基于GIS的電力數(shù)字勘測單兵系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

江 華

(嘉興數(shù)科測繪科技有限公司，浙江 嘉興 314000)

在電力項目設(shè)計勘測中，桿塔定樁都是采用釘實體木樁形式進行定位。在桿塔施工安裝過程中，也是根據(jù)桿塔木樁位置進行施工建設(shè)。此操作會增加項目進度時間，也會產(chǎn)生相關(guān)費用，隨著信息技術(shù)發(fā)展，智能單兵設(shè)備發(fā)展（單兵設(shè)備是指利用G/5G等通信網(wǎng)絡(luò)、信息化技術(shù)、硬件設(shè)備等，把上述技術(shù)和設(shè)備進行融合，產(chǎn)生的智能化個人可攜帶的便攜式設(shè)備），利用GIS與電力勘測項目結(jié)合，研發(fā)出基于GIS的電力數(shù)字勘測單兵系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)和高精度導(dǎo)航設(shè)備，勘測人員進行桿塔定位時，直接把桿塔坐標導(dǎo)入單兵設(shè)備中，可引導(dǎo)作業(yè)人員到達指定位置，精度可達厘米級，去除了釘實體樁的過程，極大提高工作效率，實現(xiàn)桿塔電子交樁。配合電力其他項目管理系統(tǒng)，可把單兵系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)實時上傳到遠端管理系統(tǒng)中，豐富了電力勘測數(shù)據(jù)獲取渠道。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計原則

立足實用原則：系統(tǒng)建成后，能為電力相關(guān)部門共享各類數(shù)據(jù)資源提供信息平臺，挖掘數(shù)據(jù)使用價值，打破信息孤島。

具有開放性、可移植性等功能：系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)需擁有良好的可移植性。

安全性：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)安全性方面，需遵循國網(wǎng)及信息系統(tǒng)安全標準規(guī)范，保證數(shù)據(jù)不被篡改、截取等要求。

1.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)主要功能分為軌跡采集、數(shù)據(jù)采集，路徑導(dǎo)航、系統(tǒng)管理。

利用平板單兵設(shè)備實現(xiàn)軌跡采集：可記錄勘測人員作業(yè)軌跡，實現(xiàn)工作定位打卡功能[1]，并可作為勘測資料保留存檔。

數(shù)據(jù)采集：對桿塔周邊情況照片、視頻、興趣點信息（道路、建筑、樹木等）實時上傳到電力項目管理系統(tǒng)中，為室內(nèi)設(shè)計人員數(shù)字勘測提供數(shù)據(jù)支撐。

路徑導(dǎo)航：導(dǎo)入電力項目桿塔坐標位置，利用單兵系統(tǒng)高精度導(dǎo)航定位設(shè)備，引導(dǎo)作業(yè)人員到達桿塔精確位置（利用CORS[2]（連續(xù)運行參考站）系統(tǒng)，精度可達厘米級），桿塔施工時候，也可利用單兵設(shè)備精確找到要施工的桿塔位置，極大提高了工作效率。

系統(tǒng)管理：單兵系統(tǒng)具有嚴格的用戶、權(quán)限等配置功能，方便各類人員授權(quán)使用系統(tǒng)，提高使用的安全性、可靠性。

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)圖為圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 技術(shù)路線

2.1 單兵設(shè)備高精度導(dǎo)航技術(shù)路線

高精度導(dǎo)航設(shè)備采用千尋位置公司的地圖導(dǎo)航模塊，平板與導(dǎo)航設(shè)備通信采用藍牙方式，導(dǎo)航數(shù)據(jù)采用GGA[3]格式，通過解析GGA數(shù)據(jù)，可獲取導(dǎo)航信息中的經(jīng)度、緯度和大地水準面高度，在導(dǎo)航過程中，導(dǎo)航設(shè)備須連接CORS系統(tǒng)，以提高導(dǎo)航精度。

GPS數(shù)據(jù)GGA數(shù)據(jù)格式如下：$GPGGA,＜1＞,＜2＞,＜3＞,＜4＞,＜5＞,＜6＞,＜7＞,＜8＞,＜9＞,M,＜10＞,M,＜11＞,＜12＞*aa，以“$”符號開始，“*”號結(jié)束，“aa”為從$開始到*之間的所有ASCII碼的異或校驗和，各位數(shù)據(jù)含義如下所示：

＜1＞UTC時間，hhmmss（時分秒）格式。

＜2＞緯度ddmm.mmmm（度分）格式。

＜3＞緯度半球N（北半球）或S（南半球）。

＜4＞經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式。

＜5＞經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）

＜6＞GPS狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算。

＜7＞正在使用解算位置的衛(wèi)星數(shù)量（00～12）。

＜8＞HDOP水平精度因子（0.5～99.9）。

＜9＞海拔高度（-9999.9～99999.9）。

＜10＞地球橢球面相對大地水準面的高度。

＜11＞差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空）。

＜12＞差分站ID號0000～1023。

數(shù)據(jù)解析的時候，可利用js進行解析，把原始數(shù)據(jù)存入數(shù)組中，利用for循環(huán)讀取數(shù)組，根據(jù)上述GGA數(shù)據(jù)格式規(guī)范，即可獲取到經(jīng)緯度坐標數(shù)據(jù)。

2.2 單兵設(shè)備軟件技術(shù)路線

單兵軟件系統(tǒng)采用HBuilder X開發(fā)框架，前端開發(fā)框架采用Vue.js為核心的uni-app[4]，是利用此框架開發(fā)的產(chǎn)品可打包成App、微信小程序等移動端軟件，與安卓原生開發(fā)方式相比較，開發(fā)效率有極大提高，開發(fā)難度有較大降低。單兵設(shè)備與遠程服務(wù)端數(shù)據(jù)交互采用WebService[5]方式，地圖定位、衛(wèi)星影像地圖調(diào)用、地圖工具等采用leaflet-vue js實現(xiàn)。單兵設(shè)備拍攝照片采用圖像壓縮技術(shù)[6]，減少信息傳輸?shù)竭h端服務(wù)器的數(shù)據(jù)量，提高傳輸效率。

路徑導(dǎo)航功能具體實現(xiàn)技術(shù)路線：選中出發(fā)位置，再在系統(tǒng)中選擇要勘測的某個桿塔，作為導(dǎo)航的終點位置，單兵設(shè)備連接上CORS系統(tǒng)，進行差分運算，提高導(dǎo)航精度。

數(shù)據(jù)采集功能具體實現(xiàn)技術(shù)路線：在單兵系統(tǒng)中，獲取遠程電力管理系統(tǒng)中電力項目列表，選擇要進行數(shù)據(jù)采集的電力項目，再進行相關(guān)數(shù)據(jù)采集，采集桿塔周圍照片，利用全景圖像合成技術(shù)，可生成桿塔周圍360°全景圖像，供設(shè)計人員查看桿塔周圍相關(guān)情況，減少設(shè)計人員室外勘測時間，提高工作效率。采取桿塔周圍興趣點信息，在單兵設(shè)備地圖界面上，找到須采集物體的位置信息并單擊，填寫屬性信息和拍攝照片信息，點擊保存即可存儲空間坐標和屬性信息。

軌跡采集功能具體實現(xiàn)技術(shù)路線：勘測人員攜帶單兵設(shè)備行進過程中，每隔10 s采集作業(yè)人員實際位置坐標，并存儲在單兵設(shè)備文件中，采集結(jié)束后，則把存儲有作業(yè)人員軌跡信息文件發(fā)送到遠程服務(wù)器中。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

系統(tǒng)開發(fā)完成后，主要效果如下，圖2為系統(tǒng)主界面。

圖2 系統(tǒng)主界面

3.1 軌跡采集

項目負責(zé)人安排某人員進行項目勘測，事先把勘測目的地坐標導(dǎo)入單兵設(shè)備中，勘測人員利用單兵設(shè)備導(dǎo)航到目標所在地，到達目標區(qū)域一定范圍則系統(tǒng)提示勘測作業(yè)有效，否則視為無效勘測活動。作業(yè)人員行進軌跡路線會實時上傳到遠端服務(wù)器，作為人員考勤憑證，起到督促工作人員目的。

3.2 路徑導(dǎo)航

在單兵設(shè)備上的電力項目列表中，找到待勘測項目，選擇桿塔，點擊導(dǎo)航，可把勘測人員指引到桿塔精確位置上，并在到達準確位置后，單兵設(shè)備屏幕上會有相關(guān)提示，如圖3～4所示。

圖3 選擇項目列表界面

3.3 數(shù)據(jù)采集

到達待勘測桿塔區(qū)域后，利用單兵設(shè)備，可采集周邊環(huán)境圖片，視頻、興趣點（道路、建筑物等）等信息，并實時上傳到遠程服務(wù)器中，供室內(nèi)設(shè)計人員查看勘測區(qū)域情況，達到數(shù)字勘測目的，如圖5所示。

圖4 桿塔路徑導(dǎo)航界面

圖5 數(shù)據(jù)采集界面

4 結(jié)束語

通過數(shù)字化技術(shù)，把傳統(tǒng)桿塔勘測、交樁等工作，利用GIS、高精度導(dǎo)航技術(shù)、移動端技術(shù)融合進行改造，開發(fā)了基于GIS的電力數(shù)字勘測單兵系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)作業(yè)方式，提高工作效率，從實際項目使用效果來看，利用數(shù)字勘測單兵系統(tǒng)，實現(xiàn)桿塔數(shù)字勘測、數(shù)字交樁等工作，能壓縮桿塔定樁勘測工期大概50%以上，節(jié)省項目桿塔定樁過程中的成本40%以上，還能減少定樁過程中的電力廊道清理過程中的拆遷補償糾紛。單兵設(shè)備的使用，能帶來較大的經(jīng)濟效益和社會價值，也是桿塔定樁過程中的一個新嘗試。隨著技術(shù)發(fā)展，后期可結(jié)合AR技術(shù)，實現(xiàn)桿塔AR定樁、交樁等工作，直觀性更強。