RNSS在電力工程線路勘查中的應(yīng)用與發(fā)展

【摘要】介紹了電力線路工程勘測設(shè)計的基本概念和內(nèi)容，指出了傳統(tǒng)電力線路測量存在的弊端以及GNSS高精度測量系統(tǒng)的主要特點，詳細論述了GNSS與GIS在電力線路前期規(guī)劃中的應(yīng)用和GNSS與RS技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用。最后以“500kV恩施-水布埡送電線路工程”為例，利用數(shù)字攝影測量技術(shù)處理航測影像進行預(yù)選線，對優(yōu)化后方案路徑與規(guī)劃選線方案綜合技術(shù)經(jīng)濟指標進行了比較，充分顯示了導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于電力線路勘查不僅具有重要的現(xiàn)實意義而且引領(lǐng)了電力市場的蓬勃發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】GNSS；電力；勘查；工程

1.引言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，無論是輸電線路還是通信電纜線路的建設(shè)都迅猛發(fā)展，從過去的“幾年建一條線路”到現(xiàn)在的“一年建幾條線路”，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。線路工程是一個從設(shè)想、選擇、評估、決策、設(shè)計、施工到竣工驗收、投入生產(chǎn)的整個建設(shè)過程。線路工程的勘測可以為選擇、設(shè)計、評估決策、施工提供翔實的現(xiàn)場資料，是各階級工作的基礎(chǔ)，而空間信息高新技術(shù)的應(yīng)用，無疑影響和改變著傳統(tǒng)的工藝流程。任何線路的新建、改建、擴建工程都必須經(jīng)過兩個主要過程：勘測過程和施工過程。沒有勘測設(shè)計，就不能進行施工，因此勘測設(shè)計是施工的根本依據(jù)?？睖y的目的是為設(shè)計與施工提供必要的原始資料，沒有實地勘測的資料，就不可能編制出正確的設(shè)計文件，更不可能進行施工，因此勘測又是設(shè)計與施工的基礎(chǔ)。一般地，勘測工作都要經(jīng)過查勘、角桿測量、拉線測量、河谷寬度測量、高度測量等，為初步設(shè)計奠定基礎(chǔ)。線路工程設(shè)計是按照建設(shè)項目的需要，利用查勘、測量所取得的基礎(chǔ)資料和技術(shù)標準，以及現(xiàn)階段提供的材料等，進行系統(tǒng)綜合設(shè)計的過程。對技術(shù)的準確應(yīng)用，對現(xiàn)場情況的準確處理，是設(shè)計方案質(zhì)量高低的標準之一。

2.GNSS與GIS在電力線路前期規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)電力線路測量存在的弊端

（1）輸配電線路的工程特點

大部分遠程輸配電線路位于山地丘陵，植被復(fù)雜，通視條件差。有些線路雖然位于平原地區(qū)，也可能由于地物太多造成通視情況不好。山地地形復(fù)雜可能造成勘測人員迷路，走錯路線和位置等，不但沒有人身安全保障，而且影響工作效率。測區(qū)一般分布呈帶狀，并且較長，因此容易出現(xiàn)較大的誤差累計。傳統(tǒng)測量儀器視距較長，可達1km或更長。為了保證精度，需要長距后視，因目標較小，不易于尋找。一條線路往往很難通過一次勘測就可以完全合格，需要經(jīng)過反復(fù)修改路線走向，勘測人員體力付出較大。

（2）勘測中存在的問題

以往的電力工程測量均采用人工測量，需要帶上百米繩、標桿、鉛筆等工具。受勘測人員自身能力限制及地形因素的影響，往往需要的時間較長。在測量過程中，經(jīng)緯儀是通過點與點之間的直接觀測而獲取測量數(shù)據(jù)的，如出現(xiàn)不通視的情況，將造成測量困難。

2.2 GNSS高精度測量系統(tǒng)的主要特點

應(yīng)用GNSS衛(wèi)星定位測量系統(tǒng)，通過衛(wèi)星傳送和接收信息，可以準確獲取所有相關(guān)現(xiàn)場的測量信息及數(shù)據(jù)。GNSS測量能使測量誤差減小，測量精度更高，能進一步提高工程設(shè)計質(zhì)量。

鑒于輸配電線路勘測工作的特點以及GNSS測量設(shè)備的特點，使其應(yīng)用于線路勘測成為必然。高精度GNSS測量設(shè)備的使用，提高了輸電線路勘測的質(zhì)量和效率。GNSS PTK測量設(shè)備的主要特點如下：

（1）觀測站之間無需通視。觀測站相互通視一直是測量學(xué)的難題，GNSS這一特點，使得選點更加方便，但觀測站上空必須開闊，保證GNSS接收衛(wèi)星信號不受干擾。

（2）定位精度高。隨著距離的增長，GNSS測量的優(yōu)越性愈加突出。

（3）觀測時間短。

（4）提供三維坐標。GNSS在精確測定觀測站平面位置的同時，可測量觀測站的大地高程。

（5）操作簡便。GNSS測量儀器的自動化程度很高，在觀測中測量員的主要任務(wù)是安裝開關(guān)儀和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他觀測工作，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

（6）全天候作業(yè)。GNSS觀測可在任何地點、任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。

2.3 GNSS在電力線技改前期規(guī)劃中的實際應(yīng)用

以一條10KV供電系統(tǒng)進行重新規(guī)劃，新架一條供電線路為例。首先通過電力生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)對該地區(qū)配電線路供電半徑、地理分布、負荷狀況等進行前期分析，并在輔助設(shè)計層進行負荷切改的模擬規(guī)劃，提出線路規(guī)劃初步方案，然后按照初步方案進行現(xiàn)場勘察。

測區(qū)位于半山區(qū)，線路所經(jīng)地區(qū)樹林、房屋較多，地勢起伏較大，采用傳統(tǒng)方法進行測量，難度很大。采用GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，進行桿塔定位、距離測量、路徑選取，僅用兩天時間就完成了以往需一周時間的勘測量，完成全部線路的切改規(guī)劃，并完成了桿塔的挖坑定位工作。

GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在輸配電線路中的應(yīng)用主要用于定線、定位、直線樁位及塔位的放樣，另外還可進行平斷面的測量。GNSS能直接提供點位的地理坐標，具有實時測圖和工程放樣功能。常用的放樣功能，能一次性完成線路規(guī)劃、桿塔基礎(chǔ)位置定位等各項工作。通過GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng)現(xiàn)場實時采集桿塔精確坐標數(shù)據(jù)，并將其導(dǎo)入生產(chǎn)管理地理信息系統(tǒng)，能非常方便地為電網(wǎng)規(guī)劃、線路設(shè)計提供參考。通過圖上規(guī)劃，能立即獲得規(guī)劃后負荷變化情況和線路長度等信息，這使電網(wǎng)前期規(guī)劃和設(shè)計能夠更加合理、正確，避免人為失誤，提高了工作質(zhì)量和效率。利用地理信息系統(tǒng)和完備的數(shù)據(jù)信息可以對工程施工開展前期規(guī)劃，并跟蹤工程進度，使工程管理工作規(guī)范化、標準化、科學(xué)化、可視化，從而提高企業(yè)工程管理的效率和水平。

3.GNSS與RS技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用

RS遙感是指從衛(wèi)星或飛機上對地面進行觀測，通過電磁波的傳播與接收，感知目標的某些特性并加以進行分析的技術(shù)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS技術(shù)能夠為遙感傳感設(shè)備提供瞬時的三維坐標，特別是GNSS/IMU組合導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用能夠高頻率、高精度地提供傳感器的位置與姿態(tài)信息，能夠減少甚至不需要野外控制點、連結(jié)點的測量工作，大大減少了外業(yè)工作，提高了線路勘查工作的效率。跨入新世紀以來，國內(nèi)電力勘測設(shè)計單位愈來愈關(guān)注該項技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，并努力將其應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)項目的前期規(guī)劃設(shè)計中。

特別是三維航空遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程如下圖所示，該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)計人員在室內(nèi)微型機上進行路徑的多方案比較、確定最佳方案，并完成線路平面測量和縱橫斷面測量。此外，還可以利用衛(wèi)星遙感影像圖進行輸電線路選線，衛(wèi)星遙感影像較飛機航拍影像成本少，但分辨率比較低。

全數(shù)字影像測量系統(tǒng)的應(yīng)用徹底改變了電力勘測設(shè)計傳統(tǒng)的作業(yè)模式，不僅極大地減輕了勘測設(shè)計人員的外業(yè)勞動強度，更重要的是能夠最大限度地優(yōu)化線路路徑，減少線路長度和跨越屋頂?shù)臄?shù)量，大幅降低了國家投資電網(wǎng)建設(shè)的成本以及工程對資源環(huán)境的破壞。以“500kV恩施-水布埡送電線路工程”為例，利用數(shù)字攝影測量技術(shù)處理航測影像進行預(yù)選線，優(yōu)化后方案路徑與規(guī)劃選線方案綜合技術(shù)經(jīng)濟指標比較如表1所示。

航空遙感設(shè)計優(yōu)化方案較規(guī)劃選線方案有如下優(yōu)點：優(yōu)化線路較原線路長度縮短了3.2km；房屋拆遷量減少了5520平方米；走線海拔高度有所降低，經(jīng)過高山大嶺地形比例降低了6%；優(yōu)化路徑交通條件較好，有利于今后施工運行；避開了30mm重冰區(qū)，且重冰區(qū)線路長度縮短了5.5km；靜態(tài)投資節(jié)省7255.4萬元。由此可見，優(yōu)化方案較規(guī)劃選線方案有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，能夠優(yōu)化路徑、降低工程造價、節(jié)約資源、提高工效、節(jié)約勘測設(shè)計成本。

4.結(jié)束語

電力行業(yè)與現(xiàn)代文明社會息息相關(guān)，電力系統(tǒng)是人類文明的生命線，現(xiàn)代社會已無法想象沒有電力供給所造成的災(zāi)難。本文首先對電力線路工程勘測設(shè)計進行了概述，指出了傳統(tǒng)電力線路測量存在的弊端以及GNSS高精度測量系統(tǒng)的主要特點，詳細論述了GNSS與GIS在電力線路前期規(guī)劃中的應(yīng)用和GNSS與RS技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用。充分顯示了導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于電力線路勘查不僅具有重要的現(xiàn)實意義而且對電力市場的蓬勃發(fā)展具有深遠的歷史意義。

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