基于數(shù)據(jù)處理一體化的輸變電工程標準測量系統(tǒng)構(gòu)建

李萬磊，陳天星，劉善邦，胡瑞霞

（西南交通大學機械工程學院，四川成都610000）

輸變電工程測量是輸變電工程建設(shè)及日常維護的重要基礎(chǔ)工作，然而由于測量需求和測量環(huán)境差異，使得測量儀器種類繁多，型號品牌各異。繼而使系統(tǒng)在對采集到的數(shù)據(jù)進行軟件處理時，需要額外進行儀器配套和指標統(tǒng)一。從而導致測量結(jié)果分析進度緩慢，綜合性能極差。此外，儀器之間由于缺乏系統(tǒng)性，聯(lián)系緊密度較差，數(shù)據(jù)格式難以統(tǒng)一。且外業(yè)中采取草圖無編碼方式，編碼格式也非雜亂，導致了成果文件輸出時規(guī)范不達標[1]。各種問題均拖慢了系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)頁處理效率，致使成圖自動化困難，進一步影響成果資料的歸檔與統(tǒng)一。對此，急需一種行之有效的一體化測量標準進行約束，來規(guī)范流程、統(tǒng)一參數(shù)，從根源上解決測量效率問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計搭建

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先根據(jù)野外環(huán)境下的工程作業(yè)特性，設(shè)計統(tǒng)一測量儀器及測量模式。另外，為保證儀器編碼一體化和統(tǒng)一作業(yè)流程，系統(tǒng)圍繞工程測量數(shù)據(jù)進行功能模塊化設(shè)計，對成圖所需參數(shù)進行軟件編制，保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化及輸出的效率。系統(tǒng)整體的框架構(gòu)建，如圖 1所示[2]。

圖1 輸變電工程測量一體化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框架設(shè)計

整體測量一體化遵循工程作業(yè)流程配套設(shè)計，從數(shù)據(jù)采集一體化、數(shù)據(jù)處理一體化、轉(zhuǎn)化成圖一體化、統(tǒng)一文件格式、輸出成果規(guī)范化等方面進行分模塊設(shè)計，實現(xiàn)從原始數(shù)據(jù)采集到處理、加工、轉(zhuǎn)化繪圖、整合的高效統(tǒng)一編制[3]。

1.2 測量儀器編碼一體化

當前輸變電工程測量中使用的核心儀器為全站儀，搭配GPS系統(tǒng)進行高精度測量。全站儀結(jié)構(gòu)功能，如圖2所示。其中，物鏡、整平腳螺旋、垂直制微動手輪、光學對點器及屏幕為核心觀測部件。

編碼標準采用GPS RTK，統(tǒng)一地物觀測編碼規(guī)則，規(guī)范外業(yè)觀測方法[4]。此方案可針對地物、斷面、塔基地、樁位等各類地形觀測進行規(guī)范化設(shè)計，并自動成圖，編碼規(guī)范。常用地物類別及編號為：

1）樁、塔斷面類

轉(zhuǎn)角樁：J（1-100）；

2）跨地形交互

電力線：500 kV（1-300）

3）獨立類地物

鐵塔：TA（1-300）

4）房屋建筑

TPFW（1-300）

5）道路類

GSGLU（1-300）

全站儀相應采取CODE碼輸入，生成對應CODE碼外業(yè)測量作業(yè)記錄文檔。內(nèi)容包括：架設(shè)點信息編號、對象點信息編號、儀器架設(shè)高度、測量的地物編碼號、測量地物原始角度和測量邊長等。隨后，根據(jù)輸變電線路一體化獲取到全站儀的地物編碼和GPS對應的信息編碼。進行全站儀數(shù)據(jù)處理后，得到GPS編碼坐標數(shù)據(jù)[5]。

表1 全站儀與GPS編碼轉(zhuǎn)化統(tǒng)一數(shù)據(jù)

根據(jù)上表從全站儀編碼相應的地物類別執(zhí)行編碼轉(zhuǎn)換，注意GPS中地物數(shù)據(jù)采用首字母拼音編碼。

1.3 跨地形交叉快速測量設(shè)計

由于日常工程測量環(huán)境復雜，常需要進行大量的跨地形類非接觸測量。還需要具備較高精度，測量難度較大且耗時較長。對于此類線路通常采用懸高測量，又根據(jù)數(shù)據(jù)需求和地形不同，測量方法可細分為：幾何解析法；無棱測量法；前方交會法；垂直地點法等[6-8]。

1）垂直低點懸高測量法

此方法適用于測量點在低谷或凹陷地勢處，對高點的地物進行測量。具體架設(shè)方式如圖3所示，在固定A點觀測，以不同角度測量P點鏡站的低點和最高點。從而根據(jù)懸高點垂線推算出P點高程，實現(xiàn)無接觸的數(shù)據(jù)測量。

注意：選取觀測點時應控制觀測最高仰角在45°以下，此時可保證垂直懸高測量的最大精度；否則可能會超出工程測量的0.3 m線差。

圖3 垂直低點懸高全站儀測量示意圖

2）直接無棱測量法

此方法可忽略地形，換用高性能無棱全站儀直接進行觀測，無需定點換算。采用極坐標法轉(zhuǎn)換可直接得到目標點坐標，實現(xiàn)無接觸精確測量，但相對成本較高。

3）前方交會懸高測量法

前方交匯測量法是應用較廣的輸變電工程測量方法，常用于地形陡峭的懸高點。前方交會測量中，三角形角度要適中，過大或過小均會直接影響測量精度。根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，測量角度應限制在30°～150°之間。

圖4 前方交會懸高全站儀測量示意圖

選取圖4中多臺經(jīng)緯儀測量站的觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)幾何投影關(guān)系解算目標的空間坐標。以O(shè)1（x1，y1，z1）和O2（x2，y2，z2）兩站交會的數(shù)學模型為例，目標在O-xyz中的坐標為：

4）懸高幾何解析法測量

如圖5所示測量時，先采用GPS、全站儀測量。在交會懸線上確定任意A、B兩點坐標，并結(jié)合兩點距觀測點P的垂直角，采用平面結(jié)合法推算出平面距離，求得目標高處的三維坐標。由于懸高測量易受到環(huán)境影響，在刮風環(huán)境下懸線的觀測點不好確定。因此，要采用幾何解析推出坐標，繼而進行精確測量。此方法工程實踐穩(wěn)定度較高，在惡劣環(huán)境下具備較大優(yōu)勢。

圖5 線性幾何解析法測量示意圖

1.4 平斷面數(shù)據(jù)處理

輸電線路平斷面數(shù)據(jù)采集主要應用在線路排桿測量上，通過相對線路累距參數(shù)及偏移坐標得到線路歸算坐標[9-14]。再通過地物所在的耐張段計算地形累距，從而生成平斷面圖。

1）自動數(shù)據(jù)歸段。

將統(tǒng)一地物下出線路的轉(zhuǎn)角平分線以外所有區(qū)域點歸為出節(jié)點，以角平分劃定左右歸屬，分別記為一類段點。對于落點在歸類范圍外的，采取跟隨的方式，對齊分段。

2）累距偏移計算與平斷面格式轉(zhuǎn)化

依據(jù)第一步分段好的數(shù)據(jù)，錄入對應的轉(zhuǎn)角編號。調(diào)用系統(tǒng)軟件內(nèi)置的換算公式，可一鍵計算累距、偏距量值。根據(jù)對應的地物編號和偏距累距參數(shù)，即可完成平斷圖的數(shù)據(jù)繪制生成平斷面圖。

2 軟件系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計

系統(tǒng)軟件基于Web進行開發(fā)，主要考慮到Web通訊的便攜性。因此，在Window環(huán)境下搭建服務(wù)器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫環(huán)境。通過后端接口反饋給前端數(shù)據(jù)，通過Jquery框架構(gòu)建可視化的數(shù)據(jù)展示平臺。

系統(tǒng)平臺搭建完畢后，根據(jù)輸變電工程測量的各類需求情況，進行對應的專區(qū)模塊開發(fā)，并錄入到標準化系統(tǒng)。再對數(shù)據(jù)進行一體化處理，依據(jù)類名標識別，分別存入對應的數(shù)據(jù)列表中，方便進行下一步處理和查詢。

系統(tǒng)模塊根據(jù)工程測量流程，設(shè)有：數(shù)據(jù)采集模型模塊，分管測量方法的數(shù)據(jù)錄入和處理；編碼轉(zhuǎn)換模塊，進行全站儀和CODE編碼轉(zhuǎn)換及對應的標示碼、傳輸碼集成；成圖一體化模塊，負責對轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)進行成圖渲染與可視化輸出；成果輸出模塊，負責計算建立成果表、進行數(shù)據(jù)歸檔。此外，系統(tǒng)還專門設(shè)有快捷入口，可直接進行常規(guī)數(shù)據(jù)處理。

2.1 文件格式及坐標轉(zhuǎn)換

此模塊主要負責不同編碼機，不同測試儀器的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一。因此，內(nèi)置有多種數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)換方式。可實現(xiàn)諸如南方CASS、野外測量GPS編碼、地形圖CON文件坐標數(shù)據(jù)的自由切換。還包含WGS84坐標、1954西安坐標轉(zhuǎn)換，且滿足最高工程精度需求，可自由切換。

2.2 成果文件及格式目錄

考慮到最后的文件整理和成果匯總，軟件開發(fā)了一鍵Excel文件生成模塊。可將塔位坐標、累距、樁位差等數(shù)據(jù)繪制成標，從而供不同項目負責人進行修正與審閱。此外，為符合一體化設(shè)計要求，工程文件夾統(tǒng)一按照：（工程名_業(yè)主_負責人_編號事件）的模式進行歸檔。且文檔路徑應按照工程門類分開放置，方便封面及索引目錄生成[15-16]。

3 結(jié)束語

輸變電工程測量在很大程度上，決定輸變電工程的效率。而現(xiàn)今國內(nèi)測量儀器的數(shù)據(jù)、編碼均未有統(tǒng)一標準，這給測量成果輸出和工程文件撰寫均帶來了不便[17]。針對此類狀況，本文基于數(shù)據(jù)一體化開發(fā)了基于一體化的輔助測量系統(tǒng)，協(xié)助完成數(shù)據(jù)自動處理、成圖繪制、成果輸出等方面的一體化編制。在此系統(tǒng)參與下，將會大幅提升測量效率，為輸變電工程建設(shè)帶來較大便利。