基于移動GIS與RTK定位的架空輸電線路勘測方法

摘 要：為提高架空輸電線路勘測數據的準確性與可靠性，支持電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設計工作，本文采用移動GIS與RTK定位技術，對架空輸電線路勘測方法進行深入研究。建立基準站，為RTK定位提供穩(wěn)定的基準信號。設置移動站，與基準站建立通信連接，接收來自基準站的差分信號。在此基礎上，利用GIS移動設備采集架空輸電線路數據，全方位勘測架空輸電線路，基于RTK定位原理，削弱勘測誤差產生的影響。試驗結果表明，應用該方法后，線路樁位勘測誤差不超過0.04 m，顯著提升了勘測精度，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設計提供數據支持。

關鍵詞：移動GIS；RTK定位；架空輸電線路；勘測

中圖分類號：TM 72" " " " " 文獻標志碼：A

架空輸電線路勘測涉及地形地貌、地質條件和氣象環(huán)境等多個方面，具有復雜性和多樣性。傳統(tǒng)的勘測方法多數采用文獻[1]、文獻[2]方法提出的原理設計而成，雖然研究已經逐步完善，但是在實際應用中仍然存在一定不足。文獻[1]提出的方法使用無人機LiDAR進行測量，儀器在測量過程中稍微發(fā)生變動就可能導致測量結果與實際存在很大偏差，測量精度降低。文獻[2]提出的方法采用短基線集干涉測量法進行時序分析，對輸電線路區(qū)域進行勘測，當面對地形復雜、線路長的區(qū)域時，工作量會增加，導致勘測效率降低。

移動GIS技術具有實時獲取、處理和分析地理空間信息的優(yōu)勢，將該技術應用于架空輸電線路勘測中可以對線路沿線地形進行快速采集和精確分析，為線路規(guī)劃提供可靠的數據支持[3]。RTK技術是一種高精度的定位技術，差分處理可以消除衛(wèi)星信號傳播過程中的誤差，定位精度達到厘米級甚至毫米級，提高了勘測數據的精度和可靠性[4]。將移動GIS與RTK技術相結合，能夠對勘測數據進行實時傳輸和處理，為線路規(guī)劃和施工提供支持。本文對基于移動GIS與RTK定位的架空輸電線路勘測方法進行研究。

1 架空輸電線路勘測方法研究

1.1 建立基準站

在架空輸電線路勘測中，建立基準站是保證后續(xù)RTK定位精度的關鍵步驟。收集架空輸電線路可能經過地區(qū)的地形圖、已有的平面和高程控制點資料、線路兩端變電站的位置以及進出線回路數等相關信息。根據這些資料在線路附近選擇基準點。優(yōu)先選擇視野開闊、無遮擋以及遠離電磁干擾源的地點[5]。評估選定地點的地面狀況，保證地面平整、穩(wěn)定，便于安裝設備。使用噴漆在選定的基準點位置做好標記[6]。將全站儀的望遠鏡對準基準點的大致方向，瞄準基準點的反射棱鏡，測量基準點，獲取基準點至全站儀的水平距離、垂直距離以及方位角，得到其大致坐標。選定RTK基準站設備，其性能參數見表1。

按照以上參數選擇性能穩(wěn)定、定位精度高的基準站設備。將RTK基準站設備運至基準點，保證天線豎直、穩(wěn)固，并與接收機連接良好，連接電源。等待基準站設備接收衛(wèi)星信號，當基準站設備接收足夠的衛(wèi)星信號并穩(wěn)定工作后，固定基準站的坐標[7]。使用測量儀器對基準站進行測量，獲取其準確坐標。將測量得到的準確坐標輸入基準站設備中，完成坐標固定。采用以上流程可以保證基準站的建立準確、可靠，為后續(xù)RTK定位提供穩(wěn)定的基準信號。

1.2 設置移動站

架空輸電線路勘測基準站建立完畢后，設置移動站，其能夠精確接收基準站發(fā)送的差分信號，并實時進行位置修正，保證定位數據的精準度。利用數據線連接移動站設備與手簿，打開手簿中的相關RTK測量軟件。在軟件中找到“移動站設置”選項，點擊進入。根據實際使用的通信方式（例如電臺、網絡等）選擇相應的差分數據鏈類型。根據實際線路勘測需求選擇移動站的工作模式，包括靜態(tài)采集與動態(tài)測量2種[8]。與基準站建立連接，設置移動站與基準站之間的通信參數，見表2。根據表2對移動站的通信參數進行設置，保證其與基準站之間有效連接。點擊“應用”按鈕，啟動移動站，觀察移動站設備中的狀態(tài)指示燈，保證正常接收差分數據。

1.3 基于移動GIS采集架空輸電線路數據

為保證移動GIS設備高效支持ArcGIS Collector軟件運行，選擇具備卓越處理器速度、充足內存、高分辨率屏幕以及持久電池續(xù)航能力的設備。從官方渠道下載ArcGIS Collector軟件并安裝。根據架空輸電線路的詳細設計圖紙和相關資料，對軟件進行精確配置，包括設定合適的坐標系、投影方式以及數據格式。在地圖中標記線路的起點、終點以及關鍵節(jié)點，并詳細記錄線路的總長度、桿塔類型、高度以及精確的經緯度坐標等信息?；谝苿覩IS的架空輸電線路數據采集流程如圖1所示。

將獲取的設計圖紙導入移動GIS軟件中，使用軟件的導入功能加載至項目中，利用移動GIS設備的GPS定位功能確定當前位置。根據設計圖紙和線路走向創(chuàng)建1個新的線路圖層，在軟件中規(guī)劃采集路徑，進行導航。到達桿塔位置后，使用移動GIS設備記錄桿塔的編號、類型、高度和經緯度等信息。拍照記錄桿塔的外觀、附件和環(huán)境等詳細信息，并將照片與桿塔信息關聯(lián)。沿著線路走向前進，使用移動GIS設備記錄線路的軌跡。在關鍵點（例如轉角點、跨越點等）處停留，記錄相關信息。記錄線路周邊的環(huán)境特征，例如地形、植被、障礙物以及影響線路安全運行的潛在風險點。在移動GIS設備中對采集的數據進行初步整理，分類并命名照片，檢查數據的完整性和準確性。將移動GIS設備中的數據導出為Shapefile格式，保證導出的數據包括所有必要的字段和信息。完成以上流程，可以利用移動GIS設備有效地采集架空輸電線路數據，提高數據采集的效率和準確性。

1.4 基于RTK定位的架空輸電線路勘測

基于移動GIS的架空輸電線路數據采集完畢后，利用RTK定位原理對架空輸電線路進行全方位勘測。根據線路設計的總長度、地形復雜程度以及預期的勘測精度精心選擇勘測控制點的位置。這些控制點通常位于易于到達且視線開闊的地方，以便后續(xù)進行測量工作。在確定控制點位置后，進行埋石標記，保證控制點的穩(wěn)定性，防止在后續(xù)工作中發(fā)生位移，然后布設三角網，其是由多個三角形構成的測量網絡，用于測量控制點的坐標。精確測量每個三角形的邊長和角度，可以得到控制點的平面坐標。當構建三角網時，需要注意三角形的形狀和大小，保證網絡的穩(wěn)定性和精度。構建線路的平面控制網后，利用RTK技術進行動態(tài)測量。RTK技術實時接收衛(wèi)星信號和地面基準站的差分數據，能夠實時計算測量點的三維坐標。使用水準儀，對控制點進行高程測量，測量原理如圖2所示。

在圖2中，共有A已知點、B未知點2個點，hA、hB分別為2個點對應的高程。在A、B 2個點所在位置分別布設豎直的水準尺，設置其底部為0。將水準儀架設在2個點之間，緩慢轉動水準儀，照準前后水準尺，將水準儀的水平視線投射至水準尺中，獲取水準尺前后尺讀數[9]。計算A、B 2個點的高程差，得到控制點高程，如公式（1）所示。

hAB=a-b " " " " " " "（1）

式中：a為前尺讀數；b為后尺讀數。根據線路路徑和地形特點，選擇垂直于線路方向的斷面線位置。沿選定的斷面線設置一定數量的斷面點，分別測量每個斷面點的高程。根據斷面點的測量數據繪制線路斷面圖，反映地形起伏、坡度變化等關鍵信息。整理現(xiàn)場記錄的測量數據，形成規(guī)范的測量數據表。在這個基礎上利用RTK技術對架空輸電線路勘測數據進行整理。RTK技術運用載波相位差分方法獲取厘米級的高精度坐標。在這個過程中，參考站不僅進行同步觀測，還將其觀測值和自身的坐標信息利用高效的數據通信鏈路實時傳輸至流動站。接收這些數據后，流動站將其與自身的觀測數據進行差分解算，實時得到準確的坐標位置。RTK技術的基本雙差相位勘測方程如公式（2）所示。

??δrs ij=（??ρrs ij+??Mrs ij-??Irs ij+??Prs ij）+??Urs ij+??γrs ij

（2）

式中：δrs ij為基準站r和移動站s之間對衛(wèi)星i和衛(wèi)星j的載波相位雙差觀測值；?ij為載波波長； ρrs ij為幾何距離雙差值；M rs ij

為整周模糊度雙差值；Irs ij為觀測噪聲和其他未模型化誤差的

雙差值；Prs ij為衛(wèi)星軌道誤差；Urs ij為勘測模糊度；γrs ij為勘測過程中存在的噪聲。使用公式（2）能夠削弱架空輸電線路部分勘測誤差的影響，提高勘測結果的準確性與可靠性。

2 試驗分析

2.1 試驗準備

試驗樣本對象為1條規(guī)劃中的高壓架空輸電線路，該線路是連接2個重要電力樞紐的關鍵通道，對區(qū)域電力供應來說作用十分重要。線路全長約為50 km，沿途包括山地、丘陵、平原、河流以及湖泊等多種地形。線路起點位于1座大型發(fā)電站附近，終點接入城市電網的主干線路。線路經過多個村落、農田、工業(yè)區(qū)以及自然保護區(qū)，地形起伏較大，不僅有眾多山丘、溝壑需要跨越，還需要避開河流、湖泊等水域以及建筑物和其他基礎設施。

根據試驗樣本的實際情況，選取與其適配度較高的試驗設備，每種設備都具備特定的規(guī)格參數和功能，見表3。表3中的設備共同構成了試驗環(huán)境的核心配置，為架空輸電線路的勘測工作提供了強有力的支持。根據線路起點和終點，結合地形地貌、障礙物等因素，初步規(guī)劃線路走向和樁位位置。利用GIS軟件繪制線路草圖，并導出相關數據。將移動GIS設備和RTK設備充電并校準，保證設備狀態(tài)良好。采集架空輸電線路樁位數據，包括每個樁位的經緯度坐標和高程數據，見表4。

使用GIS數據處理軟件對樁位數據進行整合和分析，生成詳細的線路地形圖和三維模型，為架空輸電線路勘測路徑的優(yōu)化提供重要依據。在這個基礎上應用上文提出的方法進行輸電線路勘測試驗。

2.2 勘測結果分析

選擇具有代表性的架空輸電線路段，分別采用文獻[2]提出的勘測方法、文獻[3]提出的勘測方法和本文提出的基于移動GIS與RTK定位的勘測方法進行實地勘測。保證3種方法的勘測范圍、線路長度和地形條件等基本相同，以進行公平對比。按照上述勘測路線分別使用3種方法進行架空輸電線路樁位定位，整理勘測數據，對比架空輸電線路勘測定位誤差，結果見表5。

由對比結果可知，使用本文勘測方法得到的高程勘測精度更高，勘測誤差不超過0.04 m，使用本文方法能夠更準確地確定樁位的高程，勘測效果最佳。

3 結語

本文提出的基于移動GIS與RTK定位的架空輸電線路勘測方法結合現(xiàn)代地理信息技術和定位技術，對架空輸電線路沿線地形進行準確勘測。這種方法在對線路施工過程進行監(jiān)控與管理方面應用價值也很高，能夠有效保障施工質量達標和施工安全，保證項目順利進行。該方法在對多源數據的高效融合與處理方面仍然面臨一些挑戰(zhàn)和問題。因此，在未來需要進一步探索和完善該方法的技術細節(jié)和應用場景，不斷進行技術創(chuàng)新，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設計提供更加高效、精準的勘測服務，推動電力行業(yè)的技術進步和發(fā)展。

參考文獻

[1]鄭濱雁，高士虎，祖為國，等.基于無人機LiDAR的輸電線路勘測設計應用研究[J].電力勘測設計，2023（10）：36-41.

[2]賀鳴，樊柱軍，段毅，等.基于短基線集干涉測量時序分析技術的煤礦采空區(qū)輸電線路勘測選線[J].電力勘測設計，2023（7）：66-71.

[3]吳墨非，柏曉路，吳高波，等.±1500kV特高壓直流輸電線路導線選型研究[J].電力勘測設計，2023（6）：23-30.

[4]祖為國，譚金石.基于激光雷達的架空線路交叉跨越測量及安全距離分析[J].智能城市，2022，8（10）：28-30.

[5]呂嚴兵，方毛林.無人機航測數據在架空輸電線路三維設計中的應用[J].電力勘測設計，2021（10）：62-66.

[6]盧詩華，孫密，謝景海，等.基于深度自編碼器的數字化輸電線路地形特征提取方法研究[J].電測與儀表，2021，58（7）：89-96.

[7]謝景海，姜宇，盧詩華，等.基于云平臺三維數字化輸電線路路徑規(guī)劃方法[J].電測與儀表，2021，58（6）：61-67.

[8]葉保璇，王康堅，余盛達，等.基于邊-云協(xié)同的輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].機電工程技術，2020，49（11）：73-75.

[9]王麒，殷銘，楊富磊，等.輸電線路檢修現(xiàn)場三維安全距離預警系統(tǒng)[J].機電工程技術，2020，49（6）：7-9，39.