CN115906387B - 一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法及仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法及仿真系统，涉及高压电缆敷设领域，该构建方法包括：构建电缆数据库；根据当前工程的电缆敷设设计方案从电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格并设置当前工程的通用信息和基础信息；根据当前工程的电缆敷设设计方案和基础信息设置待敷设电缆的敷设曲线并设置支架的安装位置；根据待敷设电缆的敷设曲线和待敷设电缆的电缆规格生成电缆实体三维模型；根据支架的安装位置，在电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型。本发明能够模拟生成最趋于实际化的电缆敷设形态，生成符合高压电缆实际敷设特性的实体模型，模拟出高压电缆敷设后的实际效果。

Description

一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法及仿真系统

技术领域

本发明涉及高压电缆敷设领域，特别是涉及一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法及仿真系统。

背景技术

在输变电工程中高压电缆敷设是其中的一个重要环节，尤其体现在户内变电站、地下变电站等空间较有限的空间内。目前的高压电缆敷设方式主要集中在人工敷设配合机械辅助，需要在高压电缆敷设设计前期进行总体规划，通过电缆厂商获取电缆本身的机械参数，并考虑施工现场实际工况完成电缆路径及起、终点的规划。

随着三维数字化设计发展，目前电缆敷设在国内外已经进行了大量有成效的研究，并有一些技术已经应用到设计环节中，出现了优秀的可视化的设计软件产品，如Bentley电气软件(国外)，std-r软件(国内)等。这些数字化产品主要应用于低压或控制电缆的敷设设计，具体可体现为电缆敷设的数量大且路径统一，而与高压电缆敷设的关注点不同。而针对高压电缆所研发的敷设软件均基于“管道敷设”的设计技术原理，依据大量数据库模型分段对高压电缆路径完成对接，最终形成高压电缆三维实体模型。

基于以上现状，现有电缆敷设软件均存在的技术问题为：无法在三维空间中对高压电缆模型实现多角度旋转，所以不能模拟出高压电缆在工程中实际的敷设形态；缺少高压电缆在空间中旋转的算法，不能对高压电缆实体进行完整的转弯半径校验；无法规避高压电缆所产生的交叉、碰撞现象；高压电缆起、终点引出算法单一，无法模拟出水平引出、盘圈引出的模型实体；无法考虑到远、近期高压电缆的总体规划，在高度重叠情况下，无法显示出具有重叠的电缆，影响远期电缆的路径规划。

由此导致的施工现场所产生的问题：因各电压等级电缆隧道出口单一，隧道出口处电缆数量过多，无法合理规划出满足转弯半径的电缆敷设路径；电缆敷设路径间存在不可避免的水平、垂直交差情况，无法对高压电缆实体进行后续调整；高压电缆沿地面敷设后，无法确定在电缆夹层内巡视的通过性，以及在夹层内任意位置均需要2个逃生路径的要求；对于在电缆夹层顶部高压电缆，现有方法均无法体现出引下端的转弯半径情况；当高压电缆的起、终点距离过近，无法通过终端偏移角度计算并模拟出电缆路径的合理性。因类似问题产生的工程变更、现场返工、电缆浪费现象，导致高压电缆敷设过程中存在着不同程度的经济损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法及仿真系统，能够模拟生成最趋于实际化的电缆敷设形态，生成符合高压电缆实际敷设特性的实体模型，模拟出高压电缆敷设后的实际效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法，所述构建方法包括：

构建电缆数据库；所述电缆数据库包括规格名称以及与所述规格名称对应的电缆规格；所述电缆规格包括电缆直径、预设最小转弯半径倍数和最小转弯半径值；

根据当前工程的电缆敷设设计方案，从所述电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格，并设置当前工程的通用信息和基础信息；所述通用信息包括实际最小转弯半径倍数和实际最小转弯半径值；所述基础信息包括电缆敷设的地面标高、地面支架高度和电缆引出的落地标高；

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线；所述敷设曲线包括所述电缆终端引出路径和连接所述电缆终端引出路径的中间路径；所述中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；

根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型；

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述电缆实体三维模型，设置支架的安装位置；

根据所述支架的安装位置，在所述电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型。

一种高压电缆敷设仿真模型的仿真系统，应用于上述的高压电缆敷设仿真模型的构建方法，所述仿真系统包括：

构建模块，用于构建电缆数据库；所述电缆数据库包括规格名称以及与所述规格名称对应的电缆规格；所述电缆规格包括电缆直径、预设最小转弯半径倍数和最小转弯半径值；

通用信息和基础信息设置模块，用于根据当前工程的电缆敷设设计方案，从所述电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格，并设置当前工程的通用信息和基础信息；所述通用信息包括实际最小转弯半径倍数和实际最小转弯半径值；所述基础信息包括电缆敷设的地面标高、地面支架高度和电缆引出的落地标高；

敷设曲线设置模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线；所述敷设曲线包括所述电缆终端引出路径和连接所述电缆终端引出路径的中间路径；

电缆实体三维模型生成模块，用于根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型；

支架位置设置模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述电缆实体三维模型，设置支架的安装位置；

电缆敷设仿真模型生成模块，用于根据所述支架的安装位置，在所述电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法，通过设置敷设曲线中的终端路径，实现了不同的电缆引出模式；通过设置敷设样条曲线，规划出电缆的中间敷设路径；结合设置敷设转弯半径的最小值大于等于实际最小转弯半径值，使得每根(组)高压电缆的敷设结果均满足高压电缆的机械参数的敷设特性；根据设置好的敷设曲线生成电缆实体三维模型得到电缆敷设仿真模型，可清晰查看电缆路径的交叉和重叠，可根据需要进行调整，可根据需要设置支架的位置，能够生成最趋于实际化的电缆敷设形态的实体模型，模拟出高压电缆敷设后的实际效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的高压电缆敷设仿真模型的构建方法的流程图；

图2为本发明提供的直接引出曲线的俯视图和立面图示意图；

图3为本发明提供的盘圈引出曲线俯视图；

图4为本发明提供的盘圈引出计算流程图；

图5为本发明提供的盘圈引出落地计算流程图；

图6为本发明实施例一提供的起点引出效果示意图；

图7为本发明实施例一提供的终点引出效果示意图；

图8为本发明提供的水平引出俯视图；

图9为本发明提供的平面同向平行衔接示意图；

图10为本发明提供的平面同向反行衔接示意图；

图11为本发明提供的补齐圆弧圆心、切线示意图；

图12为本发明提供的补齐圆弧圆心、切线的计算流程图；

图13为本发明提供的衔接竖直坐标计算流程图；

图14为本发明实施例一提供的路径曲线效果示意图；

图15为本发明实施例一提供的路径衔接效果示意图；

图16为本发明实施例一提供的敷设预览效果示意图；

图17为本发明实施例一提供的电缆实体效果示意图；

图18为本发明提供的确定支架平面示意图；

图19为本发明提供的支架的示意图；

图20为本发明提供的生成支架的区间示意图；

图21为本发明提供的敷设预览示意图；

图22为本发明提供的电缆实体示意图；

图23为本发明提供的避让调整示意图；

图24为本发明实施例二提供的起点引出效果示意图；

图25为本发明实施例二提供的终点引出效果示意图；

图26为本发明实施例二提供的路径衔接效果示意图；

图27为本发明实施例二提供的敷设预览效果示意图；

图28为本发明实施例二提供的电缆实体效果示意图；

图29为本发明实施例二提供的电缆交叉调整前效果示意图

图30为本发明实施例二提供的电缆交叉调整后效果示意图；

图31为本发明实施例二提供的电缆敷设仿真模型效果示意图；

图32为本发明提供的高压电缆敷设仿真模型的仿真系统的模块图。

符号说明：1-构建模块，2-通用信息和基础信息设置模块，3-敷设曲线设置模块，4-电缆实体三维模型生成模块，5-支架位置设置模块，6-电缆敷设仿真模型生成模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法及仿真系统，能够模拟生成最趋于实际化的电缆敷设形态，生成符合高压电缆实际敷设特性的实体模型，模拟出高压电缆敷设后的实际效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供的一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法，所述构建方法包括：

步骤S1：构建电缆数据库；所述电缆数据库包括规格名称以及与所述规格名称对应的电缆规格；所述电缆规格包括电缆直径、预设最小转弯半径倍数和最小转弯半径值。在实际应用中，首先进行预置设置，设置工程信息；所述工程信息包含工程名称和工程编码。然后构建电缆数据库；所述电缆数据库包含规格名称、电缆外径(D_电缆)、预设最小转弯半径倍数(K_预设)。根据电缆外径(D_电缆)及预设最小转弯半径倍数，计算该电缆型号的最小转弯半径值(R_min预设)。其中，R_min预设＝D_电缆×K_预设；R_min预设为最小转弯半径值；D_电缆为电缆外径；K_预设为预设最小转弯半径倍数；可从电缆数据库中选择当前工程所需的电缆规格，建立工程与电缆规格引用关系。其中，待敷设电缆一的工程信息如表1所示：

表1待敷设电缆一的工程信息表

名称	值
		规格名称	220kVZB-YJLW03-Z-220kV1X630mm2
电缆外径(D电缆)	124mm
		预设最小转弯半径倍数(K预设)	20

最小转弯半径值(R_min预设)：R_min预设＝D_电缆×K_预设＝2480mm。

待敷设电缆二的工程信息如表2所示：

表2待敷设电缆二的工程信息表

名称	值
		规格名称	110kVZB-YJLW03-Z-110kV1X1200mm2
电缆外径(D电缆)	113mm
		预设最小转弯半径倍数(K预设)	20

最小转弯半径值(R_min预设)：R_min预设＝D_电缆×K_预设＝2260mm。

步骤S2：根据当前工程的电缆敷设设计方案，从所述电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格，并设置当前工程的通用信息和基础信息；所述通用信息包括实际最小转弯半径倍数和实际最小转弯半径值；所述基础信息包括电缆敷设的地面标高、地面支架高度和电缆引出的落地标高。

在实际应用中，根据当前工程的电缆敷设设计方案，选择需要敷设的电缆规格，通过设置实际最小转弯半径倍数(K_实际)，计算出本次敷设采用的实际最小转弯半径值(R_min实际)，且该值不小于电缆数据库中所预设的最小转弯半径，即在该电缆敷设计算过程中，均需要满足实际最小转弯半径值(R_min实际)的要求；其中，R_min预设＝D_电缆×K_实际；K_实际为实际最小转弯半径倍数。设置电缆敷设的地面标高(H_地面标高)和地面支架高度(H_支架)，读取电缆外层半径，进而确定电缆引出的落地标高(H_落地标高)。其中，H_落地标高＝H_地面标高+H_支架+R_电缆；H_落地标高为电缆所敷设的标高；H_地面标高为电缆敷设所在的基础地面标高；R_电缆为电缆外层半径。

选择220kV电缆220kV ZB-YJLW03-Z-220kV 1X630mm²，设置实际最小转弯半径倍数(K_实际)为21倍，计算出本次敷设采用的实际最小转弯半径值(R_min实际)：R_min实际＝D_电缆×K_实际＝2604mm。地面标高(H_地面标高)为-2800mm；地面支架高度(H_支架)为100mm。H_落地标高＝H_地面标高+H_支架+R_电缆＝-2638mm。

步骤S3：根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线；所述敷设曲线包括所述电缆终端引出路径和连接所述电缆终端引出路径的中间路径；所述中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；具体地，根据当前工程的电缆敷设设计方案确定电缆终端(包含：起点、终点)的引出设置和中间敷设路径规划，可不区分先后顺序。

S3具体包括：

步骤S31：根据所述基础信息，设置待敷设电缆的起点坐标位置、终点坐标位置、设备连接直段长度和偏移角度。在实际应用中，终端引出首先确定起点、终点的坐标位置(P_起/终点)、设备连接段长度(L_连接直段)和偏移角度(θ_偏移)。终端引出形式可分为直接引出、盘圈引出、水平引出三种形式。其中，设备连接段长度(L_连接直段)为以电缆终端为起始点，电缆需要直线敷设的长度。偏移角度(θ_偏移)为可调整电缆的平面引出方向，偏移基准圆心以引出点坐标为中心。可分为顺时针、逆时针设置，偏移角度范围可进行360度调整，其中逆时针方向偏移角度为正值，顺时针方向偏移角度为负值。

步骤S32：根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，选择终端引出形式；所述终端引出形式包括直接引出、盘圈引出和水平引出。

步骤S33：根据所述终端引出形式、所述起点坐标位置、所述终点坐标位置、所述设备连接直段长度和所述偏移角度，计算所述当前工程的电缆终端引出路径；所述终端引出路径包括起点引出路径和终点引出路径。

在实际应用中，如图2所示，直接引出方式的路径曲线的生成包含：由设备连接直段(L_连接直段)和半径为R的1/4圆弧组成(R_1/4)，L_连接直段和R_1/4的具体值由设备连接段(L_连接直段)是否“定长”所决定；引出方向由设置的偏移角度(θ_偏移)决定。

当设备连接段长度(L_连接直段)设置为“不定长”时，R_1/4＝R_min实际；L_连接直段＝P_{起/终点标高}-H_落地标高-R_min实际；其中，R_1/4为半径为R的1/4圆弧；R_min实际为实际最小转弯半径值；L_连接直段为设备连接直段长度；P_{起/终点标高}为起点、终点的坐标位置的标高值。

当设备连接段长度(L_连接直段)设置为定长时，R_1/4＝P_{起/终点标高}-L_连接直段-H_落地标高；其中，终端可完成直接引出的前提条件是有足够的空间能使电缆由竖直敷设转向水平敷设，即需满足的判定要求：P_{起/终点标高}-H_落地标高-L_连接直段≥R_min实际。

在实际应用中，如图3所示，盘圈引出路径曲线由设备连接直段(L_连接直段)和盘圈曲线组成；其中盘圈曲线从设备连接直段(L_连接直段)的结束位置开始，沿半径为R_引下的圆弧在满足最小转弯半径要求的条件下落地，终点为盘圈角度对应的位置(P_盘圈)。盘圈引出需要设置起点位置P_S、引下盘圈半径(R_引下)、盘圈方向(S_顺/逆)、盘圈角度(θ_盘圈)、偏移角度θ_偏移。如图4所示，盘圈引出方式的引出路径的计算流程具体包括：

第一步：设备连接段计算：设备连接直段从终端起点位置竖直向下，长度与设备连接段长度相同的直线段。

第二步：计算盘圈曲线俯视平面路径：盘圈曲线的俯视图为一段圆弧，半径为盘圈引下半径R_引下，圆心角度为盘圈角度θ_盘圈；盘圈方向为顺时针时，圆弧的圆心P_圆心坐标为(P_S.X,P_S.Y-R_引下,P_S.Z)，盘圈方向为逆时针时，圆弧的圆心P_圆心坐标为(P_S.X,P_S.Y+R_引下,P_S.Z)。盘圈曲线轨迹坐标X、Y值的计算公式如下：

P_S.X＝P_圆心.X+R_引下*Cos(θ_盘圈)；

P_S.Y＝P_圆心.Y+R_引下*Sin(θ_盘圈)；

其中，X、Y分别代表X坐标轴、Y坐标轴。

第三步：计算盘圈曲线Z值：如图5所示，对平面盘圈曲线在满足电缆实际最小转弯半径的条件下进行落地计算，包括向水平旋转计算、向上旋转计算、获取衔接角度、计算衔接曲线和计算盘圈曲线。

具体地，向水平旋转计算的计算过程为：选择设备连接直段结束点、盘圈曲线第一及第二点(P_调整)为一组，通过向下调整P_调整的Z坐标值，使三点确定空间圆的最小转弯半径满足最小转弯半径R_实际的要求，依次向后三点为一组进行遍历计算，确定下一个调整点(P_调整)的Z坐标值。计算并记录由每个调整点(P_调整)和前点的连线与水平面的夹角，夹角从90°逐渐减少小，夹角计算的公式为：

Dist_水平＝Sqrt((P_前.X–P_后.X)²+(P_前.Y–P_后.Y)²)；

Dist_竖直＝Abs(P_前.Z–P_后.Z)；

θ_水平＝Arctan(Dist_水平/Dist_竖直)；

其中，P_前.X为P_调整前面的点在X坐标轴上的坐标值；P_后.X为P_调整在X坐标轴上的坐标值；P_前.Y为P_调整前面的点在Y坐标轴上的坐标值；P_后.Y为P_调整在Y坐标轴上的坐标值；P_前.Z为P_调整前面的点在Z坐标轴上的坐标值；P_后.Z为P_调整调整后在Z坐标轴上的坐标值。

其中，向上旋转计算的计算过程为：从水平盘圈曲线的结束位置反向顺序选择三个点，通过向上调整第三个点的Z坐标，计算满足最小转弯半径R_实际的临界值；依次反向选择三点为一组计算临界Z值。计算并记录每个调整点与前一个点连线与水平面的夹角θ_向上，夹角计算方法与水平旋转的夹角计算相同，夹角从0°逐渐增大。

其中，获取衔接角度的计算过程为：通过对比获取衔接角度θ_衔接，即水平旋转的方向与向上旋转的方向平行；并记录水平旋转的圆心角θ_水平及向上旋转圆心角θ_向上。

具体地，计算衔接曲线的计算过程为：根据得到的衔接角度θ_衔接，与水平旋转终点P_水平和向上旋转终点P_向上的曲线可视为与水平面夹角为θ_衔接的圆弧，其在竖直平面上可视为与水平面夹角为θ_衔接的直线段，根据水平旋转和向上旋转衔接位置的竖直坐标差值H_衔接和θ_衔接，计算出衔接曲线在水平方向投影的长度L_水平，进而计算出衔接曲线的对应的圆心角θ_衔接曲线，计算公式为：

H_衔接＝P_水平.Z-P_向上.Z；

L_水平＝H_衔接/tan(θ_衔接)；

θ_衔接圆弧＝L_水平/R_盘圈；其中，P_水平.Z为P_水平在Z坐标轴上的坐标值；P_向上.Z为P_向上在Z坐标轴上的坐标值。

具体地，计算盘圈曲线的计算过程为：从设备连接直段结束位置，先连接水平旋转弧段，再与衔接弧段连接，连接向上旋转弧段，最后连接地面标高(H_地面标高)上剩余圆心角(θ_盘圈-θ_水平-θ_衔接-θ_向上)所对应的弧段。根据以上原理，最终可得出盘圈角度θ_盘圈≥θ_水平+θ_衔接+θ_向上。

具体地，旋转得到最终盘圈引出曲线的计算过程为：根据偏移角度对整体盘圈曲线进行水平旋转，旋转中心点为盘圈引下的起点，旋转角度为偏移角度，曲线上的点(P)进行旋转后的实际坐标(P_实际)，计算公式为：

P_实际.X＝(P.X-P_S.X)*Cos(θ_偏移)-(P.Y-P_S.Y)*Sin(angle)+P_S.X；

P_实际.Y＝(P.X-P_S.X)*Sin(θ_偏移)+(P.Y-P_S.Y)*Cos(angle)+P_S.Y；

P_实际.Z＝P.Z；

其中，P.X为曲线上的点在X轴上的坐标值；P.Y为曲线上的点在Y轴上的坐标值；P.Z为曲线上的点在Z轴上的坐标值；θ_偏移为设置的偏移角度。

具体地，如图6所示，起点引出的参数如表3所示。

表3起点引出的参数表

具体地，如图7所示，起点引出的参数如表四所示。

表4终点引出的参数表

在实际应用中，水平引出需要设置引出位置、衔接转弯半径R_衔接，引出曲线由设备连接直段(L_连接直段)和衔接转弯弧段组成，水平引出曲线如图8所示。衔接转弯半径由转弯圆弧的半径确定，电缆引出方向由电缆直段的方向和偏移角度共同确定。若偏移角度为正值，则衔接转弯弧段方向为设备连接直段左侧相切圆生成；若偏移角度为负值，则衔接转弯弧段方向为设备连接段方向右侧相切圆生成；若偏移角度为0度，则衔接段方向为设备连接段方向。由于水平引出后存在落地引下或直接上升，所以水平引出曲线在与路径线衔接时需进行单独计算。

步骤S34：根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，设置中间路径。

在实际应用中，电缆中间敷设路径通过样条曲线进行规划，样条曲线可以是一段或多段，能实现多条不同标高样条曲线相结合的路径设计。对于设置的每段样条曲线路径线的转弯半径均进行遍历计算，使每段样条曲线的转弯半径最小值大于等于实际最小转弯半径值(R_min实际)。路径规划也可以不设置路径曲线，电缆中间敷设路径由引入曲线和引出曲线直接相连。此时路径曲线采取最短路径的作为优先策略，引入曲线和引出曲线通过路径衔接计算生成。

S34具体包括：

步骤S341：根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，确定在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间是否设置曲线路径。

步骤S342：当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间不设置曲线路径时，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值。

步骤S343：当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间设置曲线路径时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径规划，得到曲线路径；所述曲线路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述曲线路径为样条曲线路径。

步骤S344：当只有一条曲线路径时，在所述起点引出路径和所述曲线路径之间以及所述曲线路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述路径衔接包括平面坐标计算和竖直坐标计算。

步骤S345：当设置至少两条曲线路径时，在所述起点引出路径和对应的所述曲线路径之间、所述曲线路径之间以及所述终点引出路径和对应的所述曲线路径之间进行路径衔接，得到衔接路径。

在实际应用中，根据电缆路径曲线的设置，可能存在的路径衔接情况有三种：引下(引入/引出)曲线和路径曲线衔接、两段路径曲线间衔接、引入曲线和引出曲线衔接。为了能更好的控制电缆敷设的线路，路径衔接采取不切割已经确定路径的策略，代替(路径衔接方案采取切割路径曲线策略)。路径衔接计算通过水平和竖直两个维度进行，先在水平平面计算衔接路径曲线，再进行高度衔接计算，两个维度都可通过改变衔接半径调整衔接曲线。

具体地，平面坐标计算包括同向平行且距离足够、反向平行和延长线相交三种情况；进一步地，在平面内根据两段曲线端点延长线的相对关系判断是否能够衔接。

当同向平行且距离足够时，如图9所示，衔接曲线由两个与路径线端点相切的圆弧和一段连接两个圆弧的直线段组成，两段圆弧半径和圆心角相同。可通过改变圆弧半径调整衔接曲线，圆弧半径一定要大于最小转弯半径。

其中，圆弧圆心角计算过程：

计算衔接点平面内的横向距离L_X和纵向距离L_Y：L_X＝Abs(P2.X–P1.X)；L_Y＝Abs(P2.Z–P1.Z)。

计算圆弧对应的横向距离L_圆弧X和纵向距离L_圆弧Y：L_圆弧X＝R*Sin(θ)；L_圆弧Y＝R-R*Cos(θ)。

计算衔接段水平距离L_衔接X和竖直距离L_衔接Y，得到圆心角θ：L_衔接X＝L_X–2*L_圆弧X；L_衔接Y＝L_Y-2*L_圆弧Y；θ＝ArcTan(L_衔接Y/L_衔接X)。

根据计算得到的圆心角和水平衔接半径计算衔接曲线。

当反向平行时，如图10所示，延长一条路径线使两条路径线端点平齐，用一个半圆连接。要求两条平行线之间的距离大于等于最小转弯半径的2倍。

当延长线相交时，如图11所示，由两段路径曲线延长线和与延长线相切的圆弧组成。计算与两条延长线相切的圆弧，要保证切点在延长线上。

如图12所示，具体的计算步骤如下所述：

计算曲线延长线的直线公式：取前一段曲线上最后两个点P1、P2做延长线，并计算所在直线的公式，取后一段曲线前两个点P3、P4做延长线，并计算所在直线的公式。

计算曲线延长线夹角：先依据两个直线公式计算出交点，再根据两段曲线端点和交点三点坐标计算出夹角。

计算衔接圆弧与延长线切点：根据曲线端点延长线夹角和衔接半径，利用三角函数计算出衔接圆弧与两直线的切点。

判断盘圈切点位置：利用直线公式、曲线端点坐标，判定切点是否在延长线上，如果不在延长线上则需要调整曲线。

计算衔接曲线：首先根据衔接半径、直线夹角计算出衔接圆弧的圆心坐标，再计算两个切点之间的圆弧曲线，最后以直线段连接切点和对应曲线的端点即可得到整体衔接曲线。

具体地，如图13所示，竖直坐标计算具体的计算步骤如下所述：

第一步：正向降低计算：从前一段曲线端点处，顺着电缆敷设方向从前向后逐渐降低高度向竖直方向旋转，在满足设定的竖直方向衔接转弯半径要求的条件下，计算竖直坐标值，记录每个点的坐标和与水平面的夹角，夹角从0°逐渐增大到90°。

第二步：反向抬高计算：从上一步计算的落地点反向进行抬高计算，记录每个点的坐标和与水平面的夹角，夹角从0°逐渐增大到90°。

第三步：通过对比分别确定正向降低计算夹角与方向抬高计算夹角相同的点P_降低、P_抬高，两点的延长线在竖直方向平行，如果点P_降低在点P_抬高之后，则向后移动反向太高计算的起始点，重新从第二步计算。

第四步：判断是否能衔接：根据P_降低、P_抬高的坐标和地面夹角，可以计算出两个点之间需要的水平路径距离。

第五步：计算点P_降低、P_抬高之间相邻点的平面距离得到点P_降低、P_抬高的水平路径距离，如果两点间水平路径距离不满足计算出来的衔接距离，则向后移动反向抬高计算的起始点，重新从第二步计算；如果满足则直接根据平面路径距离和与地面的夹角计算中间各点的竖直高度。

第六步：得到衔接路径：将正向降低段、中间衔接段、反向抬高段顺序拼接到一起即为衔接路径曲线。

具体地，如图14所示，设定两条地面路径曲线，路径1标高：-2704mm；路径2标高：-2204mm。经计算，路径曲线1的最小转弯半径为3635.08mm，路径曲线2的最小转弯半径为2946.17mm，均大于实际最小转弯半径2604mm，满足敷设要求。得到的敷设曲线的信息如表5所示。

表5敷设曲线的信息表

以A相电缆为例，如图15所示，设定竖直方向衔接转弯半径倍数K_竖直衔接＝25，竖直方向衔接转弯半径R_竖直衔接＝K_竖直衔接*D_电缆＝3100mm。将起点终端引出曲线、路径曲线、终点终端引出曲线进行衔接计算，进而形成本组电缆中三根电缆的完整敷设曲线，根据该完整的敷设曲线得到三维曲线，生成敷设预览，如图16所示。沿电缆三维曲线按电缆规格进行放样，生成电缆实体三维实体模型，如图17所示。

步骤S4：根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型；

S4具体包括：

步骤S41：将所述待敷设电缆的敷设曲线生成三维曲线；具体地，根据步骤S3得到的敷设曲线组成待敷设电缆整体的三维曲线，通过样条曲线的控制点对样条曲线进行展示实现敷设预览。如图21所示。

步骤S42：以所述待敷设电缆的敷设曲线的横截面为垂直平面，以所述待敷设电缆的敷设曲线的端点为圆心，以所述待敷设电缆的半径为半径，在所述垂直平面上画圆，沿所述三维曲线进行放样，生成电缆实体三维模型。具体地，如图22所示，依据敷设样条曲线端点的方向做垂直平面，平面内以电缆曲线端点为圆心，画与电缆截面半径一致的圆，沿电缆三维曲线进行放样，生成电缆实体三维模型。

步骤S5：根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述电缆实体三维模型，设置支架的安装位置；具体地，如图18和图19所示，首先确定生成支架的位置点P，找到P点前后的相邻点A、B，在P点处做A、B两点连线的垂线，通过垂线确定一个竖直平面即为生成支架的平面。支架生成方式有批量生成、点选生成，此外在避让调整时可以选择在调整结束位置自动生成支架。其中，批量生成支架通过点选的方式设置好生成支架的区间，确定支架间距即可自动批量在正确的位置生成支架，如图20所示。点选生成为在电缆上选择要生成电缆支架的位置，自动所选位生成支架。

步骤S6：根据所述支架的安装位置，在所述电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型。

此外，高压电缆敷设仿真模型的构建方法还包括：

当所述电缆实体三维模型中的实体电缆有交叉时，设置交叉的实体电缆的抬高高度和抬高长度，得到没有交叉的电缆实体三维模型；具体地，电缆调整是对已生成敷设完毕的电缆实体进行调整，调整类型可分为成组电缆(三相)整体调整、及成组电缆(三相)中的指定单根电缆进行调整，调整方式可分为避让调整和路径调整两种方式。

其中，如图23所示，避让调整主要为解决电缆交叉情况，通过抬高或降低电缆进行避让，抬高高度High_抬高和抬高长度L_抬高可设置，抬高长度表示抬高的直段长度，取值区间为[0,+∞]。在电缆实体上点选调整位置，作为调整的中心位置，依据选择的电缆实体可获取电缆敷设的全部数据，从调整中心位置向两侧分别计算，先进行抬高1/2L_抬高，再进行竖直方向抬高衔接计算。抬高衔接计算方法与竖直坐标计算的方法一致，可通过改变斜接圆弧半径对衔接坡度调整。

当所述电缆实体三维模型中的实体电缆的中间路径被删除时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，重新绘制待敷设电缆的中间路径；重新绘制待敷设电缆的中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值。具体地，路径线调整主要为满足调整电、缆敷设路径的需求。保存电缆敷设时所有设置信息以及路径样条曲线，如果路径线被删除了可根据保存的信息重绘路径样条曲线。调整时直接调整样条曲线，要求调整后的样条曲线满足最小转弯半径的要求，然后衔接计算，只有通过校验并且衔接成功的情况下才能进行调整。

此外，电缆统计支持电缆预留裕度，包括两种裕度方式路径裕度系数和终端电缆裕度。电缆的统计长度＝电缆路径长度*路径裕度系数+引入终端长度+引入终端裕度+引出终端长度+引出终端裕度。统计可以按电缆敷设情况及规格信息统计出详细的电缆敷设信息及汇总信息。其中，路径裕度是针对除引入引出终端引下外电缆中间路径的预留长度，可以根据路径的复杂程度灵活设置裕度系数，电缆统计时会根据裕度系数自动计算电缆统计长度。为了防止重做电缆接头的情况，可以根据经验或施工单位的施工水平评估后灵活设置终端裕度，电缆统计时会把终端裕度加到统计结果中。

在得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型后，还可以对电缆的敷设方案进行调整。电缆敷设时保存全部敷设设置，遇到电缆整体敷设方案要调整的情况，可以利用保存的敷设数据快速重新敷设。敷设数据中包含电缆规格参数、终端引下标高、终端位置、地面高度、支架高度、终端引出设置、衔接转弯半径、中间路径样条曲线等全部信息，可以直接导入，只对有变动的信息进行调整，大大减少了电缆敷设的工作量，能快速的完成调整方案的电缆敷设。

实施例二

选择110kV电缆110kV ZB-YJLW03-Z-110kV 1X1200mm²，设置实际最小转弯半径倍数(K实际)，计算出本次敷设采用的实际最小转弯半径值(Rmin实际)：Rmin预设＝D电缆×K实际＝2260mm，得到的待敷设电缆的工程信息如表6所示。

表6待敷设电缆的工程信息表

名称	值
		规格名称	110kVZB-YJLW03-Z-110kV1X1200mm2
电缆直径(R直径)	113mm
		实际最小转弯半径倍数(K实际)	20

设置电缆敷设的地面标高(H_地面标高)和地面支架高度(H_支架)，读取电缆外层半径，进而确定电缆引出的落地标高(H_落地标高)。得到的待敷设电缆的基础信息如表7所示。

表7待敷设电缆的基础信息表

名称	值
		地面标高(H地面标高)	-2800mm
地面支架高度(H支架)	100mm

H_落地标高＝H_地面标高+H_支架+R_半径＝-2643.5mm。

定义起点的坐标位置(P_起点)、设备连接段长度(L_连接直段)、引入方式、偏移角度(θ_偏移)、引下设备连接段方式、引下半径(R_半径)。得到的起点引出的参数如表8所示。根据表8得到起点引出的效果图，如图24所示。

表8起点引出的参数表

/>

定义终点的坐标位置(P_终点)、设备连接段长度(L_连接直段)、引出方式、偏移角度(θ_偏移)、衔接最小转弯半径系数(K_衔接)、衔接最小转弯半径(R_衔接)、偏移方向、落地判定。得到的起点引出的参数如表9所示。根据表9得到起点引出的效果图，如图25所示。

表9终点引出的参数表

不设置路径曲线，起点、终点引出曲线直接衔接。得到的效果图如图26所示。得到的待敷设电缆的敷设曲线的信息表如表10所示。

表10待敷设电缆的敷设曲线的信息表

根据计算结果，本组电缆的敷设预览效果图如图27所示。沿电缆三维曲线按电缆规格进行放样，生成电缆实体三维实体模型，如图28所示。

如图29所示，已敷设的两组电缆在项目中交叉，需要对抬电缆进行避让调整。对220kV电缆组进行调整，电缆在电缆实体上选择两组电缆的交叉位置作为调整的中心位置，设置抬高高度为400mm，抬高长度为450mm，进行计算后生成调整后的电缆实体。调整后的效果如图30所示。

电缆敷设完成后，在避让调整电缆落地两段各设置一个支架，其它位置按间距1.2m设置支架，得到高压电缆敷设仿真模型的效果图，如图31所示。

实施例三

本发明提供的一种高压电缆敷设仿真模型的仿真系统，如图32所示，应用于上述的高压电缆敷设仿真模型的构建方法，所述仿真系统包括：

构建模块1，用于构建电缆数据库；所述电缆数据库包括规格名称以及与所述规格名称对应的电缆规格；所述电缆规格包括电缆直径、预设最小转弯半径倍数和最小转弯半径值。

通用信息和基础信息设置模块2，用于根据当前工程的电缆敷设设计方案，从所述电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格，并设置当前工程的通用信息和基础信息；所述通用信息包括实际最小转弯半径倍数和实际最小转弯半径值；所述基础信息包括电缆敷设的地面标高、地面支架高度和电缆引出的落地标高。

敷设曲线设置模块3，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线；所述敷设曲线包括所述电缆终端引出路径和连接所述电缆终端引出路径的中间路径。

电缆实体三维模型生成模块4，用于根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型。

支架位置设置模块5，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述电缆实体三维模型，设置支架的安装位置。

电缆敷设仿真模型生成模块6，用于根据所述支架的安装位置，在所述电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型。

其中，所述敷设曲线设置模块3包括：

基础信息设置子模块，用于根据所述基础信息，设置待敷设电缆的起点坐标位置、终点坐标位置、设备连接直段长度和偏移角度。

引出形式选择子模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，选择终端引出形式；所述终端引出形式包括直接引出、盘圈引出和水平引出。

引出路径计算子模块，用于根据所述终端引出形式、所述起点坐标位置、所述终点坐标位置、所述设备连接直段长度和所述偏移角度，计算所述当前工程的电缆终端引出路径；所述终端引出路径包括起点引出路径和终点引出路径。

中间路径设置子模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，设置中间路径。

其中，所述中间路径设置子模块包括：

判断单元，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，确定在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间是否设置曲线路径。

衔接路径第一设置单元，用于当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间不设置曲线路径时，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值。

曲线路径设置单元，用于当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间设置曲线路径时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径规划，得到曲线路径；所述曲线路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述曲线路径为样条曲线路径。

衔接路径第二设置单元，用于当只有一条曲线路径时，在所述起点引出路径和所述曲线路径之间以及所述曲线路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述路径衔接包括平面坐标计算和竖直坐标计算。

衔接路径第三设置单元，用于当设置至少两条曲线路径时，在所述起点引出路径和对应的所述曲线路径之间、所述曲线路径之间以及所述终点引出路径和对应的所述曲线路径之间进行路径衔接，得到衔接路径。

其中，所述电缆实体三维模型生成模块5包括：

三维曲线生成单元，用于将所述待敷设电缆的敷设曲线生成三维曲线。

三维模型生成单元，用于以所述待敷设电缆的敷设曲线的横截面为垂直平面，以所述待敷设电缆的敷设曲线的端点为圆心，以所述待敷设电缆的半径为半径，在所述垂直平面上画圆，沿所述三维曲线进行放样，生成电缆实体三维模型。

此外，本发明提供的高压电缆敷设仿真模型的仿真系统还包括：

电缆交叉调整模块，用于当所述电缆实体三维模型中的实体电缆有交叉时，设置交叉的实体电缆的抬高高度和抬高长度，得到没有交叉的电缆实体三维模型。

中间路径调整模块，用于当所述电缆实体三维模型中的实体电缆的中间路径被删除时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，重新绘制待敷设电缆的中间路径；重新绘制的待敷设电缆的中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高压电缆敷设仿真模型的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：

构建电缆数据库；所述电缆数据库包括规格名称以及与所述规格名称对应的电缆规格；所述电缆规格包括电缆直径、预设最小转弯半径倍数和最小转弯半径值；

根据当前工程的电缆敷设设计方案，从所述电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格，并设置当前工程的通用信息和基础信息；所述通用信息包括实际最小转弯半径倍数和实际最小转弯半径值；所述基础信息包括电缆敷设的地面标高、地面支架高度和电缆引出的落地标高；

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线；所述敷设曲线包括所述电缆终端引出路径和连接所述电缆终端引出路径的中间路径；所述中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；

根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型；

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述电缆实体三维模型，设置支架的安装位置；

根据所述支架的安装位置，在所述电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型；

所述根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线，具体包括：

根据所述基础信息，设置待敷设电缆的起点坐标位置、终点坐标位置、设备连接直段长度和偏移角度；具体地，终端引出首先确定起点、终点的坐标位置P_起/终点、设备连接段长度L_连接直段和偏移角度θ_偏移；终端引出形式可分为直接引出、盘圈引出、水平引出三种形式；其中，设备连接段长度L_连接直段为以电缆终端为起始点，电缆需要直线敷设的长度；偏移角度θ_偏移为可调整电缆的平面引出方向，偏移基准圆心以引出点坐标为中心；可分为顺时针、逆时针设置，偏移角度范围可进行360度调整，其中逆时针方向偏移角度为正值，顺时针方向偏移角度为负值；

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，选择终端引出形式；所述终端引出形式包括直接引出、盘圈引出和水平引出；

根据所述终端引出形式、所述起点坐标位置、所述终点坐标位置、所述设备连接直段长度和所述偏移角度，计算所述当前工程的电缆终端引出路径；所述终端引出路径包括起点引出路径和终点引出路径；具体地：直接引出方式的路径曲线的生成包含：由设备连接直段L_连接直段和半径为R的1/4圆弧组成R_1/4，L_连接直段和R_1/4的具体值由设备连接段L_连接直段是否“定长”所决定；引出方向由设置的偏移角度θ_偏移决定；

当设备连接段长度L_连接直段设置为“不定长”时，R_1/4＝R_min实际；L_连接直段＝P_{起/终点标高}-H_落地标高-R_min实际；其中，R_1/4为半径为R的1/4圆弧；R_min实际为实际最小转弯半径值；L_连接直段为设备连接直段长度；P_{起/终点标高}为起点、终点的坐标位置的标高值；

当设备连接段长度L_连接直段设置为定长时，R_1/4＝P_{起/终点标高}-L_连接直段-H_落地标高；其中，终端可完成直接引出的前提条件是有足够的空间能使电缆由竖直敷设转向水平敷设，即需满足的判定要求：P_{起/终点标高}-H_落地标高-L_连接直段≥R_min实际；

盘圈引出路径曲线由设备连接直段L_连接直段和盘圈曲线组成；其中盘圈曲线从设备连接直段L_连接直段的结束位置开始，沿半径为R_引下的圆弧在满足最小转弯半径要求的条件下落地，终点为盘圈角度对应的位置P_盘圈；盘圈引出需要设置起点位置P_S、引下盘圈半径R_引下、盘圈方向S_顺/逆、盘圈角度θ_盘圈、偏移角度θ_偏移；

盘圈引出方式的引出路径的计算流程具体包括：

第一步：设备连接段计算：设备连接直段从终端起点位置竖直向下，长度与设备连接段长度相同的直线段；

第二步：计算盘圈曲线俯视平面路径：盘圈曲线的俯视图为一段圆弧，半径为盘圈引下半径R_引下，圆心角度为盘圈角度θ_盘圈；盘圈方向为顺时针时，圆弧的圆心P_圆心坐标为(P_S.X,P_S.Y-R_引下,P_S.Z)，盘圈方向为逆时针时，圆弧的圆心P_圆心坐标为(P_S.X,P_S.Y+R_引下,P_S.Z)；盘圈曲线轨迹坐标X、Y值的计算公式如下：

P_S.X＝P_圆心.X+R_引下*Cos(θ_盘圈)；

P_S.Y＝P_圆心.Y+R_引下*Sin(θ_盘圈)；

其中，X、Y分别代表X坐标轴、Y坐标轴；

第三步：计算盘圈曲线Z值：对平面盘圈曲线在满足电缆实际最小转弯半径的条件下进行落地计算，包括向水平旋转计算、向上旋转计算、获取衔接角度、计算衔接曲线和计算盘圈曲线；

具体地，向水平旋转计算的计算过程为：选择设备连接直段结束点、盘圈曲线第一及第二点P_调整为一组，通过向下调整P_调整的Z坐标值，使三点确定空间圆的最小转弯半径满足最小转弯半径R_实际的要求，依次向后三点为一组进行遍历计算，确定下一个调整点P_调整的Z坐标值；计算并记录由每个调整点P_调整和前点的连线与水平面的夹角，夹角从90°逐渐减少小，夹角计算的公式为：

Dist_水平＝Sqrt((P_前.X–P_后.X)²+(P_前.Y–P_后.Y)²)；

Dist_竖直＝Abs(P_前.Z–P_后.Z)；

θ_水平＝Arctan(Dist_水平/Dist_竖直)；

其中，P_前.X为P_调整前面的点在X坐标轴上的坐标值；P_后.X为P_调整在X坐标轴上的坐标值；P_前.Y为P_调整前面的点在Y坐标轴上的坐标值；P_后.Y为P_调整在Y坐标轴上的坐标值；P_前.Z为P_调整前面的点在Z坐标轴上的坐标值；P_后.Z为P_调整调整后在Z坐标轴上的坐标值；

其中，向上旋转计算的计算过程为：从水平盘圈曲线的结束位置反向顺序选择三个点，通过向上调整第三个点的Z坐标，计算满足最小转弯半径R_实际的临界值；依次反向选择三点为一组计算临界Z值；计算并记录每个调整点与前一个点连线与水平面的夹角θ_向上，夹角计算方法与水平旋转的夹角计算相同，夹角从0°逐渐增大；

其中，获取衔接角度的计算过程为：通过对比获取衔接角度θ_衔接，即水平旋转的方向与向上旋转的方向平行；并记录水平旋转的圆心角θ_水平及向上旋转圆心角θ_向上；

具体地，计算衔接曲线的计算过程为：根据得到的衔接角度θ_衔接，与水平旋转终点P_水平和向上旋转终点P_向上的曲线可视为与水平面夹角为θ_衔接的圆弧，其在竖直平面上可视为与水平面夹角为θ_衔接的直线段，根据水平旋转和向上旋转衔接位置的竖直坐标差值H_衔接和θ_衔接，计算出衔接曲线在水平方向投影的长度L_水平，进而计算出衔接曲线的对应的圆心角θ_衔接曲线，计算公式为：

H_衔接＝P_水平.Z-P_向上.Z；

L_水平＝H_衔接/tan(θ_衔接)；

θ_衔接圆弧＝L_水平/R_盘圈；其中，P_水平.Z为P_水平在Z坐标轴上的坐标值；P_向上.Z为P_向上在Z坐标轴上的坐标值；

具体地，计算盘圈曲线的计算过程为：从设备连接直段结束位置，先连接水平旋转弧段，再与衔接弧段连接，连接向上旋转弧段，最后连接地面标高H_地面标高上剩余圆心角(θ_盘圈-θ_水平-θ_衔接-θ_向上)所对应的弧段；根据以上原理，最终可得出盘圈角度θ_盘圈≥θ_水平+θ_衔接+θ_向上；

具体地，旋转得到最终盘圈引出曲线的计算过程为：根据偏移角度对整体盘圈曲线进行水平旋转，旋转中心点为盘圈引下的起点，旋转角度为偏移角度，曲线上的点P进行旋转后的实际坐标P_实际，计算公式为：

P_实际.X＝(P.X-P_S.X)*Cos(θ_偏移)-(P.Y-P_S.Y)*Sin(angle)+P_S.X；

P_实际.Y＝(P.X-P_S.X)*Sin(θ_偏移)+(P.Y-P_S.Y)*Cos(angle)+P_S.Y；

P_实际.Z＝P.Z；

其中，P.X为曲线上的点在X轴上的坐标值；P.Y为曲线上的点在Y轴上的坐标值；P.Z为曲线上的点在Z轴上的坐标值；θ_偏移为设置的偏移角度；

水平引出需要设置引出位置、衔接转弯半径R_衔接，引出曲线由设备连接直段L_连接直段和衔接转弯弧段组成；衔接转弯半径由转弯圆弧的半径确定，电缆引出方向由电缆直段的方向和偏移角度共同确定；若偏移角度为正值，则衔接转弯弧段方向为设备连接直段左侧相切圆生成；若偏移角度为负值，则衔接转弯弧段方向为设备连接段方向右侧相切圆生成；若偏移角度为0度，则衔接段方向为设备连接段方向；

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，设置中间路径。

2.根据权利要求1所述的高压电缆敷设仿真模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，设置中间路径，具体包括：

根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，确定在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间是否设置曲线路径；

当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间不设置曲线路径时，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；

当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间设置曲线路径时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径规划，得到曲线路径；所述曲线路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述曲线路径为样条曲线路径；

当只有一条曲线路径时，在所述起点引出路径和所述曲线路径之间以及所述曲线路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述路径衔接包括平面坐标计算和竖直坐标计算；

当设置至少两条曲线路径时，在所述起点引出路径和对应的所述曲线路径之间、所述曲线路径之间以及所述终点引出路径和对应的所述曲线路径之间进行路径衔接，得到衔接路径。

3.根据权利要求1所述的高压电缆敷设仿真模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型，具体包括：

将所述待敷设电缆的敷设曲线生成三维曲线；

以所述待敷设电缆的敷设曲线的横截面为垂直平面，以所述待敷设电缆的敷设曲线的端点为圆心，以所述待敷设电缆的半径为半径，在所述垂直平面上画圆，沿所述三维曲线进行放样，生成电缆实体三维模型。

4.根据权利要求1所述的高压电缆敷设仿真模型的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括：

当所述电缆实体三维模型中的实体电缆有交叉时，设置交叉的实体电缆的抬高高度和抬高长度，得到没有交叉的电缆实体三维模型；

当所述电缆实体三维模型中的实体电缆的中间路径被删除时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，重新绘制待敷设电缆的中间路径；重新绘制待敷设电缆的中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值。

5.一种高压电缆敷设仿真模型的仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括：

构建模块，用于构建电缆数据库；所述电缆数据库包括规格名称以及与所述规格名称对应的电缆规格；所述电缆规格包括电缆直径、预设最小转弯半径倍数和最小转弯半径值；

通用信息和基础信息设置模块，用于根据当前工程的电缆敷设设计方案，从所述电缆数据库中选取当前工程的待敷设电缆的电缆规格，并设置当前工程的通用信息和基础信息；所述通用信息包括实际最小转弯半径倍数和实际最小转弯半径值；所述基础信息包括电缆敷设的地面标高、地面支架高度和电缆引出的落地标高；

敷设曲线设置模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，设置待敷设电缆的敷设曲线；所述敷设曲线包括所述电缆终端引出路径和连接所述电缆终端引出路径的中间路径；所述中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；

电缆实体三维模型生成模块，用于根据所述待敷设电缆的敷设曲线和所述待敷设电缆的电缆规格，生成电缆实体三维模型；

支架位置设置模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述电缆实体三维模型，设置支架的安装位置；

电缆敷设仿真模型生成模块，用于根据所述支架的安装位置，在所述电缆实体三维模型上生成三维支架模型，得到待敷设电缆的电缆敷设仿真模型；

所述敷设曲线设置模块包括：

基础信息设置子模块，用于根据所述基础信息，设置待敷设电缆的起点坐标位置、终点坐标位置、设备连接直段长度和偏移角度；具体地，终端引出首先确定起点、终点的坐标位置P_起/终点、设备连接段长度L_连接直段和偏移角度θ_偏移；终端引出形式可分为直接引出、盘圈引出、水平引出三种形式；其中，设备连接段长度L_连接直段为以电缆终端为起始点，电缆需要直线敷设的长度；偏移角度θ_偏移为可调整电缆的平面引出方向，偏移基准圆心以引出点坐标为中心；可分为顺时针、逆时针设置，偏移角度范围可进行360度调整，其中逆时针方向偏移角度为正值，顺时针方向偏移角度为负值；

引出形式选择子模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，选择终端引出形式；所述终端引出形式包括直接引出、盘圈引出和水平引出；

引出路径计算子模块，用于根据所述终端引出形式、所述起点坐标位置、所述终点坐标位置、所述设备连接直段长度和所述偏移角度，计算所述当前工程的电缆终端引出路径；所述终端引出路径包括起点引出路径和终点引出路径；具体地：直接引出方式的路径曲线的生成包含：由设备连接直段L_连接直段和半径为R的1/4圆弧组成R_1/4，L_连接直段和R_1/4的具体值由设备连接段L_连接直段是否“定长”所决定；引出方向由设置的偏移角度θ_偏移决定；

当设备连接段长度L_连接直段设置为“不定长”时，R_1/4＝R_min实际；L_连接直段＝P_{起/终点标高}-H_落地标高-R_min实际；其中，R_1/4为半径为R的1/4圆弧；R_min实际为实际最小转弯半径值；L_连接直段为设备连接直段长度；P_{起/终点标高}为起点、终点的坐标位置的标高值；

当设备连接段长度L_连接直段设置为定长时，R_1/4＝P_{起/终点标高}-L_连接直段-H_落地标高；其中，终端可完成直接引出的前提条件是有足够的空间能使电缆由竖直敷设转向水平敷设，即需满足的判定要求：P_{起/终点标高}-H_落地标高-L_连接直段≥R_min实际；

盘圈引出路径曲线由设备连接直段L_连接直段和盘圈曲线组成；其中盘圈曲线从设备连接直段L_连接直段的结束位置开始，沿半径为R_引下的圆弧在满足最小转弯半径要求的条件下落地，终点为盘圈角度对应的位置P_盘圈；盘圈引出需要设置起点位置P_S、引下盘圈半径R_引下、盘圈方向S_顺/逆、盘圈角度θ_盘圈、偏移角度θ_偏移；

盘圈引出方式的引出路径的计算流程具体包括：

第一步：设备连接段计算：设备连接直段从终端起点位置竖直向下，长度与设备连接段长度相同的直线段；

第二步：计算盘圈曲线俯视平面路径：盘圈曲线的俯视图为一段圆弧，半径为盘圈引下半径R_引下，圆心角度为盘圈角度θ_盘圈；盘圈方向为顺时针时，圆弧的圆心P_圆心坐标为(P_S.X,P_S.Y-R_引下,P_S.Z)，盘圈方向为逆时针时，圆弧的圆心P_圆心坐标为(P_S.X,P_S.Y+R_引下,P_S.Z)；盘圈曲线轨迹坐标X、Y值的计算公式如下：

P_S.X＝P_圆心.X+R_引下*Cos(θ_盘圈)；

P_S.Y＝P_圆心.Y+R_引下*Sin(θ_盘圈)；

其中，X、Y分别代表X坐标轴、Y坐标轴；

第三步：计算盘圈曲线Z值：对平面盘圈曲线在满足电缆实际最小转弯半径的条件下进行落地计算，包括向水平旋转计算、向上旋转计算、获取衔接角度、计算衔接曲线和计算盘圈曲线；

具体地，向水平旋转计算的计算过程为：选择设备连接直段结束点、盘圈曲线第一及第二点P_调整为一组，通过向下调整P_调整的Z坐标值，使三点确定空间圆的最小转弯半径满足最小转弯半径R_实际的要求，依次向后三点为一组进行遍历计算，确定下一个调整点P_调整的Z坐标值；计算并记录由每个调整点P_调整和前点的连线与水平面的夹角，夹角从90°逐渐减少小，夹角计算的公式为：

Dist_水平＝Sqrt((P_前.X–P_后.X)²+(P_前.Y–P_后.Y)²)；

Dist_竖直＝Abs(P_前.Z–P_后.Z)；

θ_水平＝Arctan(Dist_水平/Dist_竖直)；

其中，P_前.X为P_调整前面的点在X坐标轴上的坐标值；P_后.X为P_调整在X坐标轴上的坐标值；P_前.Y为P_调整前面的点在Y坐标轴上的坐标值；P_后.Y为P_调整在Y坐标轴上的坐标值；P_前.Z为P_调整前面的点在Z坐标轴上的坐标值；P_后.Z为P_调整调整后在Z坐标轴上的坐标值；

其中，向上旋转计算的计算过程为：从水平盘圈曲线的结束位置反向顺序选择三个点，通过向上调整第三个点的Z坐标，计算满足最小转弯半径R_实际的临界值；依次反向选择三点为一组计算临界Z值；计算并记录每个调整点与前一个点连线与水平面的夹角θ_向上，夹角计算方法与水平旋转的夹角计算相同，夹角从0°逐渐增大；

其中，获取衔接角度的计算过程为：通过对比获取衔接角度θ_衔接，即水平旋转的方向与向上旋转的方向平行；并记录水平旋转的圆心角θ_水平及向上旋转圆心角θ_向上；

具体地，计算衔接曲线的计算过程为：根据得到的衔接角度θ_衔接，与水平旋转终点P_水平和向上旋转终点P_向上的曲线可视为与水平面夹角为θ_衔接的圆弧，其在竖直平面上可视为与水平面夹角为θ_衔接的直线段，根据水平旋转和向上旋转衔接位置的竖直坐标差值H_衔接和θ_衔接，计算出衔接曲线在水平方向投影的长度L_水平，进而计算出衔接曲线的对应的圆心角θ_衔接曲线，计算公式为：

H_衔接＝P_水平.Z-P_向上.Z；

L_水平＝H_衔接/tan(θ_衔接)；

θ_衔接圆弧＝L_水平/R_盘圈；其中，P_水平.Z为P_水平在Z坐标轴上的坐标值；P_向上.Z为P_向上在Z坐标轴上的坐标值；

具体地，计算盘圈曲线的计算过程为：从设备连接直段结束位置，先连接水平旋转弧段，再与衔接弧段连接，连接向上旋转弧段，最后连接地面标高H_地面标高上剩余圆心角(θ_盘圈-θ_水平-θ_衔接-θ_向上)所对应的弧段；根据以上原理，最终可得出盘圈角度θ_盘圈≥θ_水平+θ_衔接+θ_向上；

具体地，旋转得到最终盘圈引出曲线的计算过程为：根据偏移角度对整体盘圈曲线进行水平旋转，旋转中心点为盘圈引下的起点，旋转角度为偏移角度，曲线上的点P进行旋转后的实际坐标P_实际，计算公式为：

P_实际.X＝(P.X-P_S.X)*Cos(θ_偏移)-(P.Y-P_S.Y)*Sin(angle)+P_S.X；

P_实际.Y＝(P.X-P_S.X)*Sin(θ_偏移)+(P.Y-P_S.Y)*Cos(angle)+P_S.Y；

P_实际.Z＝P.Z；

其中，P.X为曲线上的点在X轴上的坐标值；P.Y为曲线上的点在Y轴上的坐标值；P.Z为曲线上的点在Z轴上的坐标值；θ_偏移为设置的偏移角度；

水平引出需要设置引出位置、衔接转弯半径R_衔接，引出曲线由设备连接直段L_连接直段和衔接转弯弧段组成；衔接转弯半径由转弯圆弧的半径确定，电缆引出方向由电缆直段的方向和偏移角度共同确定；若偏移角度为正值，则衔接转弯弧段方向为设备连接直段左侧相切圆生成；若偏移角度为负值，则衔接转弯弧段方向为设备连接段方向右侧相切圆生成；若偏移角度为0度，则衔接段方向为设备连接段方向；

中间路径设置子模块，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，设置中间路径。

6.根据权利要求5所述的高压电缆敷设仿真模型的仿真系统，其特征在于，所述中间路径设置子模块包括：

判断单元，用于根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，确定在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间是否设置曲线路径；

衔接路径第一设置单元，用于当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间不设置曲线路径时，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；

曲线路径设置单元，用于当在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间设置曲线路径时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案，在所述起点引出路径和所述终点引出路径之间进行路径规划，得到曲线路径；所述曲线路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述曲线路径为样条曲线路径；

衔接路径第二设置单元，用于当只有一条曲线路径时，在所述起点引出路径和所述曲线路径之间以及所述曲线路径和所述终点引出路径之间进行路径衔接，得到衔接路径；所述衔接路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值；所述路径衔接包括平面坐标计算和竖直坐标计算；

衔接路径第三设置单元，用于当设置至少两条曲线路径时，在所述起点引出路径和对应的所述曲线路径之间、所述曲线路径之间以及所述终点引出路径和对应的所述曲线路径之间进行路径衔接，得到衔接路径。

7.根据权利要求5所述的高压电缆敷设仿真模型的仿真系统，其特征在于，所述电缆实体三维模型生成模块包括：

三维曲线生成单元，用于将所述待敷设电缆的敷设曲线生成三维曲线；

三维模型生成单元，用于以所述待敷设电缆的敷设曲线的横截面为垂直平面，以所述待敷设电缆的敷设曲线的端点为圆心，以所述待敷设电缆的半径为半径，在所述垂直平面上画圆，沿所述三维曲线进行放样，生成电缆实体三维模型。

8.根据权利要求5所述的高压电缆敷设仿真模型的仿真系统，其特征在于，所述仿真系统还包括：

电缆交叉调整模块，用于当所述电缆实体三维模型中的实体电缆有交叉时，设置交叉的实体电缆的抬高高度和抬高长度，得到没有交叉的电缆实体三维模型；

中间路径调整模块，用于当所述电缆实体三维模型中的实体电缆的中间路径被删除时，根据所述当前工程的电缆敷设设计方案和所述基础信息，重新绘制待敷设电缆的中间路径；重新绘制的待敷设电缆的中间路径的转弯半径的最小值大于等于所述实际最小转弯半径值。