撑导线承载构件和所确定载荷的装置。

最好的是，该设备进一步包括通过设置用一根或一组拉线抵消来自一条线路的力和/或用另一根或一组拉线抵消来自另一条线路的力和/或用一根或一组拉线抵消整个终端上的力的装置来分解导线承载构件上的多路终端处的力的装置。

该设备还进一步包括，用于确定所说至少一根拉线的固定点的装置，该固定点位于固定构件上而不是处于地面位置，和用于测定与非地固定点的角度和作用在固定构件上的力的装置。

本发明还提供了一种以地面为基准的电力线勘测方法，其包括除了测量严格沿电力线路径上的点之外还测量电力线路径之外的点，制作线路和线路周围地带的二维和三维图象，由此可以从以线路自身的实际路径为参照物但不必处在该线路上的位置处观测电力线下面的地形断面，其特征在于，该方法包括测量与线路垂直的某一距离上的点和将这些测点连接起来形成线路两侧特定距离的纵向断面。

该方法进一步包括通过测量地形与线路相交处的交点和角度或象限角以及地形在线路两侧的高程差来确定与线路相交的地形的二维和三维断面。

较好地是，该地形是竖向地形，而且通过其底部和顶部延伸到线路两侧用曲线图表示该地形。

该方法最好是包括确定电力线和仪器位置的初始准直状态，所述仪器以电力线的路径为参照物但并不严格地处在该路径上，其特征在于，该方法包括测量两套座标或一套座标和象限角和/或测链长度以及基准值和向前的水平角并且通过测量以电力线的路径为参照物但并不严格处于该路径上的座标点来计算线路的象限角。

较方便的是，该方法包括增加参照先前测得的点用卷尺或估算对线路进行测量，其特征在于，该方法包括确定一点或多点相对于线路的高程差和象限角或角度。

本发明还提供了一种电力线设计方法，该方法包括，除了测量严格沿电力线的路径上的点之外还测量所规划的电力线路径之外的点，制作所规划的电力线和电力线周围地带的二维和三维图象，确定电力线相对于其具体环境的导线设计，将导线设计参数与工业标准进行比较和检验并鉴别和确定所需的部件，其特征在于，该方法包括测定导线承载构件上的载荷，选择适合于承受根据数据库得出的确定载荷的导线承载构件，而且最好是添加至少一根拉线以便支撑导线承载构件和所确定的载荷。

该方法最好是进一步包括通过用一根或一组拉线抵消来自一条线路的力和/或用另一根或一组拉线抵消来自另一条线路上的力和/或用一根或一组拉线抵消整个终端上的力的方式来分解导线承载构件上的多路终端处的力。

该方法最好是进一步包括确定所说至少一根拉线上的固定点，该固定点位于固定构件上而不是地面位置上，和用于确定相对于非地固定点的角度和作用在固定构件上的力的装置。

下面将参照附图对本发明作进一步描述，其中：

图1是表示用野外测量记录装置和方法对山坡进行测量记录的步骤的流程图;

图2是表示用野外测量记录装置和方法进行地形断面测量的步骤的流程图;

图3是描述用于电力线设计中的拉线模块的流程图。

为了在野外地面勘测期间使用，在电力线程序中增加了几个新的特征。它们是：

1.准直确定

2.山坡测量记录

3.地形断面

4.卷尺测量

下面将说明这四种情况

1.准直确定

前述的野外用软件是把线路的每一段作为分离的单元来考虑的。在此对其进行了改进，即通过测量记录每个变向上的偏角而将顺序的线路段连在一起成为一个单元。因此增加了另一种方便，即利用设备相对于电力线的位置来确定初始准直状态，上述设备的位置以电力线的路径为参考物但并不严格处在该路径上。该系统允许使用两套座标或一套座标和象限角和/或测链以及基准值和向前的水平角来确定准直状态。该系统为通过观测在线点或以电力线路径为参照物但并不严格处于该路径上的点来自动决定电力线的象限角提供了方便。

2.山坡测量记录

参见图1，相对每个沿直线、点的平面测得的点输入一个与线路的一侧或两侧垂直的距离。地面标图人员把这些点连在一起，从而形成中线任一侧的给定距离的地形断面。这些断面可用于确定导线距离。

3.地形断面

参见图2，在地形与中线相交处可以通过测量交点和地形与线路相交的角度或象限角来确定地形断面。除了测量记录相交角之外，还可以测量记录中线左边和右边一定距离处的高程差从而可以用完整的三维形式来表示该地形。如果测量记录的是竖向地形，那么该地形的底部和顶部延伸到线路的两侧。

4.卷尺测量

该测量增加了方便性，由此可以将用卷尺或估算的测量值加到数据库中，以便根据先前的测点确定它们相对于线路距离、高程差和角度。用这种方法可以测出一系列点，每个确定的点都与先前的一个点相对应。

现在参见图3和表格，另一套加到电力线程序中的程序包括用于把电杆的一条或多条拉线或其它导线承载构件编入电力线设计中的模块。

对于所遇到的每个电杆而言，该程序要确定所有线路、分接部（fee-offs）和现有拉线在电杆上的载荷，。该程序根据数据库来检查这些参数看其是否符合规定。载荷超过规定的安全范围，则应从程序库中选择合适强度的电杆。如果电杆的状况无法补救，可以在可能的情况下确定使用某种拉线结构。

把对每种电杆合适的所有可能的拉线结构都储存到数据库文件中。该文件存有拉线强度、所允许的最少/最多拉线数、节距（对拉线对而言）和拉线与电杆的角度。该信息以横向、纵向和分解（横向和纵向相结合）这三种不同的载荷条件进行储存。

当电杆需要拉线时，按顺序依次从数据库文件中读出电杆的拉线结构，直到发现一个符合载荷条件的拉线为止。给出这些拉线的图形并将其输入图解模块。然后计算加在电杆上的剩余载荷并且在电杆不能承受该载荷时给出警告。

在载荷失去平衡和已确定了现有拉线的情况下，该程序将对那些被认为起非平衡载荷作用的拉线进行更改（拉线直接影响不平衡而匹配对形成不平衡载荷）。

表格表示在测量电力线的13个电杆时拉线模块典型的打印输出结果。对每个电杆而言，用该模块评价电杆强度是否满足需要。如果不满足需要，则表明危险或有错误，这时该程序要用强度更大的电杆重新进行计算（参见例如电杆3的计算）。如果没有发现合适强度的电杆，则程序中应增加至少一条拉线。

检验设计文件

警告-非工作名称.PC文件.使用第一阶段遇到的

线路  1是文件中的C1阶段  检验  PC1

电压0.40

相数  4

导线.A. RANGO

线路  2是文件中的C2阶段  检验  PC2

电压0.40

相数  4

导线.A. RANGO

警告-文件REM方面的问题  检验1.

电杆（P）载荷dtb-  电杆（P）载荷.dtb

电杆.dtb-  电杆.dtb

电杆（P）拉线dtb-  电杆（P）拉线.dtb

测链长度.00处的电杆1

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部载荷

该位置上现有拉线的清单

号  名称  附件Pt  拉线角  节距

1  7/7  9.00  45.00  160.00

2  7/7  9.00  45.00  -160.00

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .28  180.46  9.82

st.1  9.67  -81.74  29.75  .00  13.67  16.00  OK

st.1  9.67  -81.74  -29.75  .00  13.67  16.00  OK

总计  19.61  16.98  9.82  19.61

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

测链长度70.00处的电杆2

电杆类型

电杆名称

验定将是底部载荷

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .59  .00  39.94

总计  .59  .00  39.94  39.94

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

测链长度150处的电杆3

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部载荷

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .56  .00  76.53

总计  .56  .00  76.53  76.53

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  不合格  合格

使用强度更大的电杆X1S11

允许值  20.00  33.95  135.80  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1S11

测链长度213.00处的电杆4

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部承载

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .57  .00  89.21

总计  .57  .00  89.21  89.2

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  不合格  合格

使用强度更大的电杆X1S11

允许值  20.00  33.95  135.80  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1S11

在测链长度295.00处的电杆

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部承载

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .63  .00  22.31

总计  .63  .00  22.31  22.31

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

在测链长度372.00处的电杆

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部受载

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .64  .00  22.73

总计  .64  .00  22.73  22.73

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

在测链长度457.00处的电杆7

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部承载

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .66  .00  23.43

总计  .66  .00  23.43  23.43

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

在测链长度539.00处的电杆8

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部承载

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .69  .00  24.56

总计  .69  .00  24.56  24.56

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

在测链长度632.00处的电杆9

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部承载

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .70  .00  24.84

总计  .70  .00  24.84  24.84

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

在测链长度716.00处的电杆10

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部载荷

在该位置处现有拉线的清单：

号  名称  附件Pt  拉线角  跨度

3  7/7  7.40  45.00  160.00

4  7/7  7.40  45.00  -160.00

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .57  .00  20.21

2  .24  148.38  6.92

st.3  9.45  -65.70  23.901  .00  13.67  16.00  OK

st.4  9.45  -65.70  -23.91  .00  13.67  16.00  OK

总计  19.70  16.98  27.13  32.00

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

在测链长度776.00处的电杆11

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部载荷

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .67  .00  42.74

2  67  .00  35.14

总计  1.34  .00  77.89  77.89

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

使用强度更大的电杆

允许值  20.00  33.95  135.80  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1S11

在测链长度886.00处的电杆12

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部载荷

该位置上现有拉线的清单：

号  名称  附件Pt  拉线角  跨度

5  7/7  7.40  45.00  -20.00

6  7/7  7.40  45.00  20.00

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .67  .00  23.86

2  .43  -148.38  12.69

st.5  9.45  65.70  -23.911  .00  13.36  16.00  OK

st.6  9.45  65.70  23.91  .00  13.36  16.00  OK

总计  20.00  -16.98  36.55  40.30

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  警告  合格  合格  合格

指定电杆X1M11

测链长度946.00处的电杆13

电杆类型X1M11

电杆名称

验定将是底部载荷

该位置上现有拉线的清单：

号  名称  附件Pt  拉线角  跨度

7  7/7  9.00  45.00  -20.00

8  7/7  9.00  45.00  20.00

线路  竖向  纵向  横向  分解

KN KN_IIKN_III

1  .24  -180.13  19.44

st.7  9.65  81.58  -29.69  .00  13.64  16.00  OK

st.8  9.65  81.58  29.69  .00  13.64  16.00  OK

总计  19.53  -16.98  19.44  25.31

允许值  20.00  16.98  67.90  N/A

结论  合格  合格  合格  合格

指定电杆是X1M11

程序顺利完成

该系统还通过用一组指定的拉线抵消来自一条线路的力而用一组拉线抵消来自另一条线路的力或用一组指定的拉线抵消终端上的所有力为分解电杆上多路终端的力提供了方便。

除了确定与地面固定点位置的角度之外，该系统还允许将拉线的固定点定在非地面位置上而且该系统将计算相对于固定点的角度和延伸到固定结构或拉线杆的力。由此为设计者解决了在不合适作为地面固定位置的地形上，例如土壤缺乏的条件下的设计问题。

很明显，本发明并不局限于上述仅作为例子给出的详细说明中，在由下述权利要求确定的本发明的范围内可以对本发明作出各种改进和变型。