架空輸電線(xiàn)路測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

常紅斌

摘要：隨著測(cè)繪裝備技術(shù)的日新月異，其在電力建設(shè)中起到了積極的作用，尤其是在架空輸電線(xiàn)路測(cè)量中，從設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)維更是發(fā)揮著巨大的作用。針對(duì)電力測(cè)繪技術(shù)在架空輸電線(xiàn)路測(cè)量中的發(fā)展歷程進(jìn)行了闡述，對(duì)不同環(huán)境中運(yùn)用不同技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)以后的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：架空輸電線(xiàn)路測(cè)量；超高壓和特高壓；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）24-0124-02

電力在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，但它在建設(shè)過(guò)程中離不開(kāi)測(cè)繪工作，電力行業(yè)的發(fā)展歷程也見(jiàn)證了測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展歷程。特別是在架空輸電線(xiàn)路測(cè)量當(dāng)中，從配電線(xiàn)路到輸電線(xiàn)路，從近距離輸電到遠(yuǎn)距離輸電，從設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)維，從低電壓到高電壓，再到超高壓，到現(xiàn)在的特高壓……任何一個(gè)環(huán)節(jié)、任何一個(gè)過(guò)程都離不開(kāi)測(cè)量工作，測(cè)量工作的質(zhì)量和效率又決定著工程建設(shè)的質(zhì)量與效率，所以測(cè)量工作在何時(shí)何地都扮演著重要的角色。

一、發(fā)展歷程

20世紀(jì)90年代前，由于當(dāng)時(shí)電力發(fā)展還比較緩慢、儀器設(shè)備落后，傳統(tǒng)的電力設(shè)計(jì)單位都是以經(jīng)緯儀、塔尺、花桿和旗語(yǔ)為主，內(nèi)業(yè)也以白圖和米格紙為主。90年代后，半站儀和全站儀以精度高、測(cè)距遠(yuǎn)、效率高等特點(diǎn)代替了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，內(nèi)業(yè)也慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)榘霐?shù)字化模式。21世紀(jì)至今，隨著電力發(fā)展的蓬勃興起，對(duì)測(cè)量設(shè)備和技術(shù)要求也越來(lái)越高，對(duì)信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化和空間概念都提出了新的挑戰(zhàn)，所以全球定位系統(tǒng)和航空攝影系統(tǒng)數(shù)字化的出現(xiàn)使架空輸電線(xiàn)路測(cè)量也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。到現(xiàn)在為止GPS技術(shù)和航空攝影測(cè)量技術(shù)在工程中是比較常見(jiàn)的測(cè)量模式，內(nèi)業(yè)則以全數(shù)字化為主，一切都進(jìn)入了信息化時(shí)代。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，3S技術(shù)將是未來(lái)架空輸電線(xiàn)路測(cè)量發(fā)展的大勢(shì)所趨。

二、現(xiàn)有技術(shù)和應(yīng)用

傳統(tǒng)的測(cè)量模式已經(jīng)退出了歷史的舞臺(tái)，目前的架空輸電線(xiàn)路測(cè)量技術(shù)多以工程測(cè)量和航空攝影測(cè)量技術(shù)為主，3S技術(shù)也是以后發(fā)展的趨勢(shì)。

1.工程測(cè)量技術(shù)

目前工程測(cè)量技術(shù)多以全站儀和GPS技術(shù)為主，初勘和施工圖階段再配以1：5萬(wàn)地形圖或Google earth衛(wèi)星圖為輔助手段，是目前比較常見(jiàn)的技術(shù)手段。

（1）全站儀在通視條件比較好的地方比較常見(jiàn)，在GPS技術(shù)沒(méi)普及之前大多數(shù)單位都以全站儀為主，它作業(yè)時(shí)一般是將儀器架設(shè)于直線(xiàn)樁或轉(zhuǎn)角樁上，先將后視方向度盤(pán)置零，然后采用正倒鏡分中法定測(cè)前視樁位，觀測(cè)水平角一測(cè)回，允許偏差±30"，然后再進(jìn)行地物、邊線(xiàn)、危險(xiǎn)點(diǎn)、塔基斷面等的測(cè)量工作。[1]但測(cè)量過(guò)程中容易造成誤差積累，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)C型或S型的線(xiàn)條，在高山區(qū)、林帶比較密集或通視條件不好（村莊、廠(chǎng)區(qū)、城區(qū)）時(shí)也非常吃力，尤其是林帶，作業(yè)時(shí)要帶好多人力進(jìn)行砍伐通道，設(shè)計(jì)路徑不合適時(shí)要反復(fù)進(jìn)行，有時(shí)一個(gè)山頭的樹(shù)會(huì)全部砍掉，造成極大的人力和物力上的浪費(fèi)，而且對(duì)自然環(huán)境也造成極大破壞。

（2）GPS技術(shù)無(wú)須測(cè)站間通視，而且精度高，不存在累計(jì)誤差，它的出現(xiàn)解決了上述問(wèn)題，在山區(qū)或林區(qū)只需砍伐少量的樹(shù)木甚至不砍伐就能達(dá)到同樣的效果。條件允許時(shí)將兩者結(jié)合起來(lái)可能效果會(huì)更好，比如用GPS進(jìn)行定線(xiàn)和平斷面的測(cè)量，全站儀進(jìn)行塔基斷面或地形圖的測(cè)設(shè)；或用GPS只定測(cè)樁位，中間的平斷面數(shù)據(jù)用全站儀進(jìn)行貫通和采集，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況將兩者靈活結(jié)合運(yùn)用不失為一種好的辦法。但對(duì)交叉跨越的線(xiàn)高和危險(xiǎn)點(diǎn)還必須采用全站儀進(jìn)行施測(cè)，尤其是用免棱鏡全站儀則更為方便。這兩種方法通常用于電壓等級(jí)小于220kV以下的高壓輸電線(xiàn)路測(cè)量。對(duì)距離小于60km的線(xiàn)路可以直接用GPS采用獨(dú)立坐標(biāo)系的方法進(jìn)行測(cè)設(shè)，用快速靜態(tài)的方法進(jìn)行平面和高程的傳遞；對(duì)大于60km的線(xiàn)路甚至200～300km線(xiàn)路，可以先進(jìn)行外業(yè)控制測(cè)量，將整條線(xiàn)路納入到統(tǒng)一坐標(biāo)系中，在變形大的區(qū)域也可以采用分帶投影的方式進(jìn)行控制測(cè)量，在兩區(qū)結(jié)合處再進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，將整條線(xiàn)路連接起來(lái)之后再進(jìn)行定線(xiàn)和定位測(cè)量。此方法的缺點(diǎn)是路徑前后銜接性差，方案需要反復(fù)進(jìn)行論證比較，容易造成返工，效率低下，工作量巨大。

2.航空攝影測(cè)量技術(shù)

電壓大于330kV小于750kV的輸電線(xiàn)路一般稱(chēng)為超高壓，常見(jiàn)的有330kV、500kV、750kV三種；電壓大于800kV的輸電線(xiàn)路一般稱(chēng)為特高壓，常見(jiàn)的有800kV和1000kV，目前國(guó)內(nèi)電壓最高的為1000kV。按國(guó)家電網(wǎng)公司要求，對(duì)超高壓和特高壓輸電線(xiàn)路統(tǒng)一采用航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行。

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)是先用飛機(jī)和照相機(jī)沿線(xiàn)路的大致走向進(jìn)行航拍取得攝影相片，一般為單航帶，再按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行外業(yè)控制測(cè)量、像控點(diǎn)測(cè)量和外業(yè)調(diào)繪，取得少數(shù)特征點(diǎn)的高精度的坐標(biāo)和高程，內(nèi)業(yè)利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向、影像相關(guān)和特性匹配、建立數(shù)字高程模型并生成等高線(xiàn)圖、正射影像圖、景觀圖等。它具有攝影精度高、測(cè)量速度快、適應(yīng)性好、數(shù)據(jù)利用率高等優(yōu)點(diǎn)，能精確測(cè)得三維坐標(biāo)，快速生成三維數(shù)字模型。[2]設(shè)計(jì)階段可以利用生成好的正射影像圖或立體模型進(jìn)行室內(nèi)選線(xiàn)，對(duì)地形地貌地物容易判讀，整體銜接性好，對(duì)線(xiàn)路路徑受控的地方和有地質(zhì)災(zāi)害的地方能夠一目了然地反映在屏幕上再進(jìn)行避讓?zhuān)乖O(shè)計(jì)人員能夠整體規(guī)劃，局部調(diào)整，細(xì)節(jié)優(yōu)化，對(duì)有疑問(wèn)的地方再進(jìn)行實(shí)地考察驗(yàn)證，經(jīng)綜合分析比較得到一條真實(shí)可靠的線(xiàn)路方案，這樣可以大大減少外業(yè)的工作量。然后再加載相應(yīng)的電力測(cè)量模塊生成粗略的線(xiàn)路平斷面圖，進(jìn)行預(yù)排桿位，在設(shè)計(jì)人員確定最終方案后再進(jìn)行手工細(xì)切斷面，外業(yè)結(jié)合工測(cè)方法進(jìn)行一次終勘定位，檢測(cè)斷面、邊線(xiàn)、危險(xiǎn)點(diǎn)等細(xì)節(jié)，最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合處理得到高精度的線(xiàn)路平斷面圖和塔基圖，此方法代替了傳統(tǒng)的室外選線(xiàn)，大大節(jié)省了人力和時(shí)間，起到了事半功倍的效果。此方法已在大量工程中得以應(yīng)用，而且技術(shù)成熟、精度高、效率高；缺點(diǎn)是前后工期長(zhǎng)，飛行帶寬小，飛機(jī)易受外界影響因素較多，飛行成本高。[3]

3.3S技術(shù)

GPS、RS、GIS簡(jiǎn)稱(chēng)3S。GPS技術(shù)現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍，簡(jiǎn)單快捷；RS遙感技術(shù)是利用各種現(xiàn)代傳感器，從空中對(duì)遠(yuǎn)距離的目標(biāo)所產(chǎn)生的反射和輻射信息進(jìn)行收集儲(chǔ)存處理成像，從而對(duì)物體進(jìn)行判斷，以達(dá)到識(shí)別物體的一種綜合技術(shù)，目前利用遙感技術(shù)可以高速生成高質(zhì)量的地形圖，配以遙感圖像處理系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)、高分辨率遙感影像測(cè)圖系統(tǒng)等，形成了從空間數(shù)據(jù)獲取到輸出的全數(shù)字化的技術(shù)體系，建立了遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收和服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大范圍衛(wèi)星影像地形測(cè)繪技術(shù)。GIS空間地理信息分析系統(tǒng)是以地理空間為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)軟件硬件數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等多種應(yīng)用手段，完成多方位動(dòng)態(tài)瞬時(shí)的空間地理信息數(shù)據(jù)的獲取存儲(chǔ)更新分析評(píng)價(jià)，向人們展示空間地理信息，為地理研究和地理決策提供必要的服務(wù)，以地理定位作為基本條件，GIS正逐步向數(shù)據(jù)高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、社會(huì)化等方向發(fā)展。3S技術(shù)由于各種外在的和內(nèi)在的因素限制，目前在架空輸電線(xiàn)路測(cè)量當(dāng)中運(yùn)用的還比較少，只有部分電力設(shè)計(jì)院在進(jìn)行嘗試和比較，其利用效果還有待研究。[4]

三、先進(jìn)技術(shù)和方向

現(xiàn)在，電壓在220kV以下的和短的架空輸電線(xiàn)路測(cè)量利用工測(cè)的方法再配以高分辨率和現(xiàn)實(shí)性好的航空影像或衛(wèi)星影像，在以后的工作當(dāng)中還是可行的。但對(duì)距離長(zhǎng)、高差大或林帶密集的地方該方法就無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代電力測(cè)量的技術(shù)要求，由此便出現(xiàn)了更加高科技的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)。

1.無(wú)人機(jī)技術(shù)

無(wú)人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為高山區(qū)或用傳統(tǒng)攝影測(cè)量有困難的線(xiàn)路測(cè)量提供很大的幫助。它的原理和航空攝影測(cè)量一樣，只是它屬于低空數(shù)字航空攝影測(cè)量，具有機(jī)動(dòng)快速、操作簡(jiǎn)單、云下攝影、能獲取高分辨率的航空影像、影像制作周期短、效率高、成本低等特點(diǎn)。[5]數(shù)據(jù)處理過(guò)程和航測(cè)技術(shù)一樣。目前在貴州、福州、四川和山西等地已取得一定的成效，為以后的類(lèi)似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和參考資料。

2.LIDAR機(jī)載技術(shù)

LIDAR機(jī)載技術(shù)對(duì)林帶比較密集的地方比較適用。它是一種安裝在飛機(jī)上的機(jī)載激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)，集成了激光掃描儀、差分GPS系統(tǒng)、IMU系統(tǒng)和數(shù)碼相機(jī)，在動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS系統(tǒng)和IMU系統(tǒng)的支持下，激光掃描系統(tǒng)通過(guò)激光掃描器和距離傳感器經(jīng)由微計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行內(nèi)部顯示或存儲(chǔ)、輸出距離和角度等資料，并與距離傳感器獲取的數(shù)據(jù)相匹配，經(jīng)過(guò)相應(yīng)軟件進(jìn)行一系列處理來(lái)獲取被測(cè)目標(biāo)的表面形態(tài)和三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行各種量算或建立立體模型，機(jī)載LIDAR傳感器發(fā)出的激光脈沖可以部分穿越樹(shù)林遮擋，直接獲取真實(shí)地面的高精度三維地理信息。本系統(tǒng)所產(chǎn)生的三維立體模型是以正攝影像為紋理，以激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的真實(shí)三維立體模型，可以從不同角度對(duì)同一地方進(jìn)行多方位觀察，以此為平臺(tái)進(jìn)行線(xiàn)路選線(xiàn)，再通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件，導(dǎo)入激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到準(zhǔn)確的數(shù)字高程模型和數(shù)字表面模型與房屋等信息，采用數(shù)碼影像和精度更高的激光數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)糾正鑲嵌可以獲取比傳統(tǒng)方法更精確的正射影像圖。后續(xù)的流程類(lèi)似于航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的流程，此方法在浙江、福建、四川、湖南、廣東等地也取得了一定效果。

3.RS遙感技術(shù)

RS遙感技術(shù)主要是在距離地物幾公里到上千公里的飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星上，使用各種傳感器接收地面物體發(fā)射或反射的電磁波信號(hào)，并以圖像或數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，傳送到地面，經(jīng)過(guò)信息處理、判讀分析、野外驗(yàn)證和應(yīng)用遙感信息的全過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)在于能獲取龐大的信息量，具有綜合性的獲取信息，圖像豐富、逼真、直觀，能動(dòng)態(tài)地探測(cè)地物和具有廣闊的探測(cè)范圍與較快的數(shù)據(jù)獲取速度。例如，一幅陸地衛(wèi)星TM圖像可以反映發(fā)出地面34225km2的景觀實(shí)壯，我國(guó)需要500多張這種圖像就可以拼成全國(guó)衛(wèi)星影像圖，而更新速度一般16天就可以對(duì)地球進(jìn)行一次數(shù)據(jù)更新，數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)性非常好。[6]在電力線(xiàn)路方面應(yīng)用表現(xiàn)在遙感圖像技術(shù)客觀真實(shí)地展現(xiàn)了工程沿線(xiàn)的基本信息，如道路、建筑、河流湖泊等；還可以對(duì)線(xiàn)路沿線(xiàn)的土壤、植被、地質(zhì)、水文以及地貌等特征進(jìn)行分析和判讀該地區(qū)是否存在對(duì)電力線(xiàn)路構(gòu)成的安全隱患，并能提供各種地物的屬性信息，為解釋各種地質(zhì)現(xiàn)象和水文要素創(chuàng)造條件。它還可以得到有關(guān)定位定線(xiàn)信息，如已有線(xiàn)路的走向和分布、電廠(chǎng)位置、規(guī)劃區(qū)、軍事區(qū)等特殊點(diǎn)位信息，為線(xiàn)路選線(xiàn)工作提供了最為直觀的最新的真實(shí)圖像資料。[7]

4.GIS建立電力信息平臺(tái)

電力線(xiàn)路信息平臺(tái)具有對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、處理、分析、顯示、輸出及為實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)決策的功能，并能構(gòu)建地面三維立體模型，建立電力線(xiàn)路走向的三維漫游和地圖查詢(xún)系統(tǒng)。建立電力信息平臺(tái)首先要掃描高分辨率的衛(wèi)星照片，目前的商業(yè)衛(wèi)星平面精度可以達(dá)到幾十公分甚至更高，然后要有高精度的高程數(shù)據(jù)模型，這可以通過(guò)選取線(xiàn)路沿線(xiàn)有代表性的地方進(jìn)行高程控制測(cè)量，點(diǎn)位盡量均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū)或測(cè)區(qū)周?chē)?，通過(guò)高程擬合來(lái)提高測(cè)區(qū)高程精度。信息平臺(tái)建好后就可以進(jìn)行線(xiàn)路路徑的選擇和優(yōu)化了，由于遙感影像的現(xiàn)實(shí)性比較好，地貌地物都與實(shí)地一致，各種影響線(xiàn)路走向的因素都反映在影像上，為選線(xiàn)工作提供了極大的方便，個(gè)別不清楚的地方可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)繪。在確定線(xiàn)路走向后，再進(jìn)行平斷面的生成，最后進(jìn)行一次終勘定位。目前此方法由于眾多方面因素的影響，在架空輸電線(xiàn)路應(yīng)用方面還非常少，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和使用。

四、總結(jié)

綜上所述，以后的架空輸電線(xiàn)路測(cè)量會(huì)以高精度信息化平臺(tái)為基礎(chǔ)，建立綜合性的數(shù)據(jù)處理模式，朝著有利于電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、三維智能化、可視化的方向發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）