電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)與方法研究

王愛(ài)國(guó)，周學(xué)軍

(1.武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430072;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局測(cè)繪信息院，河南 鄭州 450003;3.河南省遙感測(cè)繪院，河南 鄭州 450003)

1 引 言

近些年來(lái)，地理信息系統(tǒng)(GIS)由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和空間分析能力已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)內(nèi)得到應(yīng)用。而電力系統(tǒng)中，許多設(shè)備都和空間信息密不可分，許多省市的電力部門(mén)已經(jīng)或正在籌建GIS。為建立電力GIS 系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)信息，多個(gè)省份已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行電力數(shù)據(jù)的采集，而電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集是電力數(shù)據(jù)采集中很重要的一部分。本文將根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)的具體特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的方法、技術(shù)和流程進(jìn)行探討和分析。

2 電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)技術(shù)方法研究

2.1 數(shù)據(jù)采集要求

電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集需要采集高壓用戶(hù)點(diǎn)和計(jì)量箱兩個(gè)設(shè)備，采集的內(nèi)容包括:

(1)空間數(shù)據(jù):主要采集高壓用戶(hù)點(diǎn)和計(jì)量箱的空間位置信息。

(2)屬性數(shù)據(jù):包括用戶(hù)的標(biāo)識(shí)、名稱(chēng)、電源數(shù)目、變壓器的臺(tái)數(shù)、容量、用戶(hù)編號(hào)、抄表段編號(hào)、線(xiàn)路名稱(chēng)等。

(3)照片數(shù)據(jù):計(jì)量箱:樓房5 張照片包括:建筑物全貌照，樓號(hào)照，單元照，表箱照，條形碼照片(條碼必須清晰);如果是平房包括:建筑物全貌照，表箱照，條形碼照片。高壓用戶(hù)點(diǎn):全貌照，銘牌照兩張照片。

對(duì)于計(jì)量箱數(shù)據(jù)采集，要求精度最大誤差為1.5 m，且保證與周邊相關(guān)參照物的相對(duì)地理位置正確;對(duì)于高壓用戶(hù)點(diǎn)，要求精度最大誤差為1 m，且保證與周邊相關(guān)參照物的相對(duì)地理位置正確。

2.2 數(shù)據(jù)采集方法

對(duì)于高壓用戶(hù)點(diǎn)，主要包括箱變、桿變、臺(tái)變?nèi)N情況，如圖1、圖2、圖3 等三種情況。針對(duì)這幾種情況，可以采用單點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法等測(cè)量方法。單點(diǎn)法使用于能直接測(cè)量得到變壓器中心位置，如單桿上的變壓器或雙桿上的變壓器可以直接測(cè)量中心位置的。兩點(diǎn)法主要應(yīng)用在雙桿變壓器上，直接測(cè)量線(xiàn)桿位置，通過(guò)求取中心點(diǎn)位坐標(biāo)，來(lái)獲取變壓器位置。三點(diǎn)法可應(yīng)用在桿變、箱變、臺(tái)變等多種情況。

圖1 箱變圖

圖2 桿變

圖3 臺(tái)變

圖4:兩點(diǎn)法(a)和三點(diǎn)法(b)示意圖

兩點(diǎn)法計(jì)算公式:設(shè)測(cè)量了點(diǎn)位A(xA，yA)，B(xB，yB)，則設(shè)備中心點(diǎn)G 的坐標(biāo)計(jì)算公式為:

三點(diǎn)法計(jì)算公式為:設(shè)測(cè)量了點(diǎn)位A(xA，yA)，B(xB，yB)，C(xC，yC)則設(shè)備的坐標(biāo)計(jì)算公式為:

2.3 電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集流程圖

電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集之前必須制定好采集流程，在項(xiàng)目實(shí)施之前必須進(jìn)行資料的收集。收集控制點(diǎn)信息，收集該項(xiàng)目區(qū)域的位置信息，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)行儀器設(shè)備的準(zhǔn)備，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行求定。對(duì)電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬進(jìn)行準(zhǔn)備，查看設(shè)備臺(tái)賬是否完備，并按照臺(tái)賬準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)采集路線(xiàn)。確定作業(yè)方法和作業(yè)程序，根據(jù)收集到的相關(guān)資料，確定外業(yè)數(shù)據(jù)采集的方法，如采用CORS 網(wǎng)還是單基站法，是采用GNSS 法還是全站儀法。在外業(yè)采集數(shù)據(jù)期間，應(yīng)按照確定的方案進(jìn)行設(shè)備位置信息的采集，同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行相片的拍攝，同時(shí)對(duì)臺(tái)賬上的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。采集后的數(shù)據(jù)應(yīng)按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，即計(jì)算設(shè)備的空間位置坐標(biāo)，并對(duì)求得的坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。對(duì)外業(yè)拍攝的照片還應(yīng)進(jìn)行整理，刪去不合格的照片，并將照片和臺(tái)賬上設(shè)備信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)。完成這些工作之后，還應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查數(shù)據(jù)的完備性，正確性，邏輯性以及精度是否滿(mǎn)足要求。成果的上交應(yīng)按照規(guī)定上交臺(tái)賬、外業(yè)數(shù)據(jù)采集成果、照片成果、自檢結(jié)果等。電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖5 所示。

圖5 電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集流程圖

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

在電網(wǎng)設(shè)備測(cè)量中，要求提交西安80 的直角坐標(biāo)和CGCS2000 坐標(biāo)系的經(jīng)緯度坐標(biāo)，這就需要進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。主要坐標(biāo)變換有:①WGS84 到西安80 的轉(zhuǎn)換;②西安80 至CGCS2000 的轉(zhuǎn)換。同時(shí)為求取CGCS2000的大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，還必須進(jìn)行高斯投影的反算。

3.1 布爾薩七參數(shù)模型和參數(shù)計(jì)算

為求取七參數(shù)，必須利用至少三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，且要求同時(shí)具有轉(zhuǎn)換前后的兩套坐標(biāo)。如果多于三個(gè)點(diǎn)，可利用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算來(lái)求取參數(shù)。

在上式中，令:

則得:

當(dāng)為等權(quán)觀測(cè)時(shí)，轉(zhuǎn)換參數(shù)的最小二乘解為:

按照式可以求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的七參數(shù)，再利用七參數(shù)來(lái)轉(zhuǎn)換電力設(shè)備測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)。

3.2 CGCS2000 坐標(biāo)高斯投影反算

從3.1 中通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到CGCS2000 的平面直角坐標(biāo)，要得到點(diǎn)位的大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，還必須進(jìn)行坐標(biāo)的高斯投影反算。即從坐標(biāo)x，y→B，L。其計(jì)算公式可利用下式來(lái)計(jì)算:

4 電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集實(shí)踐與測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

在山東某地電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目生產(chǎn)中，我們采用了利用山東CORS 網(wǎng)RTK 作業(yè)來(lái)進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備空間位置數(shù)據(jù)的采集，點(diǎn)位的采集主要利用單點(diǎn)法，兩點(diǎn)法，三點(diǎn)法。單點(diǎn)法主要在桿變且能直接采集中心坐標(biāo)的設(shè)備;兩點(diǎn)法主要應(yīng)用在桿變或臺(tái)變中無(wú)法采集第三點(diǎn)坐標(biāo)的情況;三點(diǎn)法應(yīng)用比較廣泛，無(wú)論是桿變、臺(tái)變還是箱變都可以應(yīng)用。采集后的坐標(biāo)利用上述公式進(jìn)行計(jì)算來(lái)獲取。

在實(shí)踐中，我們?cè)诶脙牲c(diǎn)法或三點(diǎn)法進(jìn)行采集后，必須進(jìn)行設(shè)備中心的計(jì)算，可以利用南方公司的CASS 軟件進(jìn)行展點(diǎn)，然后利用連線(xiàn)命令連接兩點(diǎn)確定的直線(xiàn)，之后通過(guò)第三點(diǎn)作垂線(xiàn)來(lái)獲取設(shè)備中心位置的坐標(biāo)。然后將求定的坐標(biāo)拷貝到臺(tái)賬上。將對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來(lái)獲取CGCS2000 的經(jīng)緯度坐標(biāo)，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的照片號(hào)填寫(xiě)到臺(tái)賬上。

由于每天都要采集60 個(gè)～90 個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)設(shè)備的坐標(biāo)都需要進(jìn)行計(jì)算和照片的整理，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理工作量較大，為比較準(zhǔn)確和快速地進(jìn)行設(shè)備坐標(biāo)計(jì)算和照片整理，我們編寫(xiě)了電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件可以非常方便地進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，并能按照對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行照片編號(hào)的自動(dòng)提取，軟件設(shè)計(jì)界面如圖6 所示，該軟件只需要在軟件中按照順序輸入采集的三個(gè)點(diǎn)，前兩個(gè)為直線(xiàn)點(diǎn)，第三點(diǎn)為垂線(xiàn)點(diǎn)，若為兩點(diǎn)，只需輸入兩點(diǎn)即可，若為單點(diǎn)，只需輸入單點(diǎn)。同樣照片也直接輸入序號(hào)即可自動(dòng)提取照片號(hào)，若有多余的照片，先不要?jiǎng)h去，等全部提取后再進(jìn)行刪除。

圖6 電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件界面

5 結(jié)論與展望

電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集是電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞也直接影響到今后GIS 的運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行研究是非常關(guān)鍵的一步，它對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)隨著GIS 技術(shù)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利等部門(mén)都需要建立各自的GIS系統(tǒng)來(lái)為系統(tǒng)的發(fā)展提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，同時(shí)對(duì)部門(mén)的管理和規(guī)劃發(fā)展起到推動(dòng)作用。因此研究電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)也將為其他相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的研究提供方法論，使數(shù)據(jù)采集的方法更具科學(xué)性。

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