輸變電工程測量一體化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

祖為國 ， 劉 勇

（1.廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663；2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院 ，湖北 武漢 430070）

目前，輸變電工程測量中，儀器種類較多，品牌繁雜。數(shù)據(jù)處理軟件跟儀器配套時，綜合性差，儀器之間結(jié)合緊密度不強,數(shù)據(jù)格式較多；外業(yè)采取草圖無編碼方式或編碼雜亂，輸出成果文件規(guī)范度不高，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理、成圖自動化程度低，制約了輸變電工程測量效益的提升，影響了成果資料的統(tǒng)一。

1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先根據(jù)野外測量儀器和野外測量模式，設(shè)計定義了野外儀器編碼一體化和作業(yè)模式一體化；再圍繞工程測量數(shù)據(jù)處理成圖所需功能進(jìn)行相應(yīng)的軟件功能模塊化設(shè)計。

圖1 輸變電工程測量一體化系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)化設(shè)計流程圖

如圖1所示，輸變電工程測量一體化系統(tǒng)主要從野外數(shù)據(jù)一體化、數(shù)據(jù)處理成圖一體化、文件格式一體化、成果一體化和系統(tǒng)幫助等5個方面進(jìn)行相應(yīng)的功能模塊設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、成表、成圖的一體化。

1.2 野外測量儀器編碼統(tǒng)一設(shè)計

目前輸變電工程測量使用的儀器為全站儀和GPS，RTK編碼在文獻(xiàn)[1]中有詳細(xì)介紹。全站儀采用CODE碼輸入方式，形成CODE碼記錄的野外測量作業(yè)文件，記錄架設(shè)點點號、對向點編號、儀器高、測量地物編碼、測量地物的原始角度和邊長等全站儀測量原始信息。輸變電線路一體化軟件根據(jù)輸入的全站儀地物編碼和GPS對應(yīng)的編碼，實現(xiàn)全站儀數(shù)據(jù)到GPS編碼點位坐標(biāo)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，全站儀編碼在文獻(xiàn)[2]中有詳細(xì)介紹。

圖2 全站儀與GPS編碼統(tǒng)一示例

如圖2所示，全站儀編碼從地物類別進(jìn)行數(shù)字編碼，如100部分為獨立地物，400部分為常用交叉跨越線路部分。GPS數(shù)據(jù)采用地物名稱首拼音方式編碼。

1.3 交叉跨越多種快速測量方法設(shè)計

由于交叉跨越測量為非接觸性測量，精度要求高的同時測量難度也高。針對送電線路交叉跨越懸高測量，結(jié)合文獻(xiàn)[3]～文獻(xiàn)[7]中介紹的懸高測量方法，設(shè)計了包括GPS配合全站儀直接空切數(shù)據(jù)的幾何解析法、前方交會法、垂直地點法、無棱測量法等多種智能解算的測量方式。

1）直接無棱測量。直接采用高性能無棱全站儀，運用極坐標(biāo)法直接測量交叉跨越點坐標(biāo)，實現(xiàn)無接觸高精度無棱測量。

2）垂直低點懸高測量。如圖3所示，測量懸高點下棱鏡或地物，旋轉(zhuǎn)全站儀鏡頭記錄懸高點P的高度角，根據(jù)懸高點垂線下測量點推算距離再進(jìn)一步求取P點高程。

圖3 垂直低點懸高測量示意圖

觀測時應(yīng)適當(dāng)控制全站儀至觀測目標(biāo)點的豎直角大小，當(dāng) α2≤45°時，全站儀懸高測量的誤差較小，能完全滿足輸變電工程測量0.3 m的限差要求。

3）雙站前方交會法懸高測量。前方交會是測量過程中應(yīng)用較廣的一種角度交會方式，常應(yīng)用于人無法到達(dá)的一些懸高點等。前方交會時，三角形中的角度不能太小或太大，禁止出現(xiàn)病態(tài)三角形。角度的大小直接影響測量精度，應(yīng)嚴(yán)格限制在30°～150°之間。

4）幾何解析法懸高測量。如圖4所示，先用GPS、全站儀無棱測量、前方交會等測量出懸線上任意AB兩點坐標(biāo)，根據(jù)測量出的已知點，在測站P處觀測懸線的垂直角，根據(jù)平面幾何方法推算出平面距離，求取切高處的三維坐標(biāo)。

圖4 線性幾何解析法懸高測量示意圖

由于線路測量中，在風(fēng)擺不強烈的情況下，同一段懸線的平面投影可認(rèn)為是一條直線，所以只需測量出懸線點或該段線路任意兩點的坐標(biāo)。采取幾何解析法測量，精度高，實用性強。該方法在線路懸高測量中具有較大優(yōu)勢。

1.4 平斷面數(shù)據(jù)處理

輸電線路采用的是線路路徑方式，平斷面數(shù)據(jù)采集方法與要求參見文獻(xiàn)[8]。線路塔位排桿數(shù)據(jù)主要基于平斷面圖，而平斷面圖坐標(biāo)采用線路歸算坐標(biāo)，主要是地物點相對線路的累距、偏距坐標(biāo)。因此需將地物點預(yù)先歸段至所屬轉(zhuǎn)角耐張段，再根據(jù)所在耐張段計算地形地物點累距偏距，生成平斷面圖。

1）自動數(shù)據(jù)歸段。以線路轉(zhuǎn)角的角平分線形式分段，將同一地物所有點都未進(jìn)入?yún)^(qū)域的點，歸為出節(jié)點；將兩段都可以包含的點，歸類為兩段點，同時以角平分線劃分最后歸屬。對于該點落在范圍外，而同一地物其他點在范圍內(nèi)，采取跟隨的方式（先跟前點后跟后點），對齊跟隨分段。

2）累偏距計算與道亨平斷面圖格式轉(zhuǎn)換。依據(jù)分段好的數(shù)據(jù)格式，填寫對應(yīng)轉(zhuǎn)角樁編號，點擊累距計算，完成對應(yīng)的偏距、檔距、累距計算。根據(jù)地物編號及對應(yīng)的偏距累距轉(zhuǎn)換成道亨平斷圖文本格式，實現(xiàn)平斷面圖轉(zhuǎn)換。

1.5 文件格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1）格式轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)南方CASS數(shù)據(jù)格式文件、野外測量GPS編碼數(shù)據(jù)文件、廣東省電力設(shè)計研究院MicroStation二次開發(fā)HCTMS地形圖軟件CON文件等相關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件互相批量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同編碼不同數(shù)據(jù)格式的直接轉(zhuǎn)換。

2）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)七參數(shù)WGS84坐標(biāo)與國家1980西安坐標(biāo)、1954北京坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；同時實現(xiàn)高精度同坐標(biāo)投影下的坐標(biāo)換帶計算，滿足工程不同坐標(biāo)系要求；實現(xiàn)多種常用坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

1.6 輸出成果表、生成封面目錄

根據(jù)統(tǒng)一的塔位坐標(biāo)文件，自動生成Excel格式的控制點坐標(biāo)成果表、塔位坐標(biāo)成果表、樁位累距表、塔位累距表等。不同項目負(fù)責(zé)人和軟件生成相同格式的坐標(biāo)成果文件。

工程文件夾命名規(guī)則為：######-L##_工程名稱-業(yè)主_負(fù)責(zé)人_20##.##.##，第一部分為工程編號和卷號；第二部分為工程名稱，由工程全名和對應(yīng)的業(yè)主構(gòu)成；第三部分為工程負(fù)責(zé)人；第四部分為資料提交時間；4個部分采用“_”分隔。歸檔成果文件各項文件夾根據(jù)工程類型固定，相應(yīng)文檔放置在相應(yīng)文件夾下，選擇工程資料成果文件路徑，自動生成相應(yīng)歸檔出版資料封面目錄，打印出版格式統(tǒng)一的成果資料。

2 軟件成果

如圖5所示，輸變電工程測量一體化軟件運行界面結(jié)構(gòu)明晰、界面美觀簡便、可擴展性強，同時為非測繪專業(yè)提供了詳細(xì)的相關(guān)理論幫助文檔。

圖5 輸變電工程測量一體化軟件運行界面截圖

3 結(jié) 語

輸變電工程測量一體化系統(tǒng)是我院針對目前輸變電工程測量散亂的數(shù)據(jù)處理軟件狀況下編制的一款專業(yè)性應(yīng)用軟件。系統(tǒng)統(tǒng)一了作業(yè)儀器編碼以及文本、表格、圖形等輸出格式，實現(xiàn)了基于編碼的自動化數(shù)據(jù)處理、成圖、輸出標(biāo)準(zhǔn)成果的專業(yè)一體化。輸變電工程測量一體化軟件為輸變電工程測量帶來便利、統(tǒng)一和效益。

[1]雷偉剛.基于編碼的GPS RTK架空送電線路平斷面測量系統(tǒng)設(shè)計[J].測繪通報,2010(1):45-48

[2]雷偉剛，陳尚東.基于編碼的全站儀架空送電線路平斷面測量系統(tǒng)設(shè)計[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版,2009(34):1-4

[3]張軍，盧祥，陳剛. 精確懸高測量方法探討[J].測繪科學(xué)，2010(4):12-14

[4]朱繼文，劉勇，甘麗梅. 懸高點高程測量的實際應(yīng)用方法研究[J].測繪與地理空間信息，2008(12):158-161

[5]姚冬青，張健雄，李慶勇.懸高測量方法的再探討[J].測繪科學(xué),2008(11):92-93

[6]陳昌耀.淺議全站儀懸高測量的難點及改進(jìn)方法[J].城市勘測,2011(4):149-150

[7]劉慶金.特殊懸高之測量方法[J].測繪通報,2006(3):43-44

[8]牛全福，郭東，姜東風(fēng).GPS-RTK 采集數(shù)據(jù)在輸電線路平斷面中的應(yīng)用[J].測繪與地理空間信息，2008(12):158-161