基于GIS的電力數字勘測單兵系統設計與實現

江 華

(嘉興數科測繪科技有限公司，浙江 嘉興 314000)

在電力項目設計勘測中，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，也是根據桿塔木樁位置進行施工建設。此操作會增加項目進度時間，也會產生相關費用，隨著信息技術發展，智能單兵設備發展（單兵設備是指利用G/5G等通信網絡、信息化技術、硬件設備等，把上述技術和設備進行融合，產生的智能化個人可攜帶的便攜式設備），利用GIS與電力勘測項目結合，研發出基于GIS的電力數字勘測單兵系統，利用該系統和高精度導航設備，勘測人員進行桿塔定位時，直接把桿塔坐標導入單兵設備中，可引導作業人員到達指定位置，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，實現桿塔電子交樁。配合電力其他項目管理系統，可把單兵系統獲取的數據實時上傳到遠端管理系統中，豐富了電力勘測數據獲取渠道。

1 系統設計

1.1 設計原則

立足實用原則：系統建成后，能為電力相關部門共享各類數據資源提供信息平臺，挖掘數據使用價值，打破信息孤島。

具有開放性、可移植性等功能：系統相關技術需擁有良好的可移植性。

安全性：系統網絡及數據安全性方面，需遵循國網及信息系統安全標準規范，保證數據不被篡改、截取等要求。

1.2 系統功能結構設計

系統主要功能分為軌跡采集、數據采集，路徑導航、系統管理。

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

數據采集：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中，為室內設計人員數字勘測提供數據支撐。

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

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

系統采用B/S架構，系統架構圖為圖1。

圖1 系統架構圖

2 技術路線

2.1 單兵設備高精度導航技術路線

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

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

＜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＞經度dddmm.mmmm（度分）格式。

＜5＞經度半球E（東經）或W（西經）

＜6＞GPS狀態：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星數量（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，如果不是差分定位將為空）。

＜12＞差分站ID號0000～1023。

數據解析的時候，可利用js進行解析，把原始數據存入數組中，利用for循環讀取數組，根據上述GGA數據格式規范，即可獲取到經緯度坐標數據。

2.2 單兵設備軟件技術路線

單兵軟件系統采用HBuilder X開發框架，前端開發框架采用Vue.js為核心的uni-app[4]，是利用此框架開發的產品可打包成App、微信小程序等移動端軟件，與安卓原生開發方式相比較，開發效率有極大提高，開發難度有較大降低。單兵設備與遠程服務端數據交互采用WebService[5]方式，地圖定位、衛星影像地圖調用、地圖工具等采用leaflet-vue js實現。單兵設備拍攝照片采用圖像壓縮技術[6]，減少信息傳輸到遠端服務器的數據量，提高傳輸效率。

路徑導航功能具體實現技術路線：選中出發位置，再在系統中選擇要勘測的某個桿塔，作為導航的終點位置，單兵設備連接上CORS系統，進行差分運算，提高導航精度。

數據采集功能具體實現技術路線：在單兵系統中，獲取遠程電力管理系統中電力項目列表，選擇要進行數據采集的電力項目，再進行相關數據采集，采集桿塔周圍照片，利用全景圖像合成技術，可生成桿塔周圍360°全景圖像，供設計人員查看桿塔周圍相關情況，減少設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技術路線：勘測人員攜帶單兵設備行進過程中，每隔10 s采集作業人員實際位置坐標，并存儲在單兵設備文件中，采集結束后，則把存儲有作業人員軌跡信息文件發送到遠程服務器中。

3 系統實現效果

系統開發完成后，主要效果如下，圖2為系統主界面。

圖2 系統主界面

3.1 軌跡采集

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

3.2 路徑導航

在單兵設備上的電力項目列表中，找到待勘測項目，選擇桿塔，點擊導航，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，單兵設備屏幕上會有相關提示，如圖3～4所示。

圖3 選擇項目列表界面

3.3 數據采集

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

圖4 桿塔路徑導航界面

圖5 數據采集界面

4 結束語

通過數字化技術，把傳統桿塔勘測、交樁等工作，利用GIS、高精度導航技術、移動端技術融合進行改造，開發了基于GIS的電力數字勘測單兵系統，改變傳統作業方式，提高工作效率，從實際項目使用效果來看，利用數字勘測單兵系統，實現桿塔數字勘測、數字交樁等工作，能壓縮桿塔定樁勘測工期大概50%以上，節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。單兵設備的使用，能帶來較大的經濟效益和社會價值，也是桿塔定樁過程中的一個新嘗試。隨著技術發展，后期可結合AR技術，實現桿塔AR定樁、交樁等工作，直觀性更強。