電網設備數據采集技術與方法研究

王愛國，周學軍

(1.武漢大學衛星導航定位技術研究中心，湖北 武漢 430072;2.河南省地質礦產勘查開發局測繪信息院，河南 鄭州 450003;3.河南省遙感測繪院，河南 鄭州 450003)

1 引 言

近些年來，地理信息系統(GIS)由于其強大的數據分析和空間分析能力已經在多個行業內得到應用。而電力系統中，許多設備都和空間信息密不可分，許多省市的電力部門已經或正在籌建GIS。為建立電力GIS 系統空間數據信息，多個省份已經開始進行電力數據的采集，而電網設備數據的采集是電力數據采集中很重要的一部分。本文將根據電網設備數據采集技術的具體特點，對電網設備數據采集的方法、技術和流程進行探討和分析。

2 電網設備數據技術方法研究

2.1 數據采集要求

電網設備數據采集需要采集高壓用戶點和計量箱兩個設備，采集的內容包括:

(1)空間數據:主要采集高壓用戶點和計量箱的空間位置信息。

(2)屬性數據:包括用戶的標識、名稱、電源數目、變壓器的臺數、容量、用戶編號、抄表段編號、線路名稱等。

(3)照片數據:計量箱:樓房5 張照片包括:建筑物全貌照，樓號照，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。高壓用戶點:全貌照，銘牌照兩張照片。

對于計量箱數據采集，要求精度最大誤差為1.5 m，且保證與周邊相關參照物的相對地理位置正確;對于高壓用戶點，要求精度最大誤差為1 m，且保證與周邊相關參照物的相對地理位置正確。

2.2 數據采集方法

對于高壓用戶點，主要包括箱變、桿變、臺變三種情況，如圖1、圖2、圖3 等三種情況。針對這幾種情況，可以采用單點法、兩點法、三點法等測量方法。單點法使用于能直接測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量中心位置的。兩點法主要應用在雙桿變壓器上，直接測量線桿位置，通過求取中心點位坐標，來獲取變壓器位置。三點法可應用在桿變、箱變、臺變等多種情況。

圖1 箱變圖

圖2 桿變

圖3 臺變

圖4:兩點法(a)和三點法(b)示意圖

兩點法計算公式:設測量了點位A(xA，yA)，B(xB，yB)，則設備中心點G 的坐標計算公式為:

三點法計算公式為:設測量了點位A(xA，yA)，B(xB，yB)，C(xC，yC)則設備的坐標計算公式為:

2.3 電網設備數據采集流程圖

電網設備數據采集之前必須制定好采集流程，在項目實施之前必須進行資料的收集。收集控制點信息，收集該項目區域的位置信息，進行技術設計，進行儀器設備的準備，同時對轉換參數進行求定。對電網設備臺賬進行準備，查看設備臺賬是否完備，并按照臺賬準備好數據采集路線。確定作業方法和作業程序，根據收集到的相關資料，確定外業數據采集的方法，如采用CORS 網還是單基站法，是采用GNSS 法還是全站儀法。在外業采集數據期間，應按照確定的方案進行設備位置信息的采集，同時對設備進行相片的拍攝，同時對臺賬上的數據進行核對。采集后的數據應按照設計方案進行數據整理，即計算設備的空間位置坐標，并對求得的坐標進行坐標轉換。對外業拍攝的照片還應進行整理，刪去不合格的照片，并將照片和臺賬上設備信息進行對應。完成這些工作之后，還應對數據的質量進行檢查，檢查數據的完備性，正確性，邏輯性以及精度是否滿足要求。成果的上交應按照規定上交臺賬、外業數據采集成果、照片成果、自檢結果等。電網設備數據采集的流程圖如圖5 所示。

圖5 電網設備數據采集流程圖

3 坐標轉換技術

在電網設備測量中，要求提交西安80 的直角坐標和CGCS2000 坐標系的經緯度坐標，這就需要進行坐標系統的轉換。主要坐標變換有:①WGS84 到西安80 的轉換;②西安80 至CGCS2000 的轉換。同時為求取CGCS2000的大地經緯度坐標，還必須進行高斯投影的反算。

3.1 布爾薩七參數模型和參數計算

為求取七參數，必須利用至少三個點的坐標，且要求同時具有轉換前后的兩套坐標。如果多于三個點，可利用最小二乘法進行計算來求取參數。

在上式中，令:

則得:

當為等權觀測時，轉換參數的最小二乘解為:

按照式可以求取坐標轉換的七參數，再利用七參數來轉換電力設備測量點的坐標。

3.2 CGCS2000 坐標高斯投影反算

從3.1 中通過坐標轉換得到CGCS2000 的平面直角坐標，要得到點位的大地經緯度坐標，還必須進行坐標的高斯投影反算。即從坐標x，y→B，L。其計算公式可利用下式來計算:

4 電網設備數據采集實踐與測量系統開發

在山東某地電網設備數據采集項目生產中，我們采用了利用山東CORS 網RTK 作業來進行電網設備空間位置數據的采集，點位的采集主要利用單點法，兩點法，三點法。單點法主要在桿變且能直接采集中心坐標的設備;兩點法主要應用在桿變或臺變中無法采集第三點坐標的情況;三點法應用比較廣泛，無論是桿變、臺變還是箱變都可以應用。采集后的坐標利用上述公式進行計算來獲取。

在實踐中，我們在利用兩點法或三點法進行采集后，必須進行設備中心的計算，可以利用南方公司的CASS 軟件進行展點，然后利用連線命令連接兩點確定的直線，之后通過第三點作垂線來獲取設備中心位置的坐標。然后將求定的坐標拷貝到臺賬上。將對應的坐標進行坐標轉換來獲取CGCS2000 的經緯度坐標，同時將對應的照片號填寫到臺賬上。

由于每天都要采集60 個～90 個數據，每個設備的坐標都需要進行計算和照片的整理，內業數據整理工作量較大，為比較準確和快速地進行設備坐標計算和照片整理，我們編寫了電力設備數據采集軟件可以非常方便地進行坐標計算，并能按照對應的設備進行照片編號的自動提取，軟件設計界面如圖6 所示，該軟件只需要在軟件中按照順序輸入采集的三個點，前兩個為直線點，第三點為垂線點，若為兩點，只需輸入兩點即可，若為單點，只需輸入單點。同樣照片也直接輸入序號即可自動提取照片號，若有多余的照片，先不要刪去，等全部提取后再進行刪除。

圖6 電網設備數據采集軟件界面

5 結論與展望

電網設備數據采集是電網GIS 系統建立的基礎，數據質量的好壞也直接影響到今后GIS 的運行，對電網設備數據采集技術進行研究是非常關鍵的一步，它對設備數據采集起到至關重要的作用。同時隨著GIS 技術的發展，在農業、林業、水利等部門都需要建立各自的GIS系統來為系統的發展提供基礎地理信息服務，同時對部門的管理和規劃發展起到推動作用。因此研究電網設備數據采集技術也將為其他相關設備數據采集的研究提供方法論，使數據采集的方法更具科學性。

［1］方國鋒，劉平，常頌等．電網GIS 數據采集質量控制關鍵技術研究［J］．電力勘測設計，2013(6):19～23．

［2］毛亞純，任俊青．電力地理信息系統外業數據采集編碼方案的探討［J］．有色礦冶，2007(23)．

［3］高鑫，楊薛明，苑津莎．電網GIS 中對GPS 采集數據的分析與處理［J］．電力系統通信，2005(26)．

［4］王愛國．GPS RTK 內外業一體化數字測圖系統的應用研究，碩士論文，2007．

［5］盧娟，李沛川．電力GIS 的發展及主要功能［J］．測繪與空間地理信息，2004，27(1):31～34．

［6］王少燕．地方坐標系到CGCS200 的轉換在電網GIS 中的應用［J］．測繪與空間地理信息，2013，36(7):130～132．

［7］單基站CORS 在電網GIS 數據采集中的應用［J］．測繪工程，2013，22(1):59～62．

［8］國家測繪局．關于印發《啟用2000 國家大地坐標系實施方案》的通知［G］．北京:國家測繪局，2008．

［9］劉金長，楊成月，李浩松．國家大地坐標系(CGCS 2000)在電力GIS 中的應用研究［J］．電力信息化，2011(4):25～29．

［10］歐朝敏，黃夢龍．地方坐標到2000 國家大地坐標轉換方法研究［J］．測繪通報，2010(9)．