摘要：本文针对目前输电网线路管理迟钝不灵活性，提供了一种可实现的输电网三线图数字化管理方案。设计实现了一种“所见即所得”的三线图编辑、显示和存储的架构。采用面向对象分析与设计方法，给出了“低耦合、高内聚”的软件设计方案。
关键词：输电网三线图；面向对象设计；计算机软件
本文首先简要介绍系统整体架构，重点阐述系统的三线图数字化显示与管理的面向对象的分析与设计，以及相关数据结构设计。
一、系统概述
系统主要分为服务器与客户端两部分。服务器是系统的数据存储中心，采用MySQL数据库管理系统提供数据存储与管理服务。数据主要包括基础词典、线路信息和杆塔信息，以及附属设备、交叉跨越等数据。此外，还包括客户端软件系统、软件配置信息和资源及其配置表，用来实现远程快速部署和客户端系统升级。
客户端运行在用户远程计算机中，采用用户身份认证确保系统安全，通过网络访问数据库管理系统，实时浏览、编辑和输出输电线路信息。
二、系统设计
面向对象分析与设计是现代软件企业广为采用的一项有效技术。OOAD方法要求在设计中要映射现实世界中指定问题域中的对象和实体，尽可能地接近现实世界，即以最自然的方式表述实体。所以面向对象技术的优点即为能够构建与现实世界相对应的问题模型，并保持他们的结构、关系和行为模式。
三线图数字化主要设计对象是输电线路及其杆塔，按照面向对象设计单一职责和开闭原则，使线路和杆塔的编辑功能独立出来，应尽可能的将它们的行为和属性封装。这样，每一个类完成自己的操作，承担自身的数据管理，以实现“低耦合、高内聚”的软件设计目标。
1.1数据结构设计
Line是输电网一条线路的数据容器，主要包括线路名称name、所属班组team、线路色标color；Tower是线路上杆塔属性的容器，主要包括杆塔号no、杆塔序列号serial、对应的杆塔模型model_id和所属线路line_id；一条线路Line关联1或者多个杆塔Tower。
PhanseInfo结构代表ABC三相线路在杆塔的挂接方式，sequence属性是对应杆塔线路的挂接次序，通过互换挂接相次序，形成线路的交叉；TowerModel结构存储杆塔模型及其相关的参数，为绘制杆塔提供图形图像资源，也包括杆塔的线路挂接点。通常一个杆塔至少包括3个挂接点。
1.2算法设计
三线图数字化涉及的算法是B样条插值，用来更形象地绘制线路自然下垂和弯曲，主要应用在三线图和断面图中杆塔之间导线的绘制。
B样条是基于Bezier曲线改进的算法，更具有灵活性，数学表达式为：
在上述公式中
，i=0，1，2，…，m。可以看出：B样条曲线是分段定义的。连接全部曲线段组成的整条曲线称为n次B样条曲线。
输电网的杆塔之间的间距及其型号不完全一致，这就造成了导线连接形成的下垂是不同的。在三线图实际应用中，为了模拟出更好的效果，采用了均匀二次（三阶）B样条曲线。
在二次B样条中，n=2，k=0，1，2，则其基函数形式为：
则，二次B样条的分段表达式为：
实际应用示意图如下：
图1二次B样条曲线应用
1.2类设计
三线图操作类的设计，按照显示要素分为线路（Line）、杆塔（Tower）和导线（Wire）。Canvas类表示绘制整个三线图的画布，是所有显示要素的容器。
接口类IData类包含了读写MySQL数据库接口，其实现类Tower、Wire和Line三个类需要实现其中的Read和Write方法，进行与自身相关的数据库操作。IElement是显示绘制要素接口类，主要负责提供绘制（Draw）接口，则它的子类也需要实现与绘制（Draw）相关的操作。
TowerModel类用了描述杆塔的模型，以及导线挂点位置信息。每个Tower类实例都关联自己的TowerModel实例，Tower的phase属性记录了三相导线的挂接顺序，通过调整该顺序，实现导线在该杆塔的换相信息。
Canvas类完成整个三线图显示的各个元素的读写和布局，其中，start和end属性表示当前画布需要绘制的杆塔范围。在具体实现中，一次绘制最多6个杆塔及其连接导线，然后再截取start和end标识范围内的杆塔。这样做是为了方便绘制与边界杆塔相连接的导线自然下垂。
三、结论
本文的设计是基于接口的面向对象设计，这种设计的优势在于：接口不提供任何实现细节，从而将实现细节和提供的服务完全隔离开来。这将极大地减少系统实现之间的相互依赖关系。实际开发中，由于良好的设计基础，提高了开发效率，较好地应对需求不断的变化。
三线图数字化仿真为“输电线路三线图管理系统”提供了三线图数据读写、线路及其杆塔编辑技术基础，使得替代传统手绘三线图册成为可能。
参考文献：
[1] Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson，John Vlissides[美]，设计模式：可复用面向对象软件的基础.李英军等（译），机械工业出版社，2000年9月
[2]（美）布奇（Booch，G.）等著，面向对象分析与设计（第3版），王海鹏，潘加宇 译，电子工业出版社，2012年7月
论文作者:杨志福1,王光2,吴杰2,李智聪2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：杆塔论文; 线图论文; 线路论文; 输电网论文; 导线论文; 面向对象论文; 曲线论文; 《电力设备》2018年第4期论文;