架空輸電線路交叉跨越測量方法探討

【摘要】作為輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工與竣工驗(yàn)收的關(guān)鍵依據(jù)，交叉跨越測量的成果質(zhì)量與數(shù)據(jù)精度起到至關(guān)重要的影響，其數(shù)據(jù)資料可表征出輸電線路最終交叉跨越間距，客觀體現(xiàn)出輸電線路的成果質(zhì)量，與輸電線路工程造價(jià)、項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)營密切相關(guān)。本文擬從交叉跨越測量方法入手，探究不同測量環(huán)境下的線路數(shù)據(jù)采集方式，并結(jié)合GPS、經(jīng)緯儀與全站儀等測繪手段，提出了多種數(shù)據(jù)測量方式，并對其適用條件、應(yīng)用要點(diǎn)等進(jìn)行了細(xì)致分析，為相關(guān)工程實(shí)踐提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】激光測距；豎角交會；兩點(diǎn)輔助；前方交會；坐標(biāo)解析；免棱鏡測距；交叉跨越測量

交叉跨越測量是輸電線路工程設(shè)計(jì)、施工、竣工等環(huán)節(jié)重要的測量環(huán)節(jié)，交叉跨越測量成果是反映輸電線路對交叉跨越物的最終交叉跨越距離，它直接影響輸電線路工程的質(zhì)量、工程造價(jià)及運(yùn)行安全。本文針對跨越通信、電力與桿塔設(shè)施等物體時(shí)的架空輸電線路交叉跨越測繪方法，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)剖析與技術(shù)總結(jié)，并將其測繪手段與測量原理匯總?cè)缦?，以為類似工程?shí)踐提供參考依據(jù)。

1、手持激光測距儀法

近年來伴隨激光測距技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，以喜利得PD32、PD42等型號的手持激光測距儀逐步興起并迅速推廣應(yīng)用，其測量流程為：測繪者站立于線路方向和交叉跨越物豎面交叉垂直投影點(diǎn)（如圖1）P上，線路與交叉跨越物的交點(diǎn)P'，同時(shí)測定P'點(diǎn)與儀器間的距離，結(jié)合測距儀與地面點(diǎn)間距i，即求得地面點(diǎn)P與交點(diǎn)P'間距 h=h'+i，為保證測繪的精度、排除粗差影響，應(yīng)進(jìn)行多測回采集求均值。手持激光測距儀法現(xiàn)場操作簡單、方便、快捷，在交叉跨越測量工作中工作效率高，常用于測量10kV以下等級的電力線高度、房屋高度、桿塔下橫擔(dān)的高度等。

2、懸高測量法

如圖2為懸高測量原理圖，其中A為線路方向上的測站點(diǎn)，P與P'分別為線路與交叉跨越物豎面、線路豎面與交叉跨越物的交點(diǎn)，其求解公式如下：

其中：i為儀器高、v為棱鏡高。

懸高測量法在交叉跨越測量工作中應(yīng)用廣泛，且精度較高。在各種型號全站儀上一般都有懸高測量的功能，現(xiàn)場可直接求得hPP'。實(shí)際工作中通過變換測站對交叉跨越成果進(jìn)行校核。

針對P點(diǎn)可到達(dá)立尺的情況，適用懸高測量方法求解輸電線路高程參數(shù)，若P點(diǎn)不易立尺觀測，則不宜采用該方法，同時(shí)在大風(fēng)天氣或交叉跨越電力線擺動較大時(shí)應(yīng)停止測量，此時(shí)交叉跨越測量成果精度較差。

3、豎角交會法

交叉跨越測量過程中，對類似圖2中P點(diǎn)無法立尺觀測或地形條件較為復(fù)雜的情況，可采用豎角交會測量的方法，測定架空輸電線路交叉跨越時(shí)的相關(guān)物理參數(shù)，根據(jù)測站點(diǎn)與交叉跨越物間的相對位置關(guān)系分為以下兩類情況：

3.1 測站點(diǎn)在交叉交叉跨越物兩側(cè)

如圖3所示，Z1、Z2為線路方向上的點(diǎn)，P為線路方向與交叉跨越物豎面的交點(diǎn)，P'為交叉跨越物與線路豎面的交點(diǎn)。在Z1、Z2分別架設(shè)全站儀，在Z1處測得垂直角α1，在Z2測垂直角α2，Z1、Z2之間的平距D等于Z2的里程減去Z1的里程或通過坐標(biāo)反算取得。

從觀測條件上分析，豎角交會測量法適用于以下幾類情形：

（1）架空輸電線路與交叉跨越物豎面交叉點(diǎn)位于大面積水域中；

（2）架空輸電線路與交叉跨越物豎面交叉點(diǎn)位于山谷等不易到達(dá)、交通不便的地區(qū)；

（3）通過測量手段對處于高山頭之間的低矮山頭或構(gòu)筑物高度進(jìn)行估測分析的情形。

在使用豎角交會測量法時(shí)，應(yīng)從如下方面引起注意：

（1）在正常情況下，因豎角平面內(nèi)交會角過小或過大，盡量不使用此類測量方法。

（2）當(dāng)觀測條件不穩(wěn)定，出現(xiàn)跨越輸電線大幅風(fēng)擺情況時(shí)，應(yīng)待風(fēng)擺較小再行觀測或僅測定固定構(gòu)筑物（桿塔）高度。

（3）從降低垂直角或俯仰角的理念出發(fā)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場觀測環(huán)境，來測繪輸電線路線高樁距較大的情形。

豎角交會測量方法，因操作程序較為繁瑣、定位精度易受觀測條件影響等因素，在架空輸電線路交叉跨越測量中應(yīng)用頻率較低，但針對終堪定位校驗(yàn)核準(zhǔn)、地形條件復(fù)雜的低矮山頭測繪，以及高壓輸電線路航片外業(yè)調(diào)繪等特殊情形，采用豎角交會測量方法可在一定程度上降低外業(yè)勞動強(qiáng)度、節(jié)約數(shù)據(jù)采集時(shí)間成本，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，該類方法一般應(yīng)用Excel電子表格或卡西歐可編程計(jì)算器進(jìn)行公示或程序預(yù)設(shè)，提升外業(yè)數(shù)據(jù)解算的工作效率。

4、兩點(diǎn)輔助法

與豎角交會法類似，針對P點(diǎn)無法立尺觀測或地形條件較為復(fù)雜的情況，可采用兩點(diǎn)輔助法進(jìn)行線路元素測定。

4.1 A、B在線路異側(cè)

如圖5所示，J、Z為線路上的點(diǎn)，A、B是交叉跨越物下的地面點(diǎn)，A、B在線路異側(cè)。在J點(diǎn)架設(shè)全站儀對準(zhǔn)A、B ，測得水平角β、β0，平距D1、D2。在JZ方向上測得垂直角α。

β4為線路方向與交叉交叉跨越物的交叉角。

4.2 A、B在線路同側(cè)

如圖6所示，J、Z為線路上的點(diǎn)，A、B是交叉跨越物下的地面點(diǎn)，A、B在線路同側(cè)。在J點(diǎn)架設(shè)全站儀對準(zhǔn)A、B ，測得水平角β、β0，平距D1、D2。在JZ方向上測得垂直角α。

HP=HJ+i+Dtgα P里程=J里程+D

β4為線路方向與電力線的交叉角。

此類兩點(diǎn)輔助測量，宜應(yīng)用于如下條件：

（1）線路與交叉跨越物豎面的交叉點(diǎn)，投影處于人力難以到達(dá)的面狀水域時(shí)；

（2）線路與交叉跨越物豎面的交叉點(diǎn)，投影處于類似桿塔、房屋等構(gòu)建物時(shí)。

此類兩點(diǎn)輔助法在工程應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意以下問題：

（1）常規(guī)外業(yè)測量時(shí)，應(yīng)使線路方向與電力線的交叉角β4處于適中角度區(qū)間，不可過小或過大。

（2）當(dāng)觀測條件不穩(wěn)定，出現(xiàn)跨越輸電線大幅風(fēng)擺情況時(shí)，應(yīng)待風(fēng)擺較小再行觀測。

（3）A、B位于線路方向同側(cè)情況下時(shí)， > 。

5、前方交會法

當(dāng)線路桿塔處于大面積水塘或其它不易到達(dá)的觀測環(huán)境時(shí)，可嘗試采用前方交會的形式求解架空輸電線路交叉跨越測量的桿塔高度與頂部高程數(shù)據(jù)。

如圖7，F(xiàn)F'為線路方向，B為桿頂點(diǎn)，D為桿根基點(diǎn)，D'為D點(diǎn)在水平面上的投影。B點(diǎn)、D點(diǎn)、D'點(diǎn)在一條鉛垂線上。在一般情況下A為線路方向上的已知點(diǎn)，在現(xiàn)場合適位置選擇一點(diǎn)C，利用動態(tài)GPS（RTK）求得C點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。已知A點(diǎn)（XA，YA，HA），C點(diǎn)（ XC，YC，HC），利用距離公式 = ，求得D。也可在現(xiàn)場利用A點(diǎn)實(shí)測求得平距D和HC。在A點(diǎn)架設(shè)全站儀照準(zhǔn)B點(diǎn)、C點(diǎn)測得水平角β1和垂直角α1；在C點(diǎn)架設(shè)全站儀照準(zhǔn)B點(diǎn)、A點(diǎn)測得水平角β2和垂直角α2。

同理，采用本方式，可求解出雙桿基面高程HD，進(jìn)而求得雙桿高度h=HB-HD

從觀測條件上分析，豎角交會測量法適用于以下幾類情形：

（1）當(dāng)桿塔位于魚塘、大面積水域等中間；

（2）測定高聳構(gòu)筑物垂直高度與頂部高程數(shù)據(jù)時(shí)，如避雷針與水塔等構(gòu)筑物。

6 、坐標(biāo)解析法（GPS輔助法）

6.1 如圖8 在線路測量過程中，F(xiàn)F'為線路方向，P點(diǎn)為交叉跨越物豎面與線路的交點(diǎn)，P'為線路豎面與交叉跨越物的交點(diǎn)，其中A、B為交叉跨越物下對應(yīng)的地面點(diǎn)，在實(shí)際工作中，可利用GPS（RTK）測得A（XA，YA，HA ）、B（ XB，YB，HB），進(jìn)而采用TSC3手簿中的幾何計(jì)算功能可計(jì)算出FF'與AB的交點(diǎn)P（XP，YP），再根據(jù)TSC3手簿反算出平距DFP。

坐標(biāo)解析法（GPS輔助法）的適用情況：線路與交叉跨越物豎面交叉點(diǎn)位于大面積水域中。

坐標(biāo)解析法（GPS輔助法）工程應(yīng)用中，應(yīng)注意如下問題：

（1）常規(guī)外業(yè)觀測中，應(yīng)使線路方向與電力線交叉角β4處于適中區(qū)間，不可過小或過大。

（2）當(dāng)觀測條件不穩(wěn)定，出現(xiàn)跨越輸電線大幅風(fēng)擺情況時(shí)，應(yīng)待風(fēng)擺較小再行觀測。

6.2 當(dāng)線路方向與交叉跨越物交叉角較小時(shí)，如圖9，在城南500kV線路交叉跨越測量過程中，線路方向與榆蘆一二220kV線路交叉角只有10°13'，而且P點(diǎn)周圍是廠房。在測量現(xiàn)場，P（XP，YP，HP）點(diǎn)可用GPS（RTK）測得。在電力線方向上測量一點(diǎn)A（XA，YA，HA）。利用TSC1手簿幾何計(jì)算出方向線PC'，其 PC'⊥PA。利用GPS（RTK）在PC'方向線上在實(shí)地選擇測量兩點(diǎn)C（XC，YC，HC）、D（XD，YD，HD），C點(diǎn)與D點(diǎn)相互通視， 在C點(diǎn)設(shè)全站儀以D為前視測量P'點(diǎn)垂直角α。利用TSC3手簿反算出平距DCP。

在C點(diǎn)架設(shè)全站儀，以D點(diǎn)為前視方向，測得P'點(diǎn)垂直角α。

針對P點(diǎn)處于人力難以到達(dá)、不易開展接觸式觀測的條件下，此時(shí)采用GPS（RTK）觀測與TS3手簿計(jì)算功能，通過采集到的部分?jǐn)?shù)據(jù)觀測元素，進(jìn)而求解計(jì)算P點(diǎn)三維坐標(biāo)與P'高程數(shù)據(jù)。

7、免棱鏡測距全站儀

隨著免棱鏡測距全站儀出現(xiàn)，使交叉跨越測量變得簡、其應(yīng)用也更廣泛。伴隨光電測距技術(shù)的日益成熟，以Leica TS06、TS11為代表的相位式免棱鏡測程可達(dá)300m以上，且測距、量角與坐標(biāo)解算的精度相對較高。由于豎角交會法、前方交會法與GPS輔助法觀測流程較為繁瑣、數(shù)據(jù)量相對較多，在難以開展接觸式測量的部分區(qū)域，可直接采用免棱鏡全站儀觀測的形式，根據(jù)已知控制點(diǎn)或參照點(diǎn)，高效、精準(zhǔn)、便捷的采集線路橫擔(dān)、桿塔頂端平面與高程數(shù)據(jù)信息，其觀測原理如圖10所示：

S為儀器中心到P'的距離， 為儀器高。

免棱鏡全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的適用條件為：

1.采集交叉跨越物、桿塔橫擔(dān)平面坐標(biāo)或高程數(shù)據(jù)時(shí)。

2.采集變電站內(nèi)部架構(gòu)、避雷針等構(gòu)筑物平面坐標(biāo)或高程數(shù)據(jù)時(shí)。

結(jié)束語：

交叉跨越測量成果的質(zhì)量決定著架空輸電線路平斷面圖的質(zhì)量，因此交叉跨越測量變得非常重要。伴隨現(xiàn)代光電測繪、GNSS差分定位技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)測繪儀器在數(shù)據(jù)采集方式與數(shù)據(jù)處理流程方面發(fā)生深刻變革，同時(shí)隨著交叉跨越測量理論的不斷創(chuàng)新與充實(shí)，未來交叉跨越輸電線路測量的作業(yè)流程將更為簡單便捷，數(shù)據(jù)觀測的精度也必將得到極大提升。

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作者簡介：

朱慶貴（1976-），男，工程師，畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院工程測量與勘測專業(yè)，現(xiàn)就職于北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院勘測室，從事架空輸電線路測量工作。