輸電線路移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

蔡 忠，金 飛，魏 立

(揚(yáng)州浩辰電力設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225001)

0 引言

外業(yè)調(diào)繪核查是輸電線路測(cè)量的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，其主要任務(wù)是對(duì)影響線路工程造價(jià)和路徑方案的地物進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)線路通道內(nèi)的樹木、房屋、交叉跨越等重要地理信息，再內(nèi)業(yè)編輯成圖，以補(bǔ)充和完善設(shè)計(jì)所需要的資料。傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)繪核查工作主要基于工作底圖的作業(yè)方式，所有核查信息都是用手工標(biāo)示在紙質(zhì)底圖上，具有攜帶不便、勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低等缺點(diǎn)[1]。近年來，隨著GNSS定位、移動(dòng)通訊、智能設(shè)備等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，使用移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)的電子調(diào)繪方式正逐步取代傳統(tǒng)的作業(yè)手段[2]。筆者根據(jù)多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，參照最新的輸電線路測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，參與開發(fā)了移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過Android SDK提供實(shí)時(shí)在線位置數(shù)據(jù)的接入，實(shí)現(xiàn)了高精度位置采集以及地理信息調(diào)繪、核查和編輯的一體化解決方案，簡(jiǎn)化了輸電線路外業(yè)調(diào)繪和核查的流程、減輕了外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率、促進(jìn)了電力工程測(cè)量向著信息化和智能化的方向發(fā)展，本文就該系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)以及應(yīng)用情況進(jìn)行了相關(guān)介紹。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 方案設(shè)計(jì)

輸電線路移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)的主要功能是對(duì)線路通道內(nèi)的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行高效地采集和編輯，考慮到外業(yè)操作的便捷性和可靠性，本系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)在滿足基本功能的前提下，應(yīng)盡量減少應(yīng)用復(fù)雜程度，為此，本系統(tǒng)的硬件選型和邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

1)硬件選型

本系統(tǒng)由移動(dòng)端和PC端兩部分組成，移動(dòng)端選擇當(dāng)下主流的電容式觸摸屏平板，平板應(yīng)具備4G通信、藍(lán)牙、Wi-Fi等功能，能支持360°全星座衛(wèi)星接收并內(nèi)置有高像素?cái)?shù)碼相機(jī)和電子羅盤[3]；PC端選擇性能可靠穩(wěn)定的工作站，主要功能是負(fù)責(zé)調(diào)繪前、后期數(shù)據(jù)的處理工作。

2)實(shí)現(xiàn)思路

本系統(tǒng)由硬件層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層3部分組成，具體思路為：①首先利用PC端制作外業(yè)調(diào)繪核查用的底圖數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)(主要利用奧維互動(dòng)地圖瀏覽器和水經(jīng)注萬能地圖下載器下載)、矢量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)據(jù)等；②同時(shí)參照mxd模板將原始矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Geodatabase格式、將影像數(shù)據(jù)建立投影并創(chuàng)建金字塔結(jié)構(gòu)，作用是保證移動(dòng)端的快速顯示和渲染效果[4]；③最后在聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下將工作底圖通過ArcGIS進(jìn)行發(fā)布，傳輸?shù)揭苿?dòng)端進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪核查。移動(dòng)端用于地理信息數(shù)據(jù)的調(diào)繪、核查、屬性編輯、照片采集、導(dǎo)航定位，并可通過藍(lán)牙連接GPS和全站儀進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的精確采集，外業(yè)工作完成后再將調(diào)繪數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C端進(jìn)行處理，形成矢量圖形、測(cè)量報(bào)告、原始記錄等成果[5]，最終實(shí)現(xiàn)輸電線路調(diào)繪核查內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程圖

1.2 移動(dòng)端APP功能設(shè)計(jì)

移動(dòng)端APP為輸電線路移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)的主體部分，本系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上主要包含用戶管理模塊、導(dǎo)航定位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、實(shí)景獲取模塊、數(shù)據(jù)輸入輸出模塊共5個(gè)模塊，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)移動(dòng)端APP功能模塊

1)用戶管理模塊

用戶管理模塊主要用于移動(dòng)端用戶的驗(yàn)證以及對(duì)工作任務(wù)進(jìn)行設(shè)置，授權(quán)用戶成功登錄本系統(tǒng)后，首先進(jìn)行輸電線路工作區(qū)的設(shè)置，將作業(yè)員、作業(yè)任務(wù)、線路路徑邊線距離以及GPS采集方式等進(jìn)行設(shè)置。

2)導(dǎo)航定位模塊

本系統(tǒng)集成了GPS導(dǎo)航定位模塊，能支持大數(shù)據(jù)量遙感影像以及附加矢量數(shù)據(jù)的無級(jí)縮放和瀏覽，可以提供高精度的空間位置定位功能，能快速定位到作業(yè)員所在地點(diǎn)的位置，并支持采集路徑軌跡記錄及查詢功能[6]，為生產(chǎn)過程中的相關(guān)核查工作帶來方便。

3)數(shù)據(jù)采集模塊

在數(shù)據(jù)采集模塊中，系統(tǒng)支持點(diǎn)、線、面矢量要素的采集和編輯、地物屬性錄入、代碼掛接；同時(shí)，本系統(tǒng)還提供了交點(diǎn)法、延長(zhǎng)線法、垂直法輔助采集地物以及采集任務(wù)管理、地物信息隨記、面積量算等一系列功能[7]；對(duì)于房屋等需要提供精確地理位置的地物，系統(tǒng)還支持藍(lán)牙連接GPS和全站儀進(jìn)行輔助采集。基于這些數(shù)據(jù)采集功能，作業(yè)員能根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，快速、靈活地完成線路通道內(nèi)的樹木、房屋、交叉跨越等重要地理信息的采集工作。

4)實(shí)景獲取模塊

拍照舉證是輸電線路測(cè)量的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，其主要工作是對(duì)重要的地理信息要素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照，本系統(tǒng)提供的實(shí)景獲取模塊可以掛接不同角度的三張照片，拍照的同時(shí)還能自動(dòng)記錄拍攝地點(diǎn)的方位角、位置和姿態(tài)，此外，本系統(tǒng)還提供了照片隨記標(biāo)注功能，即可以將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查到的屬性信息直接標(biāo)注于像片上。

5)數(shù)據(jù)輸入輸出模塊

此功能模塊主要用于實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出,具體流程為：①首先，將PC端的數(shù)據(jù)采集任務(wù)生成作業(yè)單元并輸出到移動(dòng)端，外業(yè)調(diào)繪核查完成后再將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PC端進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化的協(xié)同作業(yè)[8]，本系統(tǒng)支持shp、cad、DGN、DXF、mapinfo、KML等格式的離線數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出；②同時(shí)，本系統(tǒng)針對(duì)移動(dòng)設(shè)備的遺失、暴力拆解等可能存在的涉密數(shù)據(jù)泄露隱患形成了一套安全、可靠的解決方案，確保數(shù)據(jù)安全[9]。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用情況

工作人員利用移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)在某220 kV輸電線路測(cè)量項(xiàng)目中進(jìn)行試生產(chǎn)作業(yè)，共選取12幅1∶10 000標(biāo)準(zhǔn)圖幅的作業(yè)面積進(jìn)行試驗(yàn)，外業(yè)調(diào)繪時(shí)間僅用了2個(gè)工作日，經(jīng)與傳統(tǒng)紙質(zhì)圖調(diào)繪的方式進(jìn)行測(cè)算和比較，生產(chǎn)效率至少提高40%以上，大大減輕了外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了外業(yè)調(diào)繪核查工作的效率。為了更好地說明利用本系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪核查的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，驗(yàn)證其應(yīng)用于輸電線路測(cè)量中的便利性和可靠性，現(xiàn)將揚(yáng)州浩辰電力設(shè)計(jì)有限公司在試生產(chǎn)過程中采用移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)與采用傳統(tǒng)紙質(zhì)圖紙的2種方式進(jìn)行對(duì)比分析。

1)一般調(diào)繪對(duì)象采集

針對(duì)常用的線狀要素采集，移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)提供了線路通道內(nèi)障礙物代碼掛接功能，即用戶在選取特定的線狀要素類型后，系統(tǒng)會(huì)在屬性項(xiàng)中自動(dòng)賦予對(duì)應(yīng)的障礙物類型代碼，避免了傳統(tǒng)紙質(zhì)圖調(diào)繪手工表示線狀要素容易出錯(cuò)的情況。

2)房屋和樹木調(diào)繪核查

原有房屋和樹木調(diào)繪方式是參照現(xiàn)場(chǎng)位置將調(diào)查得到的房屋和樹木概略位置手繪于紙質(zhì)底圖上，并手工記錄相關(guān)屬性信息，而本系統(tǒng)則可利用點(diǎn)、線、面等矢量要素采集和編輯功能，精確繪制房屋和樹木地理位置，并將調(diào)查得到的所有屬性信息通過隨記標(biāo)注、照片掛接點(diǎn)的形式直接標(biāo)注于電子底圖中，如圖3～圖4所示。

圖3 房屋調(diào)繪核查界面

圖4 樹木調(diào)繪核查界面

3)交叉跨越測(cè)量

原有的交叉跨越測(cè)量方式是通過GPS-RTK現(xiàn)場(chǎng)采集位置，再利用全站儀測(cè)量高度，相關(guān)屬性信息記錄于紙質(zhì)底圖上。采用本系統(tǒng)可直接利用數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)獲取交叉跨越點(diǎn)的坐標(biāo)，但跨越點(diǎn)的精確高度暫時(shí)還需要全站儀來補(bǔ)充測(cè)量，交叉跨越的電壓等級(jí)、桿塔類型等信息可直接輸入到移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)中。

2.2 精度驗(yàn)證

使用本系統(tǒng)之前，作業(yè)人員就利用地形圖、影像等資料，選取測(cè)區(qū)內(nèi)的部分已知控制點(diǎn)對(duì)該系統(tǒng)的GPS定位精度進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)位置偏差都在合理范圍內(nèi)，可以滿足輸電線路測(cè)量定位精度的要求。另外，使用車載記錄軌跡點(diǎn)的方式，對(duì)某條約3 km的市區(qū)道路進(jìn)行了軌跡記錄測(cè)試，將軌跡點(diǎn)與現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后，發(fā)現(xiàn)93%的軌跡點(diǎn)都落在實(shí)際行進(jìn)車道內(nèi)，只有少數(shù)粗差點(diǎn)偏離車道[10]，因此可以得出，本系統(tǒng)的定位精度可以滿足輸電線路測(cè)量的要求。

3 結(jié)語

本文結(jié)合工作實(shí)際，基于當(dāng)前成熟的Android平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)了輸電線路移動(dòng)外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大提高了輸電線路外業(yè)調(diào)繪核查的生產(chǎn)效率，減輕了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多個(gè)輸電線路測(cè)量項(xiàng)目中。